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AAuuttoommaaççããoo IInndduussttrriiaall

AdministraçãoAssistente de Gestão de Sistemas

Coordenação do Programa Beth Callia

Supervisão Pedagógica Alfredo Vrubel

Colaboração Zita Porto Pimentel

Autoria deste Caderno Aldo Santos Pereira

Produção gráfica MDcomunicaçãototalR. Heitor Penteado, 10305437-000 São Paulo SPwww.md.com.br

Organização do Conteúdo LASER PRESSAv. Goethe, 71/80690430-100 Porto Alegre, RS

Apoio MEC-Ministério da EducaçãoPROEP - Programa de Expansão daEducação Profissional

RealizaçãoIniciativa

Al. Tietê, 618 casa 1 CEP 01417-020 São Paulo SPwww.fiochpe.org.br

5

A alegria não chega apenas no encontro do achado

mas faz parte do processo de busca.

Ensinar e aprender não podem dar-se fora da procura,

fora da boniteza e da alegria.

Paulo Freire

Hoje, a educação é definida na perspectiva ampla do

desenvolvimento humano e não apenas de seus efeitos sobre o

crescimento econômico.

As experiências de aprendizagem são múltiplas e diversificadas.

Aprende-se com a família, com os professores da escola, com osamigos, com os meios de comunicação. Porém, é na imersão nomundo do trabalho que as potencialidades do ser humano semanifestam mais claramente. Promover, portanto, a variedade e aqualidade de aprendizagens significativas possibilita aos jovens oacesso a várias dimensões da educação: ética, cultural, científica,tecnológica, econômica e social.

A proposta Formare concilia diversas abordagens: do profissionalde fábrica, que defende, como preparação para o trabalho, maiorhabilitação técnica, pois essa é a exigência de seu cotidiano; doprofissional de recursos humanos, que prioriza amultifuncionalidade por ser a melhor solução para o momento; doprofissional de direção, que ressalta a necessidade do domínio dastecnologias, pois sabe que essa é a tendência inevitável do futuro;dos homens e mulheres que acreditam que a ação voluntária podetransformar o mundo.

Desenvolvida pela Fundação IOCHPE em parceria com o CEFET–PR,a metodologia Formare está embasada em uma visão de educaçãotecnológica ampla, em que o aluno é estimulado a ir além dosaspectos básicos técnicos de um ofício, passando a interagir comtodos os elementos que compõem o setor produtivo, a explorar asdiversas técnicas, conhecer seus usos possíveis, suas mudanças e asconseqüências que provocam nas pessoas e no ambiente de trabalho.

FFoorrmmaarree :: uummaa eessccoollaa ppaarraa aa vviiddaa

6

Os cursos e materiais pedagógicos Formare são elaborados a partir

da combinação da vocação da empresa e da identificação das

necessidades do mercado de trabalho da região em que cada

escola é implantada, estando alinhados com o Programa de

Expansão da Educação Profissional do Ministério de Educação

(PROEP / MEC).

Ao integrar o pensar e o fazer, os cursos Formare ajudam a

desenvolver competências para um bom desempenho profissional:

multifuncionalidade, flexibilidade, comunicabilidade,

responsabilidade e criatividade. Assim, o jovem aluno terá melhores

condições para assumir uma atitude pró-ativa em ambientes sujeitos

a constantes transformações.

Cabe, portanto, à educação, o propósito de fazer com que todos,

sem exceção, possam despertar e realçar seus talentos e

potencialidades, possibilitando, a cada um, os meios para

compreender o outro em sua individualidade e o mundo: desde o

cotidiano mais próximo até o mais distante, o universal. Desta

forma, o educador vai construindo com seu aluno uma ponte para

o infinito, o inexplorado, o imaginário.

IInnttrroodduuççããoo

7

Este Caderno tem o objetivo de auxiliar o educador voluntário em sua

tarefa de introduzir o aluno Formare em áreas ainda desconhecidas

pela maior parte dos estudantes. Automação e robótica constituem-se

tecnologias inovadoras de grande interesse porque estão entre aquelas

que apresentam maior potencial de desenvolvimento nos próximos

anos. Além disso, provocam constantes revoluções em nosso dia-a-dia,

pois afetam praticamente todas as áreas da sociedade moderna.

A automação predomina neste caderno, onde buscamos transmitir ao

aluno conhecimentos a respeito das mais comumente utilizada em

projetos, produção e controle de máquinas, equipamentos,

eletrodomésticos, veículos, etc., por meio de linguagem clara e acessível.

São informações novas para muitos que passam a ver o mundo de hoje

sob o ponto de vista da Robótica, assuntos que se tornam mais comuns

a cada dia na vida das pessoas e que até pouco tempo atrás eram tema

apenas de filmes e livros de ficção científica, do que em literatura técnica.

Com o desenvolvimento de áreas como a automação e a robótica,

surgem muitas mudanças também no mercado de trabalho, com

substituição de algumas funções tidas como tradicionais por outras

novas. Daí a importância de preparar o futuro profissional para

ingresso nessa nova era, em que as oportunidades surgirão para

aqueles que souberem agregar talento e criatividade aos

conhecimentos técnicos de seu ofício. As palavras assinaladas com (*)

têm seu significado esclarecido no glossário ao final do caderno.

9

1 AUTOMAÇÃO E SUAS IMPLICAÇÕES 111.1 Conceito 121.2 Histórico 121.3 Lógica da automação 15

2 AUTOMAÇÃO DE MÁQUINAS E PROCESSOS 232.1 Componentes da automação de processos 24

e da automação de máquinas2.2 Características das linguagens de programação de máquinas 242.3 Razões para automação dos processos da produção 31

3 ELETROELETRÔNICA 333.1 Corrente elétrica, tensão, resistência e circuito 343.2 Gerador, corrente elétrica e tensão alternadas 373.3 Fontes de energia 393.4 Dispositivos de comando 413.5 Motores elétricos 433.6 Dispositivos de chaveamento 453.7 Circuitos digitais 49

4 PNEUMÁTICA 534.1 Introdução aos sistemas pneumáticos e hidráulicos 544.2 Pneumática 604.3 Composição básica de um circuito pneumático 61

5 TECNOLOGIA DE AUTOMAÇÃO HIDRÁULICA 675.1 Composição básica de um circuito hidráulico 705.2 Vantagens e desvantagens do uso da hidráulica

em relação à pneumática 76

6 AUTOMAÇÃO DA PRODUÇÃO E TECNOLOGIAS FUTURAS 816.1 Técnicas de produção 846.2 FMS (Sistema de Manufatura Flexível) 896.3 Máquinas CNC 916.4 Robôs industriais 936.5 Novas tecnologias aplicadas no planejamento

e na produção industrial 94

7 Trabalho prático 1017.1 Justificativa para automação 103

ÍÍnnddiiccee

10

8 GABARITO DOS EXERCÍCIOS 105

9 GLOSSÁRIO 109

10 BIBLIOGRAFIA 112

1AAuuttoommaaççããoo ee ssuuaass IImmpplliiccaaççõõeess

1.1 Conceito

1.2 Histórico

1.3 Lógica da automação

Área de Administração - AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

12

1.1 CONCEITO

A Automação consiste em fazer com que um sistema deequipamentos ou máquinas controle seu próprio trabalho,dispensando ou reduzindo a intervenção do homem. Por exemplo,o timer de uma televisão é um recurso que, quando programado,executa as tarefas de ligar o aparelho no canal escolhido oudesligá-lo, no horário programado pelo usuário.

1.2 HISTÓRICO

Embora o homem, desde a pré-história, tenha desenvolvidosoluções para diminuir seu esforço ou aumentar aprodutividade(*) de seu trabalho, com o uso da roda, commoinhos movidos por animais ou água, etc, algumas épocas oufases da história da humanidade se destacaram pela adoção deprocedimentos ou idéias que originaram mudanças marcantesnos métodos de trabalho. Em muitos casos, permitiram asubstituição de atividades tradicionalmente agrárias ouartesanais por outras de cunho industrial.

Alguns fatos marcantes são relacionados a seguir:

1788: James Watt criou um sistema deregulagem para máquinas a vapor que permitiasua realimentação. Na época, o aquecimento deágua, a partir da queima de carvão produzindovapor, era uma das formas de produção etransmissão de energia mais utilizadas. Aeletricidade só veio a ser desenvolvida mais tarde.Muitas máquinas funcionavam assim, usando ovapor, como as locomotivas. Foram umimportante meio de transporte através deestradas de ferro. A contribuição de James Wattfoi um mecanismo que regulava o fluxo de vapornas máquinas. Consistia num eixo vertical comdois braços próximos ao topo, tendo um peso emcada extremidade. Assim, a máquina funcionavade modo a se regular automaticamente.

1AAuuttoommaaççããoo ee ssuuaass IImmpplliiccaaççõõeess

Figura 2: liga

Figura 3: desliga

Figura 5: locomotiva a vapor

Figura 4: automatismo de James Watt

1870: Cresceu o uso da energia elétrica, tornando possível a expansão

das estradas de ferro e o desenvolvimento de indústrias como a do aço

e a química, a de máquinas em geral.

Surgiu a régua de cálculo(*), instrumento que

facilitava a execução de cálculos matemáticos.

Foi inventada a máquina aritmética, uma espécie

de calculadora mecânica que, funcionando por

meio de engrenagens, fazia somas e subtrações.

Nasceu também a álgebra Booleana(*), na área

da matemática, contendo os princípios binários que, mais tarde,

serviram de base às operações internas de computadores.

1880: Herman Hollerith revolucionou o método de tabulação do

censo(*) norte-americano, que anteriormente demorava cerca de

dez anos para ser realizado. Com a nova tabulação(*), o tempo foi

reduzido para seis semanas, a partir do uso de um sistema de

cartões perfurados.

1946: Foi criado o primeiro computador completamente eletrônico,

funcionando por meio de válvulas(*) e relés(*), de grande porte,

ocupando mais de 180 m (aproximadamente o tamanho de uma casa

de quatro quartos) e pesando em torno de 30 toneladas. Seu nome era

Eniac, equipamento que originou a primeira geração de computadores.


13

Figura 7: régua de cálculo

Figura 6: funcionamento de máquina a vapor


14

1948: John T. Parsons criou um método de trabalho com cartõesperfurados que permitia controlar os movimentos de uma máquina-ferramenta(*). O método logo após foi aperfeiçoado pela ForçaAérea Americana, até que se chegasse a uma forma deprogramação de máquinas de produção que utilizava números,letras ou símbolos. Nasceu, então, a programação chamada de“comando numérico”.

1952: O uso de transistores(*) levou ao surgimento da segunda geraçãode computadores, caracterizada por menorconsumo de energia e menor espaço ocupado.

Logo após, foi lançada a terceira geração decomputadores, que, utilizando o CircuitoIntegrado(*), permitiu uma redução aindamaior no tamanho e aumento da capacidadede processamento dos computadores.

Nas figuras números de 1 a 14 indicam as entradas e saídas. Ocircuito recebe sinais ou dados e também transmite sinais ou dados,modificados ou não por seus componentes, de acordo com ofuncionamento previsto para a máquina ou equipamento ao qual ocircuito pertence. É possível interligar vários circuitos entre si, cadaum realizando uma tarefa individual, mas integrada ao conjunto.Dessa forma, o objetivo de um sistema de controle é realizado.

1954: Foi projetado o primeiro Robô(*) programável.

1960: A década de 60 foi rica em pesquisas para a aplicação docomputador em desenvolvimento de projetos.

1970: As pesquisas realizadas na décadaanterior começaram a dar frutos. Setores dosgovernos e indústrias reconheceram que acomputação podia aumentar a produtividade notrabalho e passaram a investir mais em pesquisas edesenvolvimento.

1975: Nasceu a quarta geração decomputadores, caracterizada pelos computadores pessoais (PC =Personal Computer), de tamanho reduzido e baixo custo defabricação, graças à utilização dos componentes chamados“chips”(*).

Figura 8: transistor

Figura 11: exemplos de chips

Figura 10: circuito integrado

Figura 9: circuito integrado


15

1980: Na década de 80 finalmente as pesquisas integraram e

automatizaram áreas como projeto e manufatura, permitindo a

análise e simulação de mecanismos produtivos pelos computadores.

Exemplo: o CAD / CAM (Computer Aided Design e Computer Aided

Manufacturing = Projeto e Manufatura Assistidos por Computador).

Depois da década de 80, a automação passou a fazer parte do dia-

a-dia das pessoas, apresentando custos de aquisição menores e

maior eficiência.

1.3 LÓGICA DA AUTOMAÇÃO

A automação envolve ciclos de realimentação. Assim sendo, os

sistemas de automação são compostos dos seguintes elementos:

Acionamento: corresponde ao fornecimento de energia para a

realização do ciclo de trabalho. Exemplo: motores ou componentes

que realizam movimento .

Sensoriamento: corresponde à medição do desempenho do sistema através

de valores específicos característicos de um ou mais componentes.

Exemplo: medições de temperatura ou velocidade.

Controle: a partir de informações fornecidas por sensores, são

realizadas as regulagens e ajustes necessários ao sistema para seu

perfeito funcionamento.

Exemplo: um componente de uma máquina, que deve ser aquecido,

tem interrompido o fornecimento de calor após atingir a temperatura

ideal de funcionamento.

Comparador ou Elemento de decisão: é efetuada uma comparação

entre valores medidos e valores estabelecidos anteriormente,

ocorrendo a devida interferência no sistema, se necessário.

Exemplo: se a temperatura ou a posição de determinado

componente de uma máquina assumem um valor diferente daquele

determinado na sua programação, o comparador providencia a

correção para os valores adequados.


16

Programa : também conhecido por “software”, é uma seqüência de

trabalho onde são definidos os parâmetros de trabalho do sistema.

O programa indica o caminho e a seqüência a serem seguidas pelo

controlador. Por exemplo, no programa são definidas as temperaturas

de trabalho de uma máquina, assim como sua velocidade, seus tempos

e deslocamentos em cada operação. Ou, ainda, em um sistema

bancário são calculados juros e taxas para cada situação em que os

clientes mantiverem suas contas e movimentações.

Vamos analisar um sistema para

comando semimanual de um elevador,

como os utilizados em prédios que

empregam o ascensorista, profissional

que comanda a máquina. Os controles de

subida, descida e parada são manuais,

exceto no térreo e último andar.

Exemplos de aplicações de

automação

a) Produtos de consumo: microcomputadores,

máquinas de lavar roupa, televisores e muitos

outros produtos utilizam a automação, tornando mais fácil e confortável a

vida de seus usuários.

Figura 12: elevador

Figura 15: microcomputadores

Figura 16: alarme eletrônico

Figura 14: televisor automatizado

Figura 13: funcionamento de elevador


17

b) Carros: utilizam sistemas de injeção de combustível

microprocessados, monitorados por computadores, com a

vantagem de ter uma manutenção mais barata, com melhor

desempenho e menor consumo de combustível. O módulo

(microprocessador) que controla o funcionamento do motor permite

que apenas a quantidade necessária de combustível seja fornecida,

sem desperdícios. Também proporciona maiores períodos de uso do

motor sem manutenção, a qual, quando realizada, se torna mais

barata e fácil do que nos sistemas antigos. Assim, o motor também

polui menos o ambiente.

c) Indústrias: utilizam máquinas e equipamentos controlados por

computadores, que contribuem para processos de fabricação de qualidade

superior, com maior precisão, menor tempo, maior uniformidade no

trabalho, maior segurança e menores riscos de acidentes.

Figura 18: máquina automatizadaFigura 17

Figura 19: Centros de usinagem


18

d) Bancos: caixas automáticos realizam inúmeros tipos de serviços,

como saques de dinheiro, pagamentos de contas, transferências de

valores, empréstimos, fornecimento de saldos, emissão de recibos e

muitos outros, a qualquer hora do dia ou da noite. Através do uso

de computadores também é permitido o acesso aos bancos pela

Internet, com a realização de grande parte dos serviços a qualquer

hora e lugar do mundo.

e) Comunicações: os sistemas de comunicações foram

revolucionados com o uso de satélites(*), cujo funcionamento é fruto

do desenvolvimento da automação. Isso tornou possível o uso da

telefonia celular e de controles mais precisos sobre as ligações, bem

como uma infinidade de recursos e serviços, que só puderam ser

colocados à disposição do usuário após o emprego da automação

nesta área. As mensagens transmitidas de celular para celular, que

podem ser lidas no visor do aparelho, o correio eletrônico, são

alguns exemplos.

Figura 20: caixa eletrônico

Figura 21: telefonia informatizada

Figura 22: celular


19

f) Transportes: a automação permite o controle de semáforos e

radares que fiscalizam a velocidade dos veículos, inclusive

fotografando e enviando a multa para o endereço do motorista

infrator. Também podem localizar um veículo em qualquer parte do

mundo e controlar seu deslocamento através de rastreamento por

satélite, recurso muito utilizado por empresas transportadoras que

desejam preservar seus caminhões e as cargas transportadas. Com

base na automação, os sistemas de piloto automático dos veículos

possibilitam ao motorista percorrer longos trajetos com mais

conforto, pois a velocidade se mantém constantemente controlada

de acordo com o valor programado.

g) Medicina: o uso da tecnologia da automação viabiliza exames,

cujos diagnósticos são obtidos com maior rapidez e precisão,

aumentando em muito a sua confiabilidade. Exemplo, um exame de

visão onde o paciente tem avaliadas as suas deficiências. Em um

exame desse tipo, se faz necessário um rigoroso controle para um

correto diagnóstico, o que dará origem à receita dos óculos.

Figura 23: transportes de carga

Figura 24: carro com piloto automático

Figura 25: olho humano Figura 26: exame de olhos auxiliadopor computador


20

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

Em relação à automação em bancos, responder :

a) Como era o funcionamento dos bancos antes daautomação?

Descrever os equipamentos usados, o número defuncionários, os serviços prestados, o tempo deatendimento e o número de clientes,...

Resposta: O funcionamento era mais vagaroso em todos ossentidos.

Para obter um extrato de conta corrente, o cliente deviaesperar horas ou até dias, dependendo do período desejado .

Quanto aos equipamentos, os principais eram o fax, otelefone e a máquina de calcular, que era, inicialmente,mecânica e depois eletrônica. A microfilmagem de chequestambém era muito utilizada, assim como os arquivos comfichas datilografadas ou preenchidas à caneta. Acomunicação entre agências distintas era muito limitada,operações como transferência de valores ou compensaçãode cheques entre agências eram extremamentecomplicadas, principalmente quando se tratava de locaisdistantes, podendo levar dias para a sua conclusão.

As transações bancárias só podiam ser efetuadas emhorário de expediente bancário, pois sempre era necessárioo atendimento por funcionário.

b) Quais os tipos de automação usados, equipamentos eprocedimentos ?

EExxeerrccíícciiooss


21

Atualmente, o computador é o principal equipamentoutilizado. Através de sistemas informatizados é possível aobtenção imediata de extratos, saldos ou qualquerinformação a respeito de valores de um cliente dentro deum banco. As transferências, depósitos e saques forramfacilitados, em qualquer lugar em que o cliente se encontree em qualquer horário, inclusive pela Internet(*).

c) Quais as conseqüências da automação no setorbancário ?

As positivas são a maior rapidez no atendimento, maiorprecisão nas informações, facilidade de comunicação entrecliente e banco.

Uma conseqüência negativa seria a menor necessidade defuncionários, o que levaria muitas pessoas a buscar outraforma de trabalho.

Também as competências do usuário são outras. Podemosdizer até que, antes da automação, elas quase nãoexistiam, se comparadas com as competências de hoje.

Atualmente, até para a simples obtenção de um extrato, énecessário que o usuário saiba digitar dados, interpretarmensagens da máquina e conhecer alguns de seus códigospara comunicar-se com o sistema.

Antes da automação, o banco se limitava a guardar odinheiro de seus clientes e fornecer informações a respeitode saldo e movimentações. Hoje, o cliente pode controlartodos os tipos de transação que faz com o banco, de suacasa, por seu computador pessoal, de forma muito maisprecisa e imediata.

Em relação às tendências futuras, o acesso aos sistemas deinformação dos bancos será cada vez mais rápido e fácil.


22

Um exemplo é o uso de aparelhos de telefonia celular, querecebem mensagens e textos, possibilitando ao cliente deum banco a obtenção de dados sobre suas aplicações dequalquer lugar.

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

1) Em duplas, pesquisar um tipo de automação na empresae descrever, em relatório, suas vantagens, funcionamentoe características.

2) Em duplas, pesquisar, na escola, a maneira como funcionaum Porteiro Eletrônico (abertura de portas) e elaborar umfluxograma representando seu funcionamento.

3) Em grupos de três alunos, pesquisar os tipos de softwareutilizados em setores da administração industrial na empresa.

4) Em grupo de três alunos, pesquisar junto aos técnicosde segurança da fábrica, sobre a importância daautomação na redução de acidentes. Elaborar relatório.

5) Em duplas, pesquisar, junto ao pessoal da manutençãoda fábrica, sobre o funcionamento de um tipo de sensorusado, seu acionamento e função na automação doequipamento ou máquina à qual pertence.

6) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalde métodos e processos da empresa, qual a porcentagemde máquinas automatizadas utilizadas na produção.

2AAuuttoommaaççããoo ddee MMááqquuiinnaass

ee PPrroocceessssooss2.1 Componentes da automação de processos

e da automação de máquinas

2.2 Características das linguagens de programação de máquinas

2.3 Razões para automação dos processos da produção


24

2.1 COMPONENTES DA AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS E DAAUTOMAÇÃO DE MÁQUINAS

A maioria dos sistemas automatizados é bastante complexa e possui

vários ciclos de realimentação.

São cinco os componentes da automação :

a) Acionamento: fornece energia para o sistema para que ele atinja

determinado objetivo. Exemplo: motores elétricos, pistões

pneumáticos(*), etc.

b) Sensoriamento: faz a medição do desempenho do sistema de

automação ou de uma propriedade particular de algum de seus

componentes. Exemplo: medidores de temperatura (termopares) e

medidores de velocidade (encoders).

c) Controle: usa a informação dos sensores para regular o

acionamento.

Exemplo: para manter o nível de água em um reservatório, é usado

um regulador de fluxo que abre ou fecha uma válvula, conforme o

consumo. Mesmo um robô requer um controlador, porque aciona

motores elétricos que realizam seus movimentos.

d) Comparador ou elemento de decisão: compara os valores

medidos com valores pré-estabelecidos e toma a decisão a respeito

de como atuar no sistema.

Exemplo: reguladores de temperatura (termostatos) e programas de

computador.

e) Programas: armazenam informações de processo e permitem

controlar as interações entre os diversos componentes.

2AAuuttoommaaççããoo ddee MMááqquuiinnaass ee PPrroocceessssooss


25

2.2 CARACTERÍSTICAS DAS LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃODE MÁQUINAS

A linguagem de programação constitui o elo de ligação entre o

homem e a máquina. É por meio da linguagem que ocorre a

comunicação entre os dois: o homem dá ordens e fornece dados,

enquanto a máquina informa sobre o trabalho que está realizando.

O que é uma linguagem de programação ?

Uma linguagem oral ou escrita (natural), como o inglês ou o

português, é usada pelas pessoas para comunicarem-se umas com

as outras. A finalidade de qualquer linguagem de programação é,

também, a de propiciar a comunicação. Ela possibilita que métodos

de solução ou procedimentos para alcançar algum objetivo

específico sejam descritos para a máquina de forma adequada, isto

é, de modo que a máquina “compreenda”.

As dificuldades de comunicação com uma máquina, usando-se uma

linguagem natural, derivam, em grande parte, da ambigüidade e

da falta de precisão. Se até entre pessoas algumas vezes ocorrem

problemas de interpretação de uma comunicação, com as máquinas

isso torna-se mais complexo. A linguagem natural é rica em

variedade de significados e recursos gramaticais enquanto a

linguagem de programação deve ser específica e direta. Um

comando dado a uma máquina em linguagem natural poderia ser:

“faça esta peça igual à anterior e da melhor maneira possível”. Em

linguagem de máquina, o mesmo comando poderia ser dado por:

“largura: 2,2 mm, comprimento: 3,5 mm, espessura: 1,0 mm”. A

precisão é que faz a diferença.

Figura 27: Componentes da automação


26

O computador, que também é uma máquina, exerce importante

função na área de comunicação usuário x máquina. Embora um

computador possa ser programado para trabalhar de várias

maneiras, a interpretação de mensagens recebidas em linguagem

natural ainda é um dos problemas complexos da Inteligência

Artificial(*). Atualmente, tal capacidade é tema de pesquisas e pode

vir a ser muito complicada em um futuro próximo.

Linguagem de Máquina e Linguagem de Alto Nível

As linguagens chamadas “de alto nível” são as linguagens de

programação destinadas a serem usadas pelas pessoas. As

linguagens chamadas “de baixo nível” são voltadas para o

computador. O nível mais baixo de todos é o chamado “código de

máquina”, isto é, a linguagem respondida diretamente pelo

computador. Ela permite o acesso direto a todos os seus recursos. Os

programas escritos em código de máquina são os que melhor se

adaptam ao computador, sendo inteiramente inadequados para as

pessoas. Assim, foram criadas as linguagens de “alto nível”, para

permitir que os programas sejam também legíveis pelos usuários.

Figura 28: Exemplo de Diagrama de Bloco


27

“Tradução” entre as linguagens

Exemplo de linguagem “Assembly” :

NAME teste1

√ TEXT SEGMENT WORD PUBLIC “CODE”

√ TEXT ENDS

√ DATA SEGMENT WORD PUBLIC “DATA”

√ DATA ENDS

O coração eletrônico de um microcomputador é um

“microprocessador”, presente em todos os sistemas automatizados.

Podemos dizer que o restante do sistema serve apenas para tornar

o potencial do microprocessador acessível ao usuário.

O código de máquina de um microprocessador consiste no conjunto

de instruções que o comandam e fazem executar cada uma das

operações que estão no seu repertório. O trabalho de um

determinado microprocessador está limitado àquelas operações para

as quais ele foi programado. Ele só responde diretamente a certas

instruções que estejam expressas ou codificadas na sua linguagem de

máquina (quando se liga um computador, por exemplo).

A grande vantagem dos programas em linguagem de alto nível é

que podem rodar em qualquer tipo de máquina. Já os programas

produzidos em linguagem de código de máquina são específicos

para determinado microprocessador.

Mas, como um microprocessador entende programas que não estão

escritos em linguagem de máquina? A resposta é : existe um

“tradutor” para o problema. Ele é chamado de compilador ou

interpretador, conforme a maneira como atua. O compilador traduz

o programa inteiro antes de rodá-lo e o interpretador traduz cada

linha do programa antes de passar para a linha seguinte. O tradutor

é, essencialmente, um programa que aceita outro programa escrito

em linguagem de alto nível como entrada e produz um programa

em linguagem de máquina como saída.


28

Características e aplicações das linguagens

Por que se adota mais de um tipo de linguagem de alto nível ?

Uma linguagem é escolhida entre outras para uma determinada

aplicação por ser mais adequada. Isto ocorre porque ela possui

características particulares que a tornam mais eficiente na execução de

determinado trabalho, seja porque é mais fácil de ser aprendida ou

porque permite lidar com programas mais extensos sem problemas.

Não existe uma linguagem que seja melhor que todas as outras em

todas as aplicações. Cada uma é melhor em um trabalho específico.

Comparando-se a linguagem para uso de um forno microondas com

a de um telefone celular, observamos que o microondas requer uma

linguagem mais simples, com menor número de comandos, como

ligar, desligar, regular tempo e temperatura. Já o celular necessita

de uma linguagem que lhe permita, também, ligar, desligar e, além

disso, discar números recebidos pelo teclado, emitir sinais de

chamada, programação, condições da bateria, armazenar números

na memória, enfim, uma grande quantidade de informações

recebidas, interpretadas e enviadas.

Histórico das linguagens

Os códigos de máquina existem desde que os primeiros

computadores foram inventados. A primeira linguagem de alto nível

passou a ser usada em larga escala em 1957. Desde então foram

usadas algumas delas, Comal, Fortran, Prolog, Cobol, Forth, Basic,

Pascal, Delphi, Visual-Basic, Java, entre outras.

Entre todas as linguagens que surgiram, destacam-se duas, que

deram origem às mais importantes em uso nos dias de hoje:

Basic: foi criada por J. G. Kemeny e T. E. Kurtz do Dartmouth

College nos Estados Unidos. Foi projetada como uma linguagem

interativa, fácil de aprender e ensinar, em virtude de sua semelhança

com o inglês. Passou a ser usada a partir de 1965. Há muitas

versões do Basic atualmente, como o Visual-Basic. O dialeto

conhecido como Microsoft Basic tornou-se praticamente aceito como

padrão para microcomputadores.


29

Exemplo de programa em Basic: receber um número N, sendo que, seeste número for maior que 5, somar 1 a ele, (calcular a fórmula X =número + 1). Se este número for menor ou igual a 5, somar 2 a ele(calcular a fórmula X = número + 2), mostrando o resultado, finalmente.

Tem-se, então, um programa que realiza a tarefa solicitada e possui

7 linhas :

1 INPUT N Recebe o número N

2 IF N>5 THEN GO TO 5 N maior que 5? SIM fi linha 5, NÃOfi linha seguinte

3 X = N + 2 Se N não é maior que 5, calculaX = N + 2

4 GO TO 6

Vai para a linha 65 X = N + 1

Calcula X = N + 1 e vai para a linha seguinte

6 PRINT X

Mostra o valor de X

7 END

Final do programa

Pascal : criada pelo Professor Niklaus Wirth, do Federal Institute ofTechnology, de Zurich, em 1970. Recebeu este nome emhomenagem ao matemático francês do século XVII, Blaise Pascal,cujos feitos incluem a invenção da primeira máquina de calcular.Seu principal objetivo era o de ter uma linguagem que se prestasseao ensino de programação, permitindo o uso de programas longos.Sua meta foi atingida, sendo esta a principal vantagem do uso deprogramas muito extensos. Apresenta a desvantagem de não sercompatível com todos os computadores. Hoje, a linguagem maisusada que descende do Pascal é o Delphi. Como exemplo deprograma utilizado com esta linguagem, temos o Linux.


30

A linguagem da Robótica

O controle de um robô ocorre por meio de uma conexão com uma

das tomadas do computador, da mesma maneira que uma

impressora ou qualquer outro acessório. Através dessa tomada, os

dados são enviados e recebidos. Este canal de comunicação permite

ao computador não apenas controlar o robô, mas também dotá-lo

de certo grau de “inteligência”, definindo seu comportamento em

determinadas circunstâncias. O LOGO é uma linguagem bastante

utilizada nesta área, mas existe o WSFN, uma linguagem

especialmente criada para o trabalho com robôs.

O WSFN foi criado para ser uma linguagem na qual se possam

expressar comandos para um robô controlado por microprocessador.

Os comandos, depois, são emitidos usando-se um teclado como

entrada. Foi criada por Lichen Wang e divulgada pela primeira vez em

1977. Possui apenas um pequeno número de comandos e todas as

instruções são compostas a partir deles, tipo “um passo a frente” ou

“virar à direita”. É possível realizar simulações de movimentos e tarefas

para testes de um processo ou trabalho.

Figura 29: exemplo de robô


31

2.3 RAZÕES PARA AUTOMAÇÃO DOS PROCESSOS DEPRODUÇÃO.

2.3.1 PANORAMA DA AUTOMAÇÃO POR SETORESINDUSTRIAIS

Por que adotar a automação ? A automação proporciona

vantagens em atividades onde existe risco de acidentes, condições

prejudiciais à saúde, tarefas repetitivas e em todos os campos de

trabalho onde o homem possa ser prejudicado. Neste sentido

podemos citar como exemplos a pintura, a soldagem, a mineração,

uma contagem de peças, e muitos outros tipos de atividade

desfavoráveis à saúde do ser humano.

A automação também é adotada com o objetivo de reduzir custos e

aumentar a produtividade do trabalho.

Todos os setores industriais fazem uso da automação,

principalmente o metalúrgico. Processos automatizados são muito

usados na soldagem de peças. Importante é o uso de robôs

controlados por computador e a integração entre ambientes de

trabalho, como projeto e manufatura, por exemplo.


32


1) Por que automatizar um processo ?

Para evitar o trabalho humano em condições desfavoráveispara a saúde do homem.

2) Qual a relação entre computadores e robôs ?

Os robôs trabalham comandados por computadores, o queos torna automáticos.

3) Qual a vantagem da linguagem de alto nível doscomputadores ?

Podemos usar a mesma linguagem em vários tipos decomputadores.


1) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalde informática da empresa, uma das linguagens utilizadasnos sistemas de informática e suas características.

2) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalde informática da fábrica, quais os tipos de controlesautomáticos realizados nos sistemas: administrativo erecursos humanos.

3) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalde métodos e processos da fábrica, sobre os sensoresutilizados no controle automático de robôs.


3EElleettrrooeelleettrrôônniiccaa3.1 Corrente elétrica, tensão, resistência e circuito

3.2 Gerador, corrente elétrica e tensão alternadas

3.3 Fontes de energia

3.4 Dispositivos de comando

3.5 Motores elétricos

3.6 Dispositivos de chaveamento

3.7 Circuitos digitais


34

3.1 CORRENTE ELÉTRICA , TENSÃO, RESISTÊNCIA ECIRCUITO

A figura abaixo mostra um circuito composto por pilha, condutor,

interruptor e lâmpada.

No fio condutor, existem partículas invisíveis chamadas elétrons

livres, que estão em constante movimento de forma desordenada.

Quando o interruptor é acionado, os elétrons livres passam a se

movimentar de forma ordenada pelo fio e são empurrados no

sentido indicado por uma força. A esta força que empurra os

elétrons é dado o nome de tensão elétrica.

O movimento ordenado dos elétrons livres no fio condutor,

provocado pela ação da tensão, forma então uma “corrente” de

elétrons. A esta corrente de elétrons formada é dado o nome de

corrente elétrica.

Pode-se dizer então que:

Corrente elétrica é o movimento ordenado de elétrons no fio

condutor e sua unidade de medida é o Ampére (A).

Tensão, também chamada de Diferença de Potencial, é a força que

impulsiona os elétrons através do fio condutor e sua unidade de

medida é o volt (V).

3EElleettrrooeelleettrrôônniiccaa

Figura 30: circuito elétrico pilha/lâmpada


35

Se multiplicarmos a corrente elétrica pela tensão elétrica teremos

como resultado a potência elétrica e sua unidade de medida é o

Watt (W). Portanto Ampéres x Volts = Watts

Relacionando com a conta de energia elétrica:

A energia elétrica é medida em quilowatt-hora (Kwh). O cálculo do

valor cobrado na conta de energia é baseado no consumo de certa

quantidade de Kwh e cada Kwh tem um valor ($). Ao valor total de

Kwh consumidos é somado o valor do imposto ICMS. O total em

Reais que deve ser pago é, então, obtido.

A conta de energia elétrica residencial corresponde ao consumo total ,

isto é, de lâmpadas, ferro elétrico,

chuveiro, geladeira, televisão e todos os

aparelhos que foram ligados durante o mês

e que consumiram energia elétrica,

quantidade de Kwh por determinado

tempo. Quanto maior a potência do

aparelho em Kw e quanto mais tempo ele

permanecer ligado (h), maior será o valor

da conta.

Figura 31: contador de consumo deenergia elétrica

Figura 32: conta de energia elétrica


36

O movimento dos elétrons pelo fio é invisível, mas podemos

perceber seus efeitos. Um deles é a luz emitida pela lâmpada

quando o interruptor é acionado, sendo que estes elétrons que se

deslocam passam a percorrer um caminho. A este caminho damos

o nome de circuito.

Assim, antes de o interruptor ser acionado, os elétrons estão em

movimento desordenado e dizemos que o circuito é aberto. Após o

acionamento do interruptor, os elétrons passam a se deslocar com

movimento ordenado e dizemos que o circuito é fechado.

Podemos ainda dizer que o interruptor tem a função de realizar o

comando do circuito, por meio das posições aberto e fechado, como

também faz surgir ou interrompe a força do circuito por meio do

movimento dos elétrons.

O uso de um interruptor simples, que realiza as funções de comando

e força, é comum quando se trata de circuitos, onde somente são

utilizadas baixas potências. No caso de máquinas que utilizam

motores grandes e potentes, os circuitos de comando e força são

separados, existindo, então, um circuito de potência ou força, que

alimenta os motores e um outro que serve apenas para comandar

acionamentos (circuito de comando). Este utiliza tensão e corrente

menores preservando a segurança do operador e permitindo

comando à distância, com custo reduzido.

Os elétrons em movimento nem sempre se deslocam com a mesma

facilidade. Eles encontram, às vezes, uma certa “dificuldade” para

seguir adiante pelo circuito. A essas dificuldades encontradas damos o

nome de resistência e sua unidade de medida é o ohm ( Ω ).

Resistência (Ω) = Volts

Amperes

Figura 33: Resistência elétrica


37

A resistência à corrente elétrica pode ser aproveitada para produzir

“efeitos” úteis para o homem, proporcionados pela passagem da

corrente elétrica através de um circuito. No caso do circuito em

questão, composto por uma pilha e uma lâmpada, a resistência

provocada pela lâmpada produz o efeito da luz, convertendo potência

elétrica em potência “luminosa” e fazendo a lâmpada brilhar.

O brilho emitido pela lâmpada, isto é, a intensidade da luz depende

diretamente da potência envolvida: mais potência = mais luz,

enquanto que menos potência = menos luz.

Existem outros efeitos da passagem de corrente elétrica por um

circuito que podem, igualmente, ser aproveitados em benefício do

homem, por meio de conversores de potência elétrica em outra

forma de potência aproveitável. Alguns exemplos:

√ potência ou energia térmica: os conversores são chamados de

resistências, utilizadas em chuveiros elétricos, ferros de passar

roupa, estufas aquecedoras de ambientes no inverno, etc.

√ potência ou energia mecânica: através de conversores chamados

motores elétricos, são obtidos movimentos, que são aproveitados

para os mais diversos fins, como tração de veículos, abertura ou

fechamento de portas, etc.

3.2 GERADOR, CORRENTE ELÉTRICA E TENSÃO

É todo dispositivo capaz de estabelecer e manter uma diferença de

potencial entre os extremos de um condutor.

As cargas elétricas se movimentam através do condutor, indo do

ponto de maior potencial para o de menor potencial. Assim, o papel

do gerador é o de levar novamente as cargas do pólo B para A, isto

é, do ponto de menor potencial para o de maior potencial. Para

realizar esta tarefa o gerador deve receber energia. Na verdade, o

gerador é um dispositivo que transforma uma forma de energia

qualquer em energia elétrica.

Figura 34: exemplo de ferro elétrico

Figura 35: exemplo de gerador


38

Existem vários tipos de geradores, tais como:

√ Pilha eletroquímica: reações químicas envolvem a transferência deelétrons de um reagente para outro, assim como nas pilhas de rádioou lanterna. Na pilha chamada “primária”, os reagentes devem sertrocados depois que determinada quantidade de energia foifornecida. Um exemplo é a pilha seca comum, usada em rádios,lanternas, relógios, etc.

Existe outro tipo de pilha chamado “acumulador” , onde a vida dosreagentes é renovada pelo uso de uma corrente elétrica, que

percorre o sentido contrário à fornecida.Exemplos são as baterias de automóveis.

√ Pilha termoelétrica: se dois condutores feitos demetais diferentes são colocados em contato sobtemperaturas diferentes, surge uma diferença depotencial que é utilizada, principalmente, para ofuncionamento de sensores de temperatura,chamados termopares. Este fenômeno échamado Efeito Seeback.

√ Dínamo: transforma energia mecânica em energia elétrica.Funciona de maneira inversa à do motor elétrico. Quando o dínamoé girado ele, gera corrente elétrica.Por exemplo :

√ Pilha piezoelétrica: determinados cristais, quando deformados,geram energia elétrica.

√ Usinas de produção de energia: existem as hidroelétricas, astermoelétricas e as nucleares. Todas utilizam o mesmo princípio de

girar um enorme dínamo a partir da rotaçãode uma turbina, seja por movimento de água(hidroelétrica) ou fluxo de vapor(termoelétrica ou nuclear).

Tipos de corrente elétrica: contínua ealternada

Corrente Contínua (CC)

É o movimento ordenado de cargas elétricas , sempre no mesmosentido, do pólo negativo de um gerador ou fonte para o positivo.

Sua unidade de medida é o ampére.

Figura 37: pilha termoelétrica

Figura 39: pilha piezoelétrica

Figura 40: usina hidroelétrica

Figura 38: exemplo de dínamo


39

Corrente Alternada (CA)

É o movimento ordenado de cargas elétricas, mudando de sentido de

um instante para outro. A freqüência com que a corrente muda de

sentido depende do tipo de gerador utilizado. Na rede elétrica

utilizada em nosso país, a freqüência é de 60 Hertz (60 vezes por

segundo a polaridade - positivo/negativo - da corrente tem seu sentido

trocado). Na verdade, na corrente alternada não existe pólo positivo

nem negativo. A polaridade da tensão se inverte constantemente.

3.3 FONTES DE ENERGIA

As fontes de energia elétrica podem ser de corrente contínua ou

corrente alternada. Conforme o uso a que se destina determinado

equipamento elétrico, é utilizado um ou outro tipo de fonte.

Fontes de Corrente Contínua (CC): são as pilhas de relógios, rádios,

lanternas, baterias de automóveis, baterias de filmadoras e outras. Não

são usadas quando a energia deve ser enviada por grandes distâncias.

Figura 42: bateria (CC)

Figura 41: Corrente contínua e alternada

A corrente contínua, ao longo do tempo, não sofre variações de intensidade nem de polaridade


40

Fontes de Corrente Alternada (CA): é o tipo utilizado no fornecimento

de energia elétrica para residências e indústrias. Percorre grandes

percursos, de uma cidade à outra, ou mesmo de um país a outro. Nas

tomadas de nossas casas, quando conectamos um refrigerador, ferro

elétrico, aparelho de ar condicionado ou ligamos um chuveiro,

estamos utilizando a fonte de corrente alternada.

Curto-circuito

Fenômeno que consiste na presença de um circuito paralelo com uma

resistência muito pequena ou nula entre dois pontos, permitindo,

assim, a passagem de uma corrente muito alta por este caminho

paralelo.

Figura 43: Rede de energia elétrica

Figura 44: esquema de curto circuito


41

Perigos da corrente elétrica

Correntes acima de 50 miliampéres (50 mA = 0,05 A) são perigosaspara o homem, se o seu percurso passar pelo coração. O corpohumano e os dos animais são condutores elétricos. A corrente podeproduzir queimaduras e espasmos musculares. A corrente podeparalizar o coração, assim como a respiração, causando a morte.

Manuseio de multímetro

O multímetro é um aparelho que mede grandezas elétricas,principalmente a intensidade de corrente (ampéres) e diferença depotencial (volts).

3.4 DISPOSITIVOS DE COMANDO

Realizam funções como acionamentos e desligamentos .

O comando pode ser feito através de dispositivos de retenção ou de impulso:

Retenção: quando o botão assume nova posição, ao ser manipuladopelo operador, isto é, uma chave tem suas posições alteradas,conforme a função que deve executar.

Impulso: após ser manipulado pelo operador, o botão volta à suaposição inicial. O que conta é o sinal emitido a outro componente,quando é feito o contato e o circuito é acionado. O operadorapenas aperta o botão e este volta até sua posição inicial, mas osinal está enviado.

Tipos de dispositivo de comando:

Botoeira

É um sistema de acionamento de máquinas por impulso. O botãonão fica retido, apenas emite o sinal que “energiza” , através daforça magnética gerada, um outro componente do sistema, ocontator. Enquanto o contator estiver energizado, ele realizará aalimentação de componentes que utilizam potências maiores no seutrabalho, como um motor elétrico, por exemplo. Ao serdesenergizada, a bobina liberará os contatos, desligando o motor.

Essa bobina faz parte do contator.

Figura 45: curto-circuito

Figura 46: amperímetro evoltímetro

Figura 47: botoeiras


42

Contator

É a chave que só trabalha quando é acionada pelo botão de

impulso da boteira. É aqui que se forma a força magnética (ímã)

citada no item anterior (botoeira), unindo contatos que fecham o

circuito, acionando até motores com grandes potências ou que

estejam a uma certa distância do operador, onde seja

desconfortável ou inadequado caminhar até ele para acioná-lo.

Relé

Seu funcionamento é semelhante ao do contator. O relé só trabalha

com baixas potências e só possui um tipo de contato. Já o contator

possui dois tipos, o auxiliar, que recebe o sinal da botoeira, e o

principal, por onde circula a potência maior. Também é comandado

por um botão que não fica retido (botoeira)

Figura 48: exemplo de contator

Figura 49: exemplo de relé

Figura 50: dispositivos de comando e proteção


43

Dispositivos de proteção

São obrigatórios nas instalações elétricas, pois protegem o sistema

contra danos causados por eventuais condições de funcionamento

anormal, tanto de condutores (fios/cabos) quanto dos

equipamentos. Exemplos: sobrecargas ou curto-circuito.

Fusível

Realiza a proteção do sistema quanto a curto circuitos, através da

fusão de um elemento que interrompe a passagem de corrente. A

queima do fusível constitui importante recurso de proteção do

sistema . Existem variações quanto ao tamanho, potência e tipo de

acoplamento, mas todos funcionam a partir da fusão de um

elemento metálico, que corta a passagem da corrente.

Relé Térmico

Realiza a proteção do circuito contra sobrecargas no sistema,

esforços excessivos devido a valores inadequados de corrente e

conseqüente elevação da temperatura.

3.5 MOTORES ELÉTRICOS

São conversores de energia mecânica em elétrica. Seu

funcionamento está baseado no campo magnético gerado ao redor

de um condutor, quando percorrido por corrente elétrica.

Figura 51: fusível em máquina

Figura 52: disjuntor

Figura 53: disjuntores instalados


44

Relé Térmico

Realiza a proteção do circuito contra

sobrecargas no sistema, esforços excessivos

devido a valores inadequados de corrente

e conseqüente elevação da temperatura.

3.5 MOTORES ELÉTRICOS

São conversores de energia mecânica em elétrica. Seu

funcionamento está baseado no campo magnético gerado ao redor

de um condutor, quando percorrido por corrente elétrica.

Motor de corrente contínua

Mais usado onde é necessária a variação da velocidade com

controle preciso ou quando a fonte disponível é CC, como

elevadores e locomotivas. Sua utilização é recomendada quando as

velocidades devem variar ou em aplicações onde sejam exigidos

tamanhos menores alimentados por CC, como em brinquedos

movidos por pilhas, por exemplo. Em automóveis, devido ao fato da

bateria ser CC, limpadores de pára-brisa e vidros elétricos utilizam

motores CC.

Seu custo é mais elevado do que o custo dos motores de corrente alternada.

Figura 54: exemplo de relé térmico

Figura 55: motor elétrico

Figura 57: motor de corrente contínua (CC)

Figura 56: funcionamento de motorelétrico


45

Motor de corrente alternada

São mais robustos do que os de corrente contínua e apresentam

custo menor, sendo, por isso, mais empregados.

A velocidade com que um motor gira é dada em RPM, ou seja,

rotações por minuto. Os valores mais usuais de RPM são : 800,

1700 e 3400 .

As características que devem ser especificadas na compra de um

motor CA são:

√ potência - o suficiente para realizar determinado trabalho;

√ número de pólos (define a rotação) - 800 (6 pólos), 1700 4 pólos)

e 3400 (2 pólos);

√ fator de serviço - indica quanto a mais de potência se pode exigir

do motor além de seu valor nominal;

√ classe de isolamento - indica quanto de superaquecimento o verniz

de revestimento dos enrolamentos suporta.

3.6 DISPOSITIVOS DE CHAVEAMENTO

Antes de estudarmos os dispositivos de chaveamento, é importante

adquirir ou rever alguns conhecimentos gerais da eletrônica.

Eletrônica de Potência

É a aplicação da eletrônica para o controle e a conversão da energia

elétrica. Desde o início do uso da eletricidade em larga escala, no fim

do século XIX, existia a busca do controle da energia elétrica para

utilização em sistemas de acionamento de máquinas elétricas e

controles industriais. Essas necessidades conduziram ao

desenvolvimento dos dispositivos elétricos tradicionais de comando até

os dispositivos eletrônicos dos dias de hoje. A eletrônica de potência

revolucionou os conceitos de controle de potência da energia elétrica

e dos acionamentos das máquinas elétricas, através da combinação

de três elementos principais: potência, eletrônica e controle.


46

Cada um dos três elementos faz a sua parte. O controle trata dascaracterísticas e do regime do trabalho que é executado. A potênciacuida da geração, transmissão e distribuição da energia.

Finalmente, a eletrônica trata dos dispositivos e circuitos para oprocessamento dos sinais que permitem alcançar os objetivos decontrole desejados. Resumindo, por meio da eletrônica de potência,é possível o controle de máquinas e equipamentos elétricos depequeno ou grande porte (com as mais variadas faixas depotência), por sistemas poderosos. Os computadores, assimaplicados, se comparados com os controles de antigamente,incorporaram grandes avanços tecnológicos.

Entrada e Saída de Sinais

A entrada de sinais em um dispositivo de comando eletrônico vem dossensores. Os sensores são dispositivos capazes de colher informações(grandeza física), monitorá-las e transmiti-las ao dispositivo decontrole em uma “linguagem” que ele possa interpretar. Um sensorpode ser uma micro-chave, um relé, um botão.

Semicondutores

Conforme a resistência que oferecem à passagem de corrente, osmateriais são classificados em isolantes, condutores esemicondutores.

√ Isolantes - apresentam extrema resistência à passagem da correnteelétrica, impedindo-a. Exemplos: borracha e porcelana.√ Condutores - apresentam mínima resistência à passagem dacorrente elétrica, favorecendo-a com facilidade. Exemplos: cobre eprata (os metais).√ Semicondutores - ocupam uma posição intermediária entreisolantes e condutores. No estado puro, submetidos a umatemperatura de 0 C, são isolantes. Ainda puros e sob temperaturade 20 C, são maus condutores, aumentando sua condutividade àmedida que a temperatura aumenta e/ou quando combinados comdeterminados materiais. Os semicondutores são os que mais nosinteressam neste estudo. Eles constituem o material de que são feitosos principais componentes eletrônicos, que são as principais peçaseletrônicas usadas na Eletrônica de Potência. Exemplos de materiaissemicondutores são o Silício, o Germânio e o Gálio.


47

Portanto, a Eletrônica de Potência trabalha com base nos

Dispositivos de Chaveamento, que, por sua vez, utilizam

componentes produzidos a partir de materiais Semicondutores.

Flip-Flop: é um tipo de dispositivo utilizado para:

√ armazenar informações, o que o torna útil no funcionamento de

memórias eletrônicas;

√ contar, o que tem grande utilidade na montagem de contadores;

√ alteração de dados, sendo importante no registro de informações;

√ controlar outros dispositivos.

Transistores

São componentes eletrônicos que regulam a corrente em

determinada parte de um circuito. Apresentam um funcionamento

semelhante ao de uma torneira de água, possibilitando um fluxo

maior ou menor de corrente elétrica.

Figura 58: exemplo de Flip-Flop

Figura 59: transistor


48

Diodos

São componentes eletrônicos de construção semelhante à do

transistor. Porém, trabalham com potências maiores e aquecem

menos que os transistores. Têm apenas duas camadas, também

chamadas P e N. Seu trabalho se dá de maneira um pouco

diferente: apenas abre ou fecha a passagem de corrente, permitindo

sua passagem apenas em um sentido e bloqueando-a no outro

sentido. Controlam, assim, o fluxo da corrente em determinada

parte de um circuito.

Ponte Retificadora

Tem a função de converter a corrente alternada em contínua. É

muito usada para converter a corrente alternada das redes

elétricas para corrente contínua, em circuitos eletrônicos.

Tiristor

Empregado para acionar e controlar diversos tipos de máquinas

e equipamentos. Entre eles, destaca-se o SCR, retificador

controlado de Silício, que, mediante a aplicação de uma

corrente, aumenta sua resistência e regula a passagem de corrente

do circuito. Os tiristores podem ser combinados entre si, formando

dispositivos de chaveamento para acionar cargas elétricas. São

muito úteis e versáteis e, assim como os diodos, trabalham com

potências maiores e aquecem menos do que os transistores. Foram

descobertos depois e são mais modernos e eficientes.

Figura 60: desenho esquemático e símbolo de diodo

Figura 61: Diodo Emissor de Luz (LED)

Figura 62: desenho esquemático esímbolo de tiristor


49

3.7 CIRCUITOS DIGITAIS

Apresentam baixo consumo de potência e podem ser usados em

sistemas bastante complexos de acionamento, quando os circuitos

eletrônicos convencionais não satisfazem às exigências. Têm dimensões

reduzidas (pouco espaço ocupado) e alta capacidade de trabalho.

Podem ser adquiridos em módulos, o que facilita a montagem e reduz

custos de produção e manutenção. Oferecem ampla aplicação em

automação de máquinas, sendo encontrados também em amplificadores

de sinais (aparelhos de som, antenas de rádio e televisão), rádios,

televisão, e outros equipamentos ou dispositivos que necessitem de um

sistema de controle mais eficiente de seus acionamentos. São mais

modernos (evoluídos) do que os circuitos integrados.

CLPs

Os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) são equipamentos

eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação

flexível. Permitem fazer alterações no sistema de funcionamento e em

seus componentes com relativa facilidade e baixo custo. Essas

características se tornam importantes nos aperfeiçoamentos de máquinas

e equipamentos, quando é necessário introduzir modificações no

produto e aproveitar elementos eletrônicos anteriormente utilizados. São

adaptáveis às mudanças efetuadas, permanecendo úteis ao sistema.

Permitem a utilização de inúmeros pontos de entrada para o controle das

saídas de sinal. São compatíveis com as mais variadas aplicações

industriais e têm aplicações na informática e na automação.

Figura 63: desenho esquemático e símbolo de circuitos digitais


50

Entre suas principais vantagens, podemos citar:

√ são compactos

√ requerem baixa potência

√ podem ser reutilizados

√ são programáveis

√ permitem fácil manutenção e rápida elaboração de um sistema.

Os CLPs Podem ser definidos como microprocessadores aplicados

ao controle específico de um sistema ou processo.

Surgiram na década de 60, na indústria automobilística, para

substituir os sistemas de painéis com relés. Quando era necessário

efetuar modificações nos controles, as alterações dos painéis eram

extremamente onerosas (caras), o que exigia, com freqüência, novos

projetos. Os CLPs foram desenvolvidos para que os custos das

alterações se tornassem bem menores, devido à sua elevada

capacidade de adaptação (flexibilidade) em mudanças de projeto.

Com o uso dos computadores o CLP tornou-se ainda mais versátil e

sua evolução resultou em custos menores. Apresentam, ainda, outras

vantagens: menores dimensões e maior capacidade de trabalho,

além de poder se interconectar em rede com outros sistemas de

supervisão. Isso faz com que o CLP seja indispensável na indústria e

em todas as áreas onde controles automatizados sejam usados.

Como exemplo de aplicação de CLPs, temos o acionamento de um

portão por controle remoto, onde, por intermédio de uma única

botoeira, é possível realizar a abertura, o fechamento e o bloqueio

dos movimentos a qualquer instante. Acoplado ao portão, existe um

motor elétrico que realiza os movimentos por inversão de rotação.

O sistema apresenta o seguinte comportamento:

√ no primeiro acionamento da botoeira, inicia a abertura do portão;

√ a parada da abertura se dá por novo acionamento da botoeira

com o portão em movimento ou quando o portão atingir o fim de

seu curso, acionando um sensor;

√ estando o portão totalmente aberto ou tendo sido interrompida a

sua abertura, o próximo acionamento realiza o fechamento total,

ocorrendo o inverso durante o seu fechamento;

√ a seqüência se repete indefinidamente.


51


1) Em que situações um fusível deve ser usado?

Resposta: O fusível é utilizado para a proteção deequipamentos. O fusível se “queima” ou rompe assim quea corrente atinge um valor mais alto.

2) Por que usar um contator ?

Resposta: para realizar comando à distância de umcomponente, comandar altas correntes a partir de baixascorrentes, evitando choques elétricos perigosos no painelda máquina e ter segurança em caso de retorno de energiaapós desligamento.

3) Em circuito composto por bateria e lâmpada, efetuar amedição de intensidade de corrente e voltagem (d.d.p.).

A intensidade de corrente é medida com o amperímetro,que deve ser ligado em série com o circuito (conformefigura). Já a voltagem (d.d.p.) é medida ligando-se ovoltímetro em paralelo no circuito (conforme figura).


igura 64: uso de multímetro


52


1) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoal demanutenção elétrica da empresa, a respeito dosequipamentos que utilizam circuitos separados de comandoe força, as razões e os tipos de máquinas que empregam estesistema. Elaborar relatório descrevendo a atividade.

2) Pesquisar, em grupos de quatro alunos, com o pessoal damanutenção elétrica da empresa, a freqüência com que seefetuam substituições de fusíveis. Elaborar relatório arespeito da atividade.

3) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalda manutenção elétrica da empresa, quatro atividades emque são utilizados multímetros. Elaborar relatóriodescrevendo os procedimentos de seu uso.

4) Pesquisar, em duplas, junto ao pessoal da manutençãoelétrica da empresa, quais são os tipos de motores elétricosmais utilizados. Elaborar relatório a respeito.

5) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalda empresa, sobre as máquinas que possuem CLP, suasaplicações e vantagens. Elaborar relatório a respeito.

6) Em grupos de seis alunos, e com acompanhamento dopessoal da empresa, fazer uma visita ao ponto de entradade energia elétrica da empresa, para observar ostransformadores, proteção (fusíveis), rede de alta e baixatensão. Elaborar relatório a respeito.

4 PPnneeuummááttiiccaa4.1 Introdução aos sistemas pneumáticos e hidráulicos

4.2 Pneumática

4.3 Composição básica de um circuito pneumático


54

4.1 INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS PNEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS

Para que máquinas e equipamentos funcionem, é necessário que

exista a transmissão de potência, que pode ser definida como a

realização de trabalho(*) em determinado tempo.

Existem três formas principais de transmissão de potência:

√ Mecânica - utiliza as peças e componentes mecânicos, tais como

engrenagens (rodas dentadas) , correntes de transmissão, correias.

√ Elétrica - utiliza condutores, como fios ou cabos.

√ Fluídica - utiliza fluidos, por exemplo, o ar (gás) e o óleo

hidráulico (líquido). Fluido é tudo aquilo capaz de escoar e assumir

a forma do recipiente que o contém (como os gases e os líquidos).

Quando se usa o ar para transmissão de potência e realização de

trabalho, diz-se que se trata de um sistema pneumático. Quando se

utiliza um líquido, como o óleo hidráulico, para a transmissão de

determinada potência e realização de um trabalho, diz-se que se

trata de um sistema hidráulico.

4PPnneeuummááttiiccaa

Figura 66: polias

Figura 67: energia elétrica


55

Hidráulica e a Pneumática serão estudadas separadamente neste

caderno, mas é importante salientar algumas informações que são

comuns às duas áreas.

Para um melhor entendimento sobre o funcionamento dos sistemas que

transmitem a potência fluídica, é indispensável conhecer um assunto

sempre presente, tanto em pneumática como em hidráulica: a pressão.

A definição de pressão, segundo a Física, é a relação entre a força

aplicada sobre uma superfície e a área desta superfície, ou seja ,

Pressão = Força

Área

Para melhor compreender o que é pressão, imagine uma bola de

futebol. À medida que vamos enchendo a bola, ela se torna mais

firme, mais rígida (dura) devido à pressão do ar no seu interior, que

aumenta. Do mesmo modo, à medida que a bola é esvaziada, ela

se torna mais macia (murcha), devido à diminuição da pressão em

seu interior.

Também podemos imaginar uma mangueira de jardim produzindo

um jato de água: se colocarmos um dedo na saída da mangueira,

dificultando a saída da água, observaremos que o jato de água

sairá com mais força, atingindo uma distância maior. O aumento da

força com que a água sai da mangueira ocorre pelo aumento de

pressão provocado pela redução do diâmetro da mangueira, devido

à colocação do dedo na sua saída. Da mesma maneira, ao

retirarmos o dedo da ponta da mangueira, observaremos que a

água, agora, sairá com menos força, isto é, a pressão diminuiu.

Figura 68: pressão

Figura 69: bola de futebol


56

Sistemas Geradores de Pressão, Válvulas e Atuadores

Nos dois tipos de sistemas de transmissão de potência, hidráulico e

pneumático, existem componentes que geram a potência, outros que

controlam a potência, chamados de controladores ou elementos de

linha, e outros que têm a função de converter a potência transmitida

em trabalho, chamados atuadores ou elementos de trabalho.

Os Sistemas Geradores diferem entre si, sendo que, quando se trata

da pneumática, é utilizado um compressor e, no caso da hidráulica,

é usada uma bomba(*). Basicamente os dois têm a finalidade de

aplicar ao fluido a energia necessária para a realização do

trabalho previsto, seja ar ou óleo hidráulico.

Como se faz para ter energia mecânica realizando trabalho a partir

da energia fluídica?

Por meio dos atuadores ou elementos de trabalho

Os atuadores têm a função de converter a energia pneumática ou

hidráulica em energia mecânica, transformando a potência do

sistema em movimentos, que podem ser:

√ lineares ou retilíneos : realizados por cilindros, com hastes que

avançam e recuam;

√ rotativos, isto é, de rotação ou giro: existem os atuadores, que

realizam movimento de giro contínuo (motores hidráulicos ou

pneumáticos), e os que realizam movimento de giro limitado, ou

apenas uma parte do giro. Não fazem uma volta completa, mas só

uma parte dela, determinado número de graus, e depois retornam

à posição inicial (atuadores angulares ou osciladores) .

Figura 70: sistemas que transmitem energia fluídica


57

Os cilindros

Funcionamento dos cilindros de simples e dupla ação

A pressão do fluido dentro do cilindro provoca o deslocamento da

haste, avanço e recuo nos cilindros de dupla ação e só o avanço ou

só o recuo nos de simples ação. Observe:

a) Simples ação - deslocam-se em um sentido pela pressão do fluido

e, no sentido inverso, pela ação de uma força externa qualquer, seja

um peso ou uma mola.

Figura 71: atuador linear (cilindro)

Figura 72: cilindro em corte

Figura 73: cilindro de simples ação com retorno por peso


58

A mola ou o peso fazem com que a haste do cilindro retorne à sua

posição inicial quando cessa a ação do fluido.

b) Dupla ação - deslocam-se nos dois sentidos pela ação do fluido

do sistema, permitindo maior versatilidade em seu trabalho. Os

cilindros possuem duas tomadas, sendo que, quando uma recebe o

fluido (ar ou óleo), a outra descarrega o fluido que está contido

dentro do cilindro, realizando, assim, os movimentos da haste, tanto

de avanço como de recuo.

Atuadores rotativos

A pressão exercida pelo deslocamento do fluido, através do

atuador, faz com que o movimento se efetue.

Sistemas de controle

Válvulas - são componentes que orientam os fluidos em seu

trabalho. Determinam a velocidade com que os fluidos se

movimentam, através da vazão(*), a força que exercem, por meio

da sua pressão, e caminho (direção) que percorrem no circuito. O

sistema é controlado pelas válvulas.

Um agente externo deve acionar a válvula para que seus componentes

internos sejam deslocados exercendo sua função. São eles:

Comando ou acionamento direto - quando a força de acionamento

atua diretamente sobre qualquer mecanismo que cause a inversão

da válvula. Exemplo: quando o botão que determinada válvula

possui é pressionado pelo operador da máquina ou equipamento;

Comando ou acionamento indireto - quando a força de

acionamento atua sobre um dispositivo intermediário e este sim

comanda a válvula. Exemplo: quando um cilindro avança e

pressiona, no final de seu curso, um sensor, que, por sua vez, envia

um sinal ao controlador, que então comandará outra válvula.

Figura 74: oscilador ou atuadorangular


59

Tipos de acionamento ou comandos

A vazão pode ser regulada em qualquer das tomadas de um

cilindro:

Figura 75: tipos de acionamento de válvulas

Figura 76: na alimentação

Figura 77: na descarga


60

Sensores - fazem parte do controle porque fornecem sinais para que

o trabalho de automação seja executado. Desempenham importante

papel no controle da pressão, posicionamento dos atuadores, etc.

Podem ser analógicos, medindo toda uma faixa de variação da

grandeza que avaliam, como pressão, temperatura e velocidade, ou

digitais, que interpretam apenas duas condições, como

aberto/fechado, sim/não.

Outro exemplo da atuação de sensores é o controle da pressão dosistema, medida pelo pressostato. É muito importante para asegurança e proteção, evitando o trabalho com pressões muitoelevadas ou muito baixas, fora da faixa ideal.

4.2 PNEUMÁTICA

Sistemas pneumáticos são aqueles que utilizam o ar para atransmissão de potência e movimento. Atualmente, o ar comprimidoé muito utilizado como meio de racionalização do trabalho,economizando tempo e proporcionando segurança, principalmentequando usado em conjunto com a eletrônica.

Aplicações do ar comprimido em automatizações:

Figura 78: sensor analógico

Figura 79: sensor digital

Figura 80 : esteira transportadora


61

Existem, ainda, outras aplicações do ar comprimido:

4.3 COMPOSIÇÃO BÁSICA DE UM CIRCUITO PNEUMÁTICO

O ar é captado, comprimido(*) earmazenado em um reservatório. Dali éconduzido por uma tubulação para oselementos de linha, componentes do sistemaque controlam a velocidade e a força(pressão) com que o ar será utilizado para arealização de trabalho. Finalmente, apotência é transmitida até os elementos detrabalho, que fazem a conversão da energiapneumática em energia mecânica. Apotência é, então, aplicada na realização demovimentos, atingindo o objetivo do sistema.

De grande importância é a pureza do ar utilizado, o que garante longavida útil ao sistema. Com essa finalidade, são utilizados filtros queretêm partículas sólidas e drenos que retiram a umidade contida no ar.

Existe também a lubrificação da instalação pneumática, realizadapor dispositivos específicos para este fim, colocados na rede de ar.

Eles dosam, adequadamente, a quantidade de óleo que éacrescentada ao ar em movimento na tubulação para que chegue atodas as partes móveis dos componentes do sistema.

Figura 81: Dobramento de peças

Figura 82: pintura

Figura 83: lixamento


62

Produção do ar comprimido

Compressores

Para a produção de ar comprimido são necessários compressores.

Essas máquinas são destinadas a elevar a pressão de um certo volume

de ar, admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada

pressão, exigida na execução dos trabalhos realizados pelo ar

comprimido. Na maioria dos sistemas pneumáticos existe uma

estação central de produção de ar comprimido. Não há necessidade

de ser utilizada uma estação individual para cada posto de trabalho

onde o ar for aplicado. Assim sendo, quando é projetado um sistema

de ar comprimido, é preciso trabalhar com determinado

“superdimensionamento”. É importante produzir um pouco mais ar

comprimido do que seria exatamente necessário, prevendo futuras

ampliações na rede para uso de mais elementos de trabalho. É mais

econômico do que realizar constantes modificações.

Pode haver também, em casos especiais, instalações móveis de ar

comprimido, como em pintura de edifícios ou indústrias de mineração.

Tubulação

Quando temos vários pontos de aplicação do ar comprimido,

distribuimos este ar colocando tomadas para utilização nas

proximidades dos respectivos pontos de aplicação, fazendo com que

ele chegue até os pontos onde é necessário. Existe, então, uma rede

de distribuição, compreendendo a tubulação que conduz o ar do

reservatório até os pontos individuais de utilização.

A rede possui duas funções principais:

comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores;

funcionar como reservatório, atendendo às exigências locais.

Figura 84: exemplo de compressor deêmbolo, pequeno porte

Figura 85: exemplo de sistemaportátil


63

Tipos ou formatos de rede de distribuição utilizados:

Circuito fechado (anel) - é o mais utilizado, construído em torno da

área onde ocorre a utilização do ar, quando os pontos de consumo

estão próximos uns dos outros. Do anel partem as ramificações para

os diferentes pontos de consumo. Esse sistema apresenta a vantagem

de possuir uma pressão constante e distribuição mais uniforme do ar

nos diversos pontos.

Circuito Aberto - é utilizado quando existem distâncias consideráveis

entre os pontos de consumo ou em caso de pontos isolados. Não

apresenta, assim, uma forma padrão como o anel ou um perfil

definido, mas sempre conforme a necessidade do local.

Figura 87: Distribuição de ar comprimido tipo anel


64


1) Qual a máxima pressão em que trabalham os sistemaspneumáticos ?

Resposta: Normalmente até 16 bar.

2) Qual a vantagem de ser usada uma rede de distribuiçãoem forma de anel ?

Resposta: Pressão uniforme em todos os pontosde trabalho.

3) Dar exemplo de aplicação da pneumática edescrever seus funcionamentos

Resposta: Por exemplo, uma prensa :

Procedimento:

Descrever seu funcionamento em relatório,observando:

Qual a pressão de trabalho do sistema ?

Por que é utilizado nestes locais o sistemapneumático e não o mecânico?

Quais os atuadores utilizados ?

Quais as válvulas utilizadas ?


Figura 88: prensa pneumática

Figura 89: representação

Figura 90: diagrama


65


1) Em duplas, pesquisar sobre o funcionamento do sistemade freios de um ônibus, inclusive o freio deestacionamento. Elaborar relatório.

2) Em grupos de quatro alunos, realizar visita à sala decompressores da fábrica e:

a) localizar no sistema uma válvula comandadaeletricamente e descrever sua função no equipamento;

b) verificar a existência de motores pneumáticos. Casosejam encontrados, descrever sua função na fábrica.

3) Em duplas, pesquisar, na fábrica, o uso de umaparafusadeira pneumática, consultar operadores e opessoal do setor de métodos e processos sobre asvantagens de sua utilização.

5 TTeeccnnoollooggiiaa ddeeAAuuttoommaaççããoo HHiiddrrááuulliiccaa

5.1 Composição básica de um circuito hidráulico

5.2 Vantagens e desvantagens do uso da hidráulica em relação à pneumática


68

Os sistemas ou circuitos hidráulicos têm funcionamento semelhante

ao dos sistemas pneumáticos, mas existem também diferenças.

Em relação à geração de energia, sistemas pneumáticos utilizam

compressores enquanto sistemas hidráulicos usam bombas.

Nos sistemas pneumáticos, o ar é captado na atmosfera e depois

de utilizado é liberado. No sistema hidráulico, o óleo hidráulico é

captado pela bomba no reservatório e, depois de utilizado, retorna

para lá. O fluido circula no sistema, sendo reaproveitado.

Na pneumática, é utilizado um gás (ar), que é compressível. Na

hidráulica, um líquido (óleo), que não é compressível, ou seja, sua

compressibilidade é tão pequena que é considerada nula se

comparada com a de um gás. Isso torna os dois sistemas muito

diferentes entre si, no que diz respeito à capacidade de transmissão

de potência e precisão de movimentos.

É por esta razão que os sistemas hidráulicos se destacam entre os

outros. Através da hidráulica é possível trabalhar com altas

pressões, que resultam em multiplicação (aumento) das forças

envolvidas. A partir de uma determinada força aplicada no sistema,

podemos obter forças muito maiores e realizar diversos tipos de

trabalhos com estas forças maiores. É algo semelhante ao uso de

uma alavanca. Ela torna possível a alguém, que aplica uma

pequena força em uma extremidade, mover um grande peso na

outra extremidade.

5TTeeccnnoollooggiiaa ddee AAuuttoommaaççããoo HHiiddrrááuulliiccaa

Figura 91: alavanca representandoa hidráulica


69

Isso faz da hidráulica um meio especial de trabalho. Ela permite

erguer um pesado automóvel a partir de um esforço mínimo do

braço de uma pessoa, quando se tem um “macaco” hidráulico, um

equipamento parecido com uma miniatura de prensa hidráulica,

muito útil quando se necessita trocar um pneu ou efetuar reparos na

parte inferior de um carro.

Também é possível, por meio de sistemas hidráulicos, produzir peças

grandes a partir de dobramentos, que seriam impossíveis se não fosse

o uso de prensas hidráulicas, movimentar pesados comandos de

grandes aviões apenas com o movimento da mão do piloto, o mesmo

acontecendo com tratores e caminhões. Os sistemas hidráulicos

permitem que, com um simples toque do condutor no volante do

veículo, provoque suave movimentação de enormes rodas. Até

pequenos automóveis adotam dispositivos hidráulicos para

proporcionar maciez da direção ao motorista em manobras, além de

inúmeras outras aplicações da hidráulica tornam possível a realização

de vários tipos de trabalho por meio do aumento de forças.

Figura 92: macaco hidráulico para levantar um carro

Figura 93: trator com braço hidráulicolevantando silo

Figura 94: caminhão com direçãohidráulica


70

5.1 COMPOSIÇÃO BÁSICA DE UM SISTEMA HIDRÁULICO

O sistema hidráulico é composto das seguintes partes :

√ Sistema de Geração - bomba

√ Transmissão - tubulação

√ Sistema de Controle - Válvulas e sensores

√ Atuadores - lineares (cilindros), rotativos (motores hidráulicos) e

angulares (osciladores).

Bomba

Converte a energia mecânica em energia hidráulica através de

aplicação de pressão ao fluido (óleo), que, por sua vez, transmite a

potência recebida. A bomba pode ser acionada por motor elétrico,

na quase totalidade dos casos, ou por outro tipo de acionamento,

como o da direção hidráulica dos automóveis, onde a bomba é

acionada pelo motor do veículo.

Trata-se de um acessório muito utilizado para que o motorista

realize as manobras fazendo menos força no volante.

O sistema pode ainda ter acionamento manual, como no caso de

pequenas prensas hidráulicas. Existem automóveis que utilizam um motor

elétrico para acionamento da bomba do sistema de direção hidráulica.

É importante salientar que aqui é fornecida a energia para o fluido,

que a para realizar o trabalho do sistema.

Figura 95: exemplo de unidadehidráulica

Figura 96: interior de bomba de engrenagens


71

Reservatório: tem a função de armazenar o fluido e auxiliar na

sua refrigeração.

Tubulação

Consiste nos tubos em que normalmente se distribui o fluido para

as válvulas, atuadores, retorno para o reservatório, etc.

Assim como nos sistemas pneumáticos, é interessante que sejam

evitadas, na tubulação, curvas acentuadas e rugosidades(*) em

seu interior para que as perdas de potência sejam diminuídas.

Válvulas

Podem ser direcionais (definem a direção que o fluido segue para

realizar seu trabalho), controladoras de vazão (regulam a

velocidade dos atuadores) ou controladoras de pressão (regulam

a força dos atuadores).

Veja, na figura seguinte, um exemplo de aplicação de válvula

direcional em sistema hidráulico:

Figura 97: Reservatório de SistemaHidráulico

Figura 98: braço da escavadeira controlado por válvula direcional


72

Sensores

Fazem parte do controle porque fornecem sinais para que o

trabalho de automação seja executado. Desempenham importante

papel no controle da pressão, posicionamento dos atuadores, etc.

Assim como na pneumática, os sensores podem ser analógicos,

medindo toda uma faixa de variação da grandeza que avaliam, ou

digitais, que interpretam apenas duas condições, como

aberto/fechado e sim/não.

Atuadores

Convertem a energia hidráulica do fluido em energia mecânica

novamente, possibilitando a realização de várias formas de

trabalho a partir de seus deslocamentos, como abertura de portas,

fixação de peças, levantamento de pesos, movimentos rotativos

(giros), com várias opções de força ou pressão aplicada e precisão

de movimentos. Apresentam funcionamento e representação

semelhante aos dos sistemas pneumáticos.

OBSERVAÇÃO: nos sistemas hidráulicos, assim como nos

pneumáticos, também existem atuadores lineares, como cilindros de

haste simples e de haste dupla (trabalham nas duas extremidades),

atuadores rotativos, como os motores hidráulicos, bem como os

atuadores angulares.

Os atuadores lineares (cilindros) podem ser de dois

tipos:

a) Simples ação: deslocam-se em um sentido pela pressão do fluido

e no sentido inverso pela ação de uma força externa qualquer, seja

um peso, como nos macacos hidráulicos que erguem um veículo, ou

uma mola, como nas prensas hidráulicas de pequeno porte.

Figura 99 : retorno por peso


73

O sistema de freio hidráulico de um automóvel também é um

exemplo de atuador de simples ação, com retorno por mola.

Pode-se ter também o atuador de simples ação fazendo parte de um

circuito hidráulico.

As três posições da alavanca comandam o atuador.

b) Dupla ação: deslocam-se nos dois sentidos pela ação do fluido do

sistema, permitindo maior versatilidade no seu trabalho, assim como

os pneumáticos. Os braços que erguem a carga são hidráulicos.

Tomando como exemplo um sistema de automação cujo objetivo é a

troca automática de ferramentas em uma máquina CNC para

usinagem (*), como na figura abaixo.

O funcionamento do sistema é descrito no diagrama :

a) um componente chamado porta ferramentas, onde a ferramenta que

está sendo utilizada no momento é fixada para realizar o trabalho;

b) um componente chamado torre, onde todas as ferramentas da

máquina estão armazenadas. A torre se movimenta (gira) para

fornecer a próxima ferramenta a ser usada e receber aquela

ferramenta que estava sendo utilizada na operação anterior

(mostrada nas figuras 104 e 105);

Figura 101 : atuador simples ação

Figura 102 : empilhadeira

Figura 103: troca automática deferramentas

Figura 104: dois exemplos de torre comas ferramentas


74

c) Um motor hidráulico, que tem a função de girar a torre para que

as ferramentas possam ser posicionadas nos locais adequados.

Aquela que sai é liberada pelo porta ferramentas e a que entra em

serviço é fixada pelo porta ferramentas.

O ciclo de trabalho para a troca de ferramentas é o seguinte:

1.º) Destravamento da ferramenta que anteriormente estava sendo

utilizada - um solenóide(*) S1 aciona a válvula direcional no centro

do diagrama, que tem retorno por mola, para que o cilindro

correspondente CF destrave a ferramenta. O sensor FD informa o

destravamento ao controlador.

2.º) Giro da torre para a troca das ferramentas - o solenóide S4 é

acionado pelo controlador para que a torre seja destravada pelo

cilindro CT e girar. O controlador verifica qual o sentido em que a

torre deve girar, para que a nova ferramenta seja fornecida através

do caminho mais curto. Decide entre acionar S2 ou S3 na válvula

direcional da direita do diagrama, fazendo com que o motor

hidráulico gire em um sentido ou em outro.

3.º) Travamento da torre - o sensor da ferramenta indica quando a

ferramenta desejada está na posição correta, desacionando o

solenóide S2 ou S3, conforme o sentido em que a torre girava,

desligando o motor hidráulico. Também o solenóide S5 é acionado

e a torre é novamente travada. O sensor TT informa o

travamento ao controlador.

4.º) Travamento da ferramenta - o controlador desaciona o

solenóide S1, permitindo que a mola de retorno comande

a válvula, fazendo o cilindro avançar e travando, assim, o

porta-ferramentas. O sensor FT informa o travamento ao

controlador e o trabalho de usinagem pode ser

continuado. A troca de ferramentas está concluída.

A figura ao lado mostra um desenho esquemático de circuito hidráulico.

Figura 105: Esquema hidráulico de uma torre porta-ferramentas de fresadora CNC


75

O que cada sensor indica para o controlador :

Digitais - indicam apenas travamento ou não

FT : porta-ferramentas travado;

FD: porta-ferramentas destravado;

TT: torre travada;

TD: torre destravada.

Analógicos - indicam todos os valores de uma faixa de atuação, É

o caso do sensor que fornece ao controlador a posição exata da

torre durante seu movimento de giro.

EXERCÍCIOS DIRIGIDO

Pesquisar na empresa três exemplos de aplicação da hidráulica

Exemplo: empilhadeira de almoxarifado:

Sugestões de procedimento:

Após observação do equipamento, descrever seu funcionamento em

relatório:

1) Por que é utilizado o sistema hidráulico e não o mecânico?

2) Por que é usado nesta máquina o sistema hidráulico e não o

pneumático ?

3) Quais os atuadores utilizados ?

Figura 106 : empilhadeira


76

5.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DAHIDRÁULICA EM RELAÇÃO À PNEUMÁTICA

Os sistemas hidráulicos transmitem mais potência do que os

pneumáticos, ou seja, mais força e maior pressão pelo fato de o ar

ser compressível e o óleo não.

É importante salientar que, quanto maior for a pressão, mais

cuidados deverão ser tomados em relação à segurança no trabalho.

Caso haja um acidente, os riscos e os danos crescerão junto com o

aumento da pressão.

Os sistemas hidráulicos, por trabalharem com maior potência,

permitem maior precisão no controle de força e velocidade dos

componentes, assim como no seu posicionamento, porém com

menor velocidade do que os sistemas pneumáticos. Os sistemas

hidráulicos são mais indicados quando forem necessários ajustes

precisos e controle apurado em velocidades e pressões.

Os sistemas pneumáticos apresentam, em seus atuadores, maior

capacidade de desenvolver altas velocidades e acelerações do que

os hidráulicos.

A desvantagem dos sistemas hidráulicos está no custo do

investimento, que é mais elevado do que no caso de sistemas

pneumáticos. Essa diferença depende de cada sistema, de acordo

com as necessidades de trabalho do projeto e de suas características

particulares. Por apresentar maior custo, o sistema hidráulico só

deve ser aplicado quando todas as outras opções forem

descartadas, isto é, sistema mecânico, elétrico ou pneumático.

Como exemplo, vamos analisar as opções de mecanismos

hidráulico, pneumático e elétrico para uma pá carregadeira. Força

desenvolvida na pá:

¸ Pneumática - limitada devido ao uso de baixas pressões;

¸ Hidráulica - possibilidade de uso de grandes forças devido às altas

pressões do sistema;

¸ Elétrica - pouca eficiência, pouca força (risco de sobrecarga e

prejuízo ao sistema).

Movimentos:

Figura 107: Pás carregadeiras


77

√ Pneumática - fácil aceleração e alta velocidade (até 1,5 m/s),

porém limitado controle de parada e velocidade;

√ Hidráulica - perfeito controle das posições e velocidades, mas não

tão rápido;

√ Elétrica - custos elevados e complexidade.

Influências do meio ambiente:

√ Pneumática - suporta variações na temperatura, não há risco de

explosão em ambientes ricos em gases;

√ Hidráulica - sensível às variações de temperatura. Em caso de

vazamentos há risco de fogo e contaminação;

√ Elétrica - sensível à temperatura, risco de explosão por

faiscamento em ambientes com gases.


78


1) Por que dizer que os sistemas hidráulicos têm maiorprecisão e transmitem maior potência do que ospneumáticos ?

Resposta: Porque os hidráulicos trabalham com um líquido,que é imcompressível, ao invés dos pneumáticos, quetrabalham com gás (ar) compressível.

2) Qual a composição básica de um sistema hidráulico ?

Resposta: Sistema gerador, sistema de controle eatuadores, todos interligados por transmissão de energia(tubulação).

3) Descrever o funcionamento de um atuador de simplesação.

Resposta: Em um sentido, o movimento é realizado pelofluido. No outro sentido, pela ação de uma força externacomo uma mola ou peso.



79


1) Pesquisar, em duplas, porque as direções de veículosusam o sistema hidráulico e não o pneumático.

2) Em duplas, realizar uma pesquisa sobre ofuncionamento de sistemas de freio hidráulico emmotocicletas (motos). Elaborar relatório .

3) Alguns modelos de automóveis apresentam versões emque se pode escamotear (abaixar) a capota (teto) e sãochamados “conversíveis”. Existem alguns que realizamautomaticamente o movimento da capota por meio de umsistema eletro-hidráulico. Em grupos de quatro alunos,realizar uma pesquisa a respeito e elaborar relatório.

4) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, na empresa,sobre o funcionamento de uma prensa hidráulica. Elaborarrelatório descrevendo seu funcionamento, componentes eaplicações.

5) A retroescavadeira é uma máquina muito versátil. Elaserve para a realização de vários tipos de trabalho com osolo (terra ou areia), envolvendo dispositivos hidráulicossem seus movimentos. Em duplas, realizar uma pesquisa arespeito, elaborando relatório.

6) As máquinas que produzem peças em plástico são muitoutilizadas em nossos dias. Existe um tipo dessas máquinas,chamado “injetora”, o qual possui um componentechamado “rosca” ou “parafuso”, que utiliza, conforme o seufabricante, um motor hidráulico para efetuar o movimentode rotação (giro). Há fabricantes que usam motor elétrico.Em duplas, realizar uma pesquisa a respeito do sistemahidráulico da máquina, elaborando relatório.

6 AAuuttoommaaççããoo ddaa PPrroodduuççããoo eeTTeeccnnoollooggiiaass FFuuttuurraass

6.1 Técnicas de produção

6.2 FMS (Sistema de Manufatura Flexível)

6.3 Máquinas CNC

6.4 Robôs industriais

6.5 Novas tecnologias aplicadas no planejamento e na produção industrial


82

Atualmente, quando se fala em desenvolver o projeto de um novo

produto, seja qual for a área de atuação, são comuns termos como

CAD, CAE e CAM, no meio industrial. Eles estão diretamente

relacionados com a redução de custo de desenvolvimento e

fabricação de um produto, através da utilização de computadores,

eliminando a necessidade de experimentos com protótipos(*).

É importante, para a compreensão deste assunto, ter, inicialmente,

uma visão clara do desenvolvimento de um novo produto na

indústria. Para ilustrar a explicação, vamos usar, o exemplo do

desenvolvimento de um eletrodoméstico, um liquidificador.

A primeira etapa é chamada “reconhecimento da necessidade” e

corresponde à identificação da necessidade do produto no

mercado, realizada normalmente pelo departamento de Marketing,

por meio de pesquisas entre os consumidores. Esta pesquisa registra

o que o consumidor espera do produto, acessórios necessários, cor

preferida e dados do desempenho.

A partir daí, a próxima etapa é chamada de “definição do

problema”, quando são elaboradas as especificações do produto: a

potência do motor, a capacidade de trabalho, dimensões,

velocidades e outros recursos.

A próxima etapa é a “síntese do produto”, quando ele tem seu

projeto definido, assim como suas formas, dimensões e

características. O liquidificador assume, então, a forma de um

produto final.

As três etapas seguintes consistem na essência da atividade da

Engenharia de Desenvolvimento, um trabalho complexo.

Antigamente, para analisar várias opções de formas geométricas do

produto, ou seu comportamento mecânico, eram desenvolvidos os

protótipos. Após vários testes, os técnicos chegavam a uma idéia

mais concreta do produto. Este procedimento, porém, envolvia muito

tempo e custo elevado, encarecendo o projeto.

6AAuuttoommaaççããoo ddaa PPrroodduuççããoo ee TTeeccnnoollooggiiaass FFuuttuurraass


83

Nos dias de hoje, na etapa de Síntese, a modelagem geométrica do

produto é feita utilizando-se um software de CAD (Computer Aided

Design – Desenho Assistido por Computador), que permite o

desenho das peças em duas e três dimensões e alterações conforme

as necessidades.

A próxima etapa, chamada “análise e otimização”, compreende o

estudo do comportamento mecânico do produto e seu

funcionamento, incluindo as partes elétricas. Para isso é usado um

software de CAE (Computer Aided Engineering- Engenharia

Assistida por Computador) , que permite simular o funcionamento

do produto, rigidez da estrutura, e outros aspectos importantes.

Uma vez definido o produto, parte-se para a elaboração de todos

os desenhos necessários à sua produção, por meio de softwares

específicos para desenho em CAD. Após a execução dos desenhos,

é a vez do CAM (Computer Aided Manufacturing – Manufatura

Assistida por Computador) fazer sua parte. O CAM estima os custos

e tempos padrão da produção além de gerar programas que

informarão as máquinas controladas por computador. Serão elas

que produzirão as peças ou os moldes necessários para a

fabricação do produto planejado.

Assim, CAE, CAD e CAM representam as ferramentas de

engenharia moderna que permitem reduzir custo e tempo para o

desenvolvimento e fabricação de produtos.

Figura 108: CAE/CAD/CAM


84

6.1 TÉCNICAS DE PRODUÇÃO

6.1.1 CAD

Oferece recursos gráficos que permitem gerar desenhos utilizando o

computador. Pode rodar em computadores tipo PC. Pode ser

bidimensional, mais utilizado em plantas de prédios, ou

tridimensional, simulando a terceira dimensão. O sistema

tridimensional permite girar um objeto e facilita sua visualização de

vários ângulos. É mais usado nos projetos industriais.

Principais funções do CAD

- Possibilita determinar com precisão distâncias entre superfícies.

Este recurso é muito interessante para verificação de interferências

entre objetos próximos.

- Animação: permite a visualização de um componente

funcionando. Trata-se apenas de uma simulação de movimentos,

sendo que a correta demonstração de velocidades, acelerações e

esforços é dada somente pelo CAE, que já foi citado e será descrito

logo adiante.

6.1.2 CAE

Computer Aided Engineering (Engenharia Assistida por

Computador) é usado para a simulação do comportamento da peça

na situação real de operação. Desta forma, é possível representar os

esforços sofridos pela peça, suas deformações, distribuição de

temperaturas, funcionamento de circuitos elétricos, etc. O principal

objetivo do CAE é reduzir o tempo e o custo do desenvolvimento de

um produto, permitindo avaliar corretamente o projeto feito no CAD.

Figura 109: exemplo de CAD

Figura 110: exemplo de CAD

Figura 111: animação em CAD

Permite a representação de partes,em cores diferentes, favorecendo suadistinção.


85

6.1.3 CAM

Computer Aided Manufacturing, ou seja, Manufatura Assistida por

Computador, é definido como o uso do computador no

planejamento, gerenciamento e controle da manufatura. Com

relação às tarefas de controle da produção, o CAM se destina a

controlar o processo, a qualidade, o trabalho no chão de fábrica e

monitorar os processos, além de gerar relatórios sobre a situação da

produção para a gerência.

Suas principais tarefas são:

- estimativa do custo total (material e produção) de um novo produto

a ser fabricado;

- planejamento do processo, seqüência de operações e definição

das máquinas que deverão ser utilizadas na produção;

- cálculo dos parâmetros ótimos de trabalho das máquinas, como

rotações, velocidades, avanços das ferramentas, pressões e

temperaturas adequadas para cada tipo de operação a realizar;

Figura 113:CAM

Figura 114: Parâmetros de trabalho

Figura 115: Parâmetros de trabalho


86

- geração de programas a serem fornecidos para os computadores

que controlarão as máquinas utilizadas. Exemplo: projeto de

fabricação de uma roda de automóvel.

- estudo de tempos de produção envolvidos na fabricação das

peças.

Há duas categorias principais de CAM :

a) Sistemas computadorizados de controle e monitoração - existe a

ligação direta do computador ao processo que é monitorado.

b) Sistemas de suporte da produção - o computador é apenas uma

ferramenta de auxílio para a produção, é uma aplicação indireta.

Com o uso do CAM, a programação da produção é feita de

maneira muito mais rápida, por meio de portas de comunicação(*)

entre sistemas informatizados, o que diminui a probabilidade de

erros. Informações são fornecidas ao sistema diretamente pelos

terminais, transferindo-se grande parte do trabalho para o

computador. Existem programas interativos, onde, através de

diálogos operador/computador, é feita a programação, atendendo

às necessidades de cada peça produzida. O próprio sistema

informa às maquinas CNC os dados

necessários, a partir de programas

desenvolvidos previamente.

Outro importante recurso disponível

com o uso de CAM é a simulação da

produção, através da qual podem

ser testados processos e verificados

dados sem risco de prejuízos ou

peças mortas(*).

O fluxograma abaixo ilustra a

seqüência de operações básica de

um sistema CAM.

Figura 116: Roda

Figura 118: ilustração de CAM

Figura 117: projeto por CAM


87

6.1.4 CAPP

O CAPP, ou Planejamento de Processo Assistido por Computador, é

utilizado para que um desenho de determinada peça projetada se

transforme na peça propriamente dita. É um método que, se

comparado aos convencionais, é mais rápido e fornece informações

que podem ser utilizadas em outros softwares, integrando o projeto

com outras técnicas informatizadas.

O CAPP engloba as seguintes etapas:

√definição da seqüência de operações;

√ definição de máquinas e ferramentas que serão aplicadas na

produção;

√ levantamento das condições do processo e seus tempos de

fabricação;

√ OBSERVAÇÃO: o uso do computador torna muito mais rápida a

organização e a realização dessas etapas, sendo esta a principal

característica do CAPP.

Existem ainda três formas pelas quais o planejamento do processo

pode ser estruturado:

a) Forma Variante ou por Recuperação

Peças que apresentem semelhanças entre si, sejam de geometria,

processo ou outras, são classificadas e codificadas. São definidas,

então, famílias de peças segundo essas divisões e por suas

características de fabricação. Cada família tem marcado o seu

processo-padrão. Este agrupamento de peças é chamado de Tecnologia

de Grupo (TG) e representa um poderoso recurso na obtenção de

vantagens para execução de projetos e fabricação de peças.

b) Forma Generativa

Esta forma de planejamento segue o raciocínio de um processador.

É gerado um plano de trabalho, que não prevê a intervenção do

operador. Por meio de decisões lógicas, é feita uma seleção dos

parâmetros para a produção de determinada peça.


88

a) Forma Automática

Também sem intervenção de operador, é gerado um plano de

produção utilizando CAD. Consiste em uma interface CAD

totalmente automatizada, sendo um sistema completo e inteligente.

Vantagens do CAPP

- O processo se torna mais racional: maior eficiência e lógica ;

- Há maior produtividade: ocorrem menos erros e maior rapidez;

- O processo se torna mais legível: a interpretação do plano de

processo torna-se mais fácil;

- É possível a integração com outros softwares.

Figura 119:CAPP


89

6.2 FMS (SISTEMA DE MANUFATURA FLEXÍVEL)

O FMS é um método de organização e controle utilizado paraproduções sob encomenda, porém dentro de uma produção normalde grandes lotes em série. Ocorre quando é necessário produzirpequenas parcelas especiais, sem prejudicar ou abrir mão dosgrandes lotes seriados normalmente produzidos. Exige uma forma deplanejamento especial, em função das diferenças particulares dedeterminadas peças ou componentes. A produção desses lotesespeciais deve acontecer dentro de padrões de custos e qualidade,prazos de entrega e integração com a atividade normal da empresa.

Um bom exemplo é a fabricação de automóveis, que, emdeterminadas ocasiões, oferece a seus clientes séries especiais deveículos com determinados equipamentos opcionais ou itens, comocores diferentes ou detalhes da parte mecânica, que não sãooferecidos nas grandes séries. São exceções, mas entram na linhade produção da mesma maneira, como se fossem montados todosos dias, sem causar nenhuma espécie de transtorno.

Aqui entra um aliado importante do raciocínio rápido e grandefluxo de informações: o computador. E mais: combinando-se o usode máquinas CNC com a programação realizada pelo computador,é viável efetuar um controle informatizado da produção,possibilitando a obtenção de resultados comparáveis aos dafabricação em série de lotes maiores.

Para evitar o trabalho humano sob condições desfavoráveis à suasaúde, em tarefas muito repetitivas ou onde são exigidos padrões deprecisão muito rígidos, é recomendável o uso de recursos queliberem o profissional para o trabalho mais adequado à suanatureza, automatizando-se operações onde a mão-de-obra diretanão é considerada ideal :

- medições por máquinas CNC nas peças produzidas para ocontrole das dimensões;- transporte de peças e materiais por carros guiadosautomaticamente, empilhadeiras guiadas por controle remoto oumovendo-se sobre trilhos, sem necessidade de operador. Estesveículos são chamados AGVs (Automatically Guided Vehicle –Veículo Guiado Automaticamente) ou RGVs (Rail Guided Vehicle –Veículo Guiado por Trilho);

Figura 120: carros transportadoresguiados por controle remoto


90

- uso de esteiras transportadoras: é um modo de transportar

componentes a baixo custo.

Há um lugar onde o homem ainda não foi substituído: no

armazenamento de cargas, embora possam ser utilizados muitos

dispositivos automatizados.

Para o perfeito funcionamento do FMS, também é necessário o uso

de computadores em rede, para que possam se comunicar entre si.

No FMS é bastante utilizado o conceito de células de manufatura,

pequenos núcleos de produção individuais, conceito usado há muito

tempo. Aqui é combinado com modernas técnicas de produção e

permite a obtenção de bons resultados.

A seguir é ilustrado o sistema FMS:

Figura 121: esteira transportadoraautomatizada

Figura 122: representação de FMS


91

Na parte inferior da figura estão representadas as células de

manufatura, pequenos núcleos de produção interligados pelo

sistema de computadores e subordinados a uma gerência comum.

CIM

A sigla significa Manufatura Integrada por Computador. O CIM

trabalha baseado no cruzamento de informações coletadas nos

vários setores da produção, permitindo o acompanhamento e o

controle do fluxo de trabalho com precisão e cumprimento dos

objetivos. As ilustrações a seguir mostram como acontece essa

integração, a partir de uma célula modelo de trabalho.

6.3 MÁQUINAS CNC

6.3.1 CONCEITO, FUNCIONAMENTO E APLICAÇÕES

A sigla CNC significa Comando Numérico Computadorizado e

corresponde a determinado tipo de máquinas que podem ser

programadas para realizar um trabalho, como a fabricação de

peças. Esta programação utiliza números e pode ser feita no painel

da máquina ou por um computador acoplado a ela. A máquina

CNC executa seu trabalho e faz as necessárias medições de acordo

com a programação recebida. Apresenta precisão e grande

capacidade de repetir peças iguais devido à sua programação, o

que a torna ideal para a produção de lotes com elevada quantidade

de peças e alta qualidade.

Outra característica do CNC é a versatilidade, bastando uma

alteração de programação para que peças com outras dimensões

sejam confeccionadas. A participação do operador é menor,

limitando-se à programação da máquina, o que evita que fatores

como fadiga ou inexperiência resultem em peças defeituosas.

eixo apenas. As de três eixos realizam movimentos em todos eles,

simultaneamente.

Figura 123: Produção automatizada comCIM

Figura 124: eixos de uma máquina CNC

Figura 125: fresadora CNC

Figura 126: mandriladora CNC


92

O CNC pode ser definido como um computador que controla os

movimentos de determinada máquina. A parte mecânica de uma

máquina CNC tende a ser mais simples porque certos mecanismos

são substituídos por motores elétricos que movimentam componentes

com maior suavidade e rapidez.

Também as trocas de ferramentas podem ser realizadas

automaticamente em algumas máquinas CNC, quando é útil o uso

de mais de uma ferramenta instalada no mesmo equipamento. O

CNC permite a execução de várias operações sem a retirada da

peça para troca de máquina ou mesmo a parada do serviço para

substituição de uma ferramenta por outra. Assim, se tem a agilidade

e precisão de trabalho também nesta área da máquina. Nos centros

de usinagem, máquinas realizam, automaticamente, o trabalho de

muitas outras numa só, como fresagem, torneamento, furação,

indispensáveis para a implementação de sistemas de usinagem

automatizados.

Quando aplicado na produção de grandes lotes de peças, o CNC

mostra melhor suas qualidades, em serviços altamente repetitivos,

onde a produção automatizada corresponde a consideráveis

ganhos na produtividade.

Desenvolvido na década de 50, o CNC vem evoluindo junto com a

eletrônica, reduzindo dimensões e aumentando capacidades e

recursos, assumindo também custos mais acessíveis. A conseqüência

disso é a sua grande difusão nos vários segmentos de máquinas.

A memorização e o armazenamento de programas também

constitui um poderoso recurso para a uniformidade na produção de

peças. Com o uso de softwares adequados, o CNC permite a

operação de máquinas ligadas aos sistemas automatizados de

produção integrados pela informática .


93

6.4 ROBÔS INDUSTRIAIS

Conceito, movimentos e setores de aplicação

Os robôs industriais possuem o mesmo sistema de controle das

máquinas CNC, mas apresentam grandes diferenças nos

movimentos que executam. Enquanto as máquinas CNC são mais

precisas por possuírem uma estrutura mais rígida, os robôs

apresentam maior versatilidade nos movimentos realizados. Por isso

são considerados como “mecanismos automáticos universais”.

De fato, os robôs realizam uma maior variedade de operações,

dentro da capacidade de cada um, pois existem classes diferentes

de robôs, conforme o volume de trabalho que executam ou os

movimentos que efetuam.

Em sua maioria, o acionamento dos robôs é realizado por motores

elétricos, que envolvem controle mais facilitado e melhor precisão do

que os sistemas hidráulico e pneumático.

Cada tipo de movimento realizado por um robô é denominado

“grau de liberdade”, sendo que sua estrutura mecânica apresenta

razoável quantidade de articulações e juntas necessárias aos seus

movimentos.

Quanto à aplicação dos robôs, considerando-se sua grande

habilidade na manipulação de materiais, é comum sua atuação no

transporte de volumes, manuseio de ferramentas, posicionamento de

peças, soldagem e em atividades perigosas ou insalubres.

As figuras seguintes apresentam outros exemplos de robôs:

Figura 127: Robôs soldando estrutura deautomóvel

Figura 128: movimentos de um robô

Figura 129: robô na indústriaautomobilística

Figura 130: Funcionamento de um braçode robô

Figura 131: robô trabalhando


94

6.5 NOVAS TECNOLOGIAS APLICADAS NO PLANEJAMENTOE NA PRODUÇÃO INDUSTRIAL

Realidade virtual

Consiste na simulação de uma situação ou ambiente real por meio

de sofisticados computadores. Óculos tridimensionais, sensores de

deslocamento e comandos especiais que dão ao usuário uma maior

sensação de realidade são alguns dos recursos empregados.

As vantagens de sua utilização são todas aquelas comuns aos sistemas

de simulação: possibilidade de testes de sistemas e equipamentos sem

risco de perdas, correção de falhas em projetos, facilidade na

demonstração de uma idéia ou produto, manutenção simulada, uso ou

atividade de um sistema, com recursos que viabilizam uma

proximidade bem maior das condições reais do ambiente.

Entre seus usuários estão as indústrias, projetistas, fábricas de

automóveis, empresas de aviação que simulam situações de

treinamento para pilotos, médicos que analisam cirurgias, etc.

Visão de máquina

É um recurso, ou tecnologia, que permite a um computador distinguir

formas, contrastes e até cores. Constitui uma importante ferramenta no

controle de qualidade de peças, possibilitando, por exemplo, a

identificação precisa de materiais, contaminantes, formas,

posicionamentos, encaixes ou qualquer outro item necessário.

Figura 132: realidade virtual

Figura 133: realidade virtual


95

A visão de máquina não se compara com a visão humana, mas, do

ponto de vista tecnológico, é um grande avanço no campo dos

sensores, pois amplia os limites das já revolucionárias formas de

identificação de superfícies.

A figura 134 ilustra como um computador “enxergaria” um homem

montado em um cavalo, todas as cores são convertidas para preto

ou branco, nem mesmo o cinza existe.

Inteligência artificial

É um programa de computador para resolução de problemas em

determinada área.

Segue o raciocínio humano, por meio de fluxogramas, tendo grande

aplicação no aprendizado de assuntos específicos, consultas na

área técnica, comercial e outras, funcionando por meio de um

método de perguntas e respostas. Exemplificando, o computador

oferece opções de vários assuntos que podem corresponder ao

problema do usuário. A seguir, são oferecidas alternativas para que

o usuário localize qual dos casos apresentados se encaixa às suas

necessidades, até que suas dúvidas ou problemas sejam

solucionados, ou, ao menos, receba uma orientação sobre como

ultrapassar a dificuldade.

Figura 134: visão de máquina

Figura 135: monitor mostra opções aousuário


96

Engenharia simultânea

Consiste em uma forma de projetar que se adapta, em curto espaço

de tempo, às mudanças que o mercado espera ou exige do produto.

É um procedimento já adotado há algum tempo pelos fabricantes

mas que levava longos períodos para ser realizado. Antes, era

preciso aguardar uma série de mudanças na produção até o

lançamento de uma nova versão de determinado produto. Exemplo:

determinado automóvel apresentava um defeito no motor ao ser

acionado em dias frios.

A engenharia simultânea permite modificar, imediatamente, os

detalhes, sem que os engenheiros se obriguem a aguardar o

lançamento de modelos diferentes ou mais atualizados para efetuar

as correções depois de certo tempo.

Com o surgimento da Engenharia Simultânea as mudanças são

introduzidas no produto tão logo ele é produzido, de acordo com o

perfil do consumidor, aperfeiçoando, de forma contínua, a idéia

inicial, reduzindo custos, melhorando a qualidade, diminuindo o

número de componentes de forma rápida, quase imediata às

necessidades.

Desta forma, também novos projetos podem ser desenvolvidos

utilizando-se o conhecimento e a experiência adquiridos em outros,

por meio de processos adequados, com fabricação muito mais

racional, evitando-se possíveis erros e desperdícios que ocorreriam

sem o uso dessa técnica.

Sua principal característica é a agilidade na adoção de medidas

que aprimoram um projeto, tornando o produto mais competitivo e

mais eficiente, ou seja, antecipando sua evolução.

Também aqui é de grande utilidade o uso da informática e de

softwares específicos.

A Engenharia Simultânea envolve conceitos conhecidos por DFM

(projeto para manufatura) e DFA (projeto para montagem), que são

a base para a realização deste método, definindo regras para a

execução dos projetos.

Figura 136: exemplo de aplicação deDFM e DFA


97

Como resultado e aplicação da Engenharia Simultânea, temos o

sistema de suspensão de um automóvel, ilustrado na figura 137,

cujo sistema antigo (à esquerda) foi substituído por outro mais

eficiente (à direita).

Figura 137: Engenharia simultânea


98


1) Comentar a afirmação : “as máquinas CNC sãoversáteis”.

Resposta: Podem ser programadas para fazer vários tiposde peças com qualidade e precisão.

2) Qual a influência do uso de robôs quando se fazemmudanças na maneira de fabricar um produto?

Resposta: As alterações são facilitadas por maior rapidez esegurança.


1) Em grupos de quatro alunos, pesquisar, junto ao pessoalda empresa, sobre os softwares utilizados em projetos.Elaborar relatório descrevendo o resultado da pesquisa.

2) Em duplas, pesquisar, junto ao pessoal de métodos eprocessos da empresa, sobre os softwares utilizados poreles. Elaborar relatório a respeito.

3) Em duplas, pesquisar, junto a um setor comercial daempresa, os softwares que possibilitem aos clientes obterinformações sobre os produtos pela Internet. Elaborarrelatório.

4) Qual a importância do computador na automação ?

5) Para que servem os softwares na automação ?



99

6) Quais os tipos de movimentos realizados pelos robôs?

7) Pesquisar, em duplas e com auxílio do pessoal de Métodose Processos da fábrica, sobre dois setores onde se tem grandevantagem em usar robôs, isto é, onde as condições de trabalhosão desfavoráveis ao trabalho humano.

8) Considerando o item apresentado sobre NovasTecnologias que podem ser aplicadas no planejamento e naprodução industrial, relacionar e justificar situações daempresa que poderiam ser melhoradas com essastecnologias.

7 TTrraabbaallhhoo PPrrááttiiccoo

7.1 Justificativa para automação


102

Apresentamos, neste capítulo, a sugestão de um roteiro para que o

exercício de aplicação seja executado. Alterações podem ser

efetuadas em função de situações, produtos e equipamentos

diferentes em cada escola e empresa.

Vamos considerar uma esteira para transportar caixas de papelão,

que devem ser carimbadas, automaticamente, conforme indicado

nas figuras 138 e 139.

7TTrraabbaallhhoo PPrrááttiiccoo

Figura 138: esteira automatizada com carimbador

Figura 139: diagrama esteira automatizada com carimbador


103

- CH1 é um sensor digital que indica a presença de caixas .

- CH2 é um sensor digital e indica que a posição superior do cilindrofoi atingida.

- CH3 é um sensor digital e indica que a posição inferior do cilindrofoi atingida.

- S1 e S2 são solenóides que comandam a válvula direcional.Observação: poderia ser utilizado um sensor analógico para indicarse a posição do carimbo sobre a caixa está correta ou não, medindoseu deslocamento em determinada faixa. Os sensores CH1, CH2 eCH3 são digitais e apenas informam se posições foram atingidas ou não.

O ciclo é automatizado quando:

- o sensor CH1 detecta uma caixa e o motor da esteira é desligado.

- O controlador recebe a informação de CH1 e aciona o solenóideS1, que comanda a válvula direcional acionando o cilindro quecontém o carimbo. Este desce até ser detectado pelo sensor CH3. Acaixa é então carimbada;

- o controlador desaciona o solenóide S1 e aciona o solenóide S2,retornando a válvula para sua posição anterior. A haste do cilindrosobe até ser detectada por CH2, que informa o controlador;

- o motor da esteira é acionado pelo controlador e tem início umnovo ciclo.

7.1 JUSTIFICATIVA PARA A AUTOMAÇÃO

Trata-se de trabalho altamente repetitivo e desgastante para o ser humano.

Especificação dos componentes

Verificar no equipamento marcas e códigos dos componentes e, sepossível, obter dados a partir de catálogos.

Apresentação do projeto para a turma

Nesta etapa, os grupos devem expor as razões da automação e asvantagens obtidas em cada processo.

8 GGaabbaarriittooss


106

CAPÍTULO 1

1) Comparar o sistema de funcionamento com automação a outro

sem automação. Observar a mão-de-obra utilizada, consultar o

setor de Recursos Humanos a respeito das habilidades necessárias

ao operador, analisar os equipamentos e acessórios utilizados,

consultar o setor de Compras da fábrica a respeito dos custos

envolvidos na aquisição de uma máquina com automação e outra

similar, sem automação (se fosse possível seu uso para o trabalho).

2) Consultar o pessoal da Secretaria e também o pessoal da parte

de Ensino, relacionar os softwares e classificá-los de acordo com a

área de aplicação.

3) Comparar dados referentes a períodos anteriores e posteriores à

automação de um determinado trabalho ou operação.

4) Optar por uma máquina que permita a análise, classificar o

sensor em analógico ou digital, descrever sua forma de

funcionamento, sua fonte de energia, se elétrica, mecânica ou outra.

5) Fazer uma relação por área ou setor, elaborar gráficos e, se

possível, ilustrar a evolução da automação na fábrica com o passar

dos anos, fazendo uma projeção para o futuro.

CAPITULO 2

1)Com base nas informações do Caderno, relatar a pesquisa,

citando as características da linguagem escolhida.

2) Por exemplo, assiduidade (faltas), aumentos de salário, data das

últimas férias.

3) Descrever o funcionamento, tipo (analógico ou digital) e ciclo de trabalho.

8GGaabbaarriittoo


107

CAPÍTULO 3

1) Descrever o tipo de trabalho a que a máquina se destina, a

potência do(s) motor(es), a fonte de energia de cada motor

(CA/CC).

2) Registrar o procedimento, a análise da razão da queima do

fusível, o tipo utilizado e o tipo de componente que está sendo

protegido, de quantos Ampéres é o fusível.

3) Verificar as situações que requerem o uso do aparelho, seu

manuseio e cuidados de uso, os valores que devem ser observados

para cada caso ou tipo de equipamento e o que se pode concluir a

partir das informações obtidas.

4) Relacionar os motores analisados por potência e tipo de fonte

(CA/CC), elaborar tabela com a porcentagem de cada problema

apresentado. Verificar que tipo de trabalho causa mais danos aos

motores.

5) Fazer um levantamento da quantidade de máquinas utilizadas na

fábrica com este recurso, verificando em que tipo de trabalho são

mais utilizadas.

6) Elaborar um diagrama indicando a posição dos equipamentos e

componentes, verificar potências envolvidas e consumo mensal de

energia, além de medidas adotadas para economia no consumo.

CAPÍTULO 4

1) O sistema é pneumático. Verificar o tamanho e a localização do

reservatório, o compressor com acionamento pelo motor do veículo.

Observar as válvulas utilizadas e os atuadores.

2) Buscar orientação com o pessoal de manutenção da fábrica.

3) Verificar a pressão de trabalho, as aplicações, os acessórios

utilizados e os cuidados na manutenção e uso.


108

CAPÍTULO 5

1) Analisar as condições de uso de cada um dos dois sistemas, ascaracterísticas de precisão e controle, a disponibilidade de fontes deenergia, os custos envolvidos e as vantagens obtidas.

2) Analisar, separadamente, os sistemas dianteiro e traseiro,relacionar os componentes e suas funções, identificar o reservatóriode fluido, observar o tipo de motor que usa este sistema de freio erelatar as razões do uso e as vantagens obtidas.

3) Existe um motor elétrico que aciona uma bomba. Observar osatuadores, sua forma de funcionamento e comandos. Sugestão:entre os nacionais há poucas opções, por exemplo, Kadett e osúltimos Escort conversíveis produzidos (os primeiros tinham sistemamanual). Entre os importados, destacam-se marcas como Mercedes,BMW e muitas outras. As revendas e oficinas especializadas sãoboas fontes de consulta.

4) Observar os componentes do sistema, bomba, válvulas eatuadores. Os catálogos de fabricantes são boas fontes deinformação.

5) Observar os componentes do sistema, bomba, válvulas e atuadores.Os catálogos de fabricantes são boas fontes de informação.

6) Também os catálogos de fabricantes podem ajudar, assim comoo pessoal dos cursos técnicos que envolvem esta área na EscolaFormare.

CAPÍTULO 6

1) Separá-los por área de aplicação dentro dos projetos. Verificarcom o pessoal da fábrica o uso de cada um dos softwares.

2) Procedimento semelhante ao da questão 1.

3) Verificar a razão do uso de determinado software e quais asvantagens que traz sobre outras opções.

4) Descrever quais os benefícios que a relação computador xautomação traz ao usuário.

5) Descobrir qual a sua função, elaborar um diagrama ilustrando aparticipação do software no processo de automação de um setor detrabalho.

6) Este Caderno traz informações a respeito, complementá-las pormeio de consulta ao pessoal de processos da fábrica.

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110

Acoplamento rápido: sistema de encaixe específico para

mangueiras de sistemas hidráulicos e pneumáticos, desenvolvidos

para facilitar a sua conexão ou desconexão, funcionando

manualmente, sem necessidade de ferramentas.

Álgebra Booleana: ramo da matemática que utiliza apenas a

combinação de dois dígitos para a representação do sistema

numérico, o zero (0) e o um (1). Estamos acostumados com o sistema

decimal (dez dígitos 0 a 9). Por exemplo, 0 significa zero, 1 significa

um, porém dois é representado por 10 (lê-se um/zero), três é igual

a 11 (um/um) e assim por diante. O sistema binário de numeração

também é conhecido pelo nome de “BIT”, em inglês binary digit. É

um sistema utilizado na chamada “linguagem de máquina”.

Censo: contagem da população, isto é, dos habitantes de

determinada região, estado, cidade ou país.

Comprimido: que tem seu volume diminuído mediante aplicação

de pressão.

Chips: componentes de computadores (circuitos integrados), que

têm dimensões reduzidas e grande capacidade de trabalho. Um

chip pode substituir um conjunto de componentes, tornando o

circuito menor e mais eficiente.

Circuito Integrado: componente eletrônico que agrupa em seu

interior outros componentes, integrados de tal maneira que formam

circuitos eletrônicos. São componentes de fácil acesso e relativa

simplicidade. Realizam tarefas que vão desde a amplificação de

sinais até a resolução de complexos cálculos.

Comando numérico: linguagem em forma de números usada na

programação de máquinas.

10GGlloossssáárriioo


111

CNC: Comando Numérico Computadorizado, é uma evolução do

Comando Numérico em função do uso de computadores em

conjunto com outras máquinas.

Condensado: formação de umidade em uma superfície, quando

sua temperatura é inferior à do ambiente em que se encontra.

Censo: contagem da população de um lugar, cidade, estado ou país.

Flange: sistema de união em forma de placa fixadas por

parafusos.

Inteligência do Sistema: capacidade de um sistema

computadorizado para tomar decisões.

Inteligência Artificial: semelhante à Inteligência do Sistema.

Internet: rede mundial de computadores.

Máquina-ferramenta: máquina que usa ferramenta de corte

para fabricar peças.

Máquina-operatriz: máquina utilizada na manufatura de peças.

Peças mortas: peças defeituosas que não apresentam

possibilidade de recuperação.

Pistões hidráulicos: componentes que convertem energia

hidráulica em movimento linear.

Portas de Comunicação: partes de circuitos eletrônicos que

recebem ou emitem sinais, realizando a comunicação entre partes

do circuito eletrônico.

Pressão: resultado de aplicação de força sobre determinada área.

Processador: pequeno computador de uso específico que

trabalha acoplado a um equipamento ou sistema.


112

Produtividade: relação entre a quantidade de trabalho realizado

e o tempo gasto. Um trabalho mais produtivo significa maior

produção sem aumentar o tempo trabalhado.

Protótipo: unidade de um produto desenvolvida no início de uma

produção para testes.

Régua de cálculo: instrumento utilizado para se obter a resposta

das operações matemáticas (soma, subtração, multiplicação e

divisão) antes da invenção da calculadora eletrônica. Era de uso

fácil e simples, podendo ser transportada com facilidade pois era

semelhante a uma pequena régua de medição.

Robô: máquina automática que realiza trabalhos.

Rugosidades: imperfeições da superfície.

Satélites: equipamentos colocados no espaço, ao redor da Terra,

que têm a função de receber e transmitir informações através de

ondas eletromagnéticas, possibilitando o funcionamento dos

sistemas de comunicações de maneira mais eficiente por todo o

planeta.

Software: programa de computador.

Solenóide: componente elétrico que permite o comando depotências elevadas a partir de baixas potências ou apenas ocomando à distância de componentes elétricos.

Tabulação: contagem a partir de distribuição organizada. Nocaso do censo, significa a contagem dos dados obtidos a partir deuma organização pré-estabelecida, por exemplo, o sexo e a idadedas pessoas registradas.

Trabalho: o texto refere-se a trabalho industrial.

Transistores: componentes eletrônicos que regulam a passagemde corrente em um circuito.

Usinagem: retirada de material com o objetivo de fazer umapeça.

Vazão: volume de fluido que escoa em determinado tempo.

11BBiibblliiooggrraaffiiaa


114

Bonacorso, Nelso Gauze. Automação Eletropneumática. São

Paulo. Érica, 1997. 137 p.

Peliano, José Carlos. Automação e Trabalho na Indústria

Automobilística. Brasília. Editora Universidade de Brasília,

1987. 291 p.

Senai-Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – SP,

Automação, Telecurso 2000. São Paulo. Editora Globo.

11 BBiibblliiooggrraaffiiaa


115

Programa FORMARE /Fundação Iochpe: Fone/Fax: (011) 3060.8388 • E-mail: [email protected]

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