Dicas de Blindagem e to

Editora Saber LtdaDiretor Hlio Fittipaldi

EditorialNos ltimos anos, a automao vem crescendo em todo o mundo numa velocidade maior, seja pela concorrncia asitica, por uma melhor qualidade em alguns setores, ou mesmo por custos e at falta de mo de obra especializada. Com a crise mundial iniciada em 2008 nos EUA, e agora se estendendo para a Europa, temos um rearranjo em diversos pases. O Brasil um deles e neste exato momento est sofrendo mudanas significativas.

www.mecatronicaatual.com.brEditor e Diretor Responsvel Hlio Fittipaldi Reviso Tcnica Eutquio Lopez Redao Elizabete Rossi Publicidade Caroline Ferreira Designer Diego Moreno Gomes Colaboradores Alexandre Capelli Csar Cassiolato

Hlio Fittipaldi

No s o capital estrangeiro est vindo para nossas bolsas de valores. Agora, temos uma entrada em massa de mo de obra qualificada e s neste ano de 2011 deveremos ter mais de 65 mil estrangeiros trabalhando aqui. Em 2010 foram cerca de aproximadamente 50 mil estrangeiros. Junto com eles, tm vindo tambm empresas de diversas nacionalidades para aproveitarem as oportunidades de crescimento de demanda e tambm de possveis barreiras para importao de bens e servios que possam ocorrer no futuro e, assim, diminuirem a exportao de seus pases de origem para o Brasil. Alm de tudo, temos ainda um fato novo que o Pr-Sal e suas enormes reservas

PARA ANUNCIAR: (11) [email protected]

petrolferas. Muitas feiras de negcios tambm esto se instalando aqui, vindas da Europa e dos EUA. Nesta edio mostramos a feira alem SPS/IPC/Drives 2011, que teve a cobertura jornalstica do nosso enviado especial Daniel Appel. L encontramos uma nica empresa brasileira, que pela segunda vez marcou presena neste evento. a Altus de So Leopoldo, no Rio Grande do Sul, que no olvida esforos para ampliar suas exportaes. uma pena que s ela estava tentando maior internacionalizao de suas vendas. E a sua empresa, no vai se esforar tambm para se internacionalizar!?

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Submisses de ArtigosArtigos de nossos leitores, parceiros e especialistas do setor, sero bem-vindos em nossa revista. Vamos analisar cada apresentao e determinar a sua aptido para a publicao na Revista Mecatrnica Atual. Iremos trabalhar com afinco em cada etapa do processo de submisso para assegurar um fluxo de trabalho flexvel e a melhor apresentao dos artigos aceitos em verso impressa e online.

Mecatrnica Atual uma publicao da Editora Saber Ltda, ISSN 1676-0972. Redao, administrao, publicidade e correspondncia: Rua Jacinto Jos de Arajo, 315, Tatuap, CEP 03087-020, So Paulo, SP, tel./fax (11) 2095-5333

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Analisadores de Espectro Descarga Atmosfrica Dicas de blindagem e aterramento em Automao Industrial WirelessHART e o modelo OSI SIS - parte 3

16 2440 46Indice de Anunciantes:Metaltex...................05 Mosaico...................09 Jomafer...................11 Mectrol...................15

Editorial NotciasNovaSaber...............23 Festo...............Capa 2 Tektronix..........Capa 3 Omron...............Capa 4

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literaturaCom 50 projetos incrveis, voc passar do estgio de iniciante em programao com o Arduino at adquirir as habilidades mais avanadas e a confiana necessria para criar seus prprios projetos. No necessrio ter nenhuma experincia em programao ou eletrnica! Em vez de exigir que voc leia pginas e pginas de teoria antes de comear a criar seus projetos, este livro adota uma abordagem mais prtica.Voc mergulhar diretamente na criao de projetos desde o incio, aprendendo a utilizar diversos componentes eltricos e a programar o Arduino para controlar ou se comunicar com esses componentes,. Usando uma didtica comprovada com diagramas claros de protoboards, exemplos completos de cdigo e simples instrues passo a passo voc aprender a exibir textos e grficos em displays LCD, utilizar telas de toque, utilizar sensores digitais de presso, ler e escrever dados em cartes SD e muito mais. Arduino Bsico Autor: Michael McRoberts Preo: R$ 89,00 Onde comprar: www.novasaber.com.br

//notciasCobertura da SPS/IPC/ Drives 2011 na AlemanhaA revista Mecatrnica Atual fez a cobertura da feira SPS/IPC/Drives 2011. A convite da organizao do evento, Daniel Appel foi a Nuremberg e destaca os principais aspectos da feira.

KeyenceNo estande da Keyence, a empresa deixou claro seu domnio da tecnologia ptica ao tornar o invisvel em algo impressionantemente visvel. Sua cmera de ultra alta velocidade, com capacidade de registrar 230 mil quadros por segundo, permite analisar, com facilidade, fenmenos e operaes de curtssima durao, como todo o ciclo de um motor de combusto, em cmera lenta (veja o vdeo em nosso canal em www.youtube.com/EditoraSaber). Para aqueles cuja necessidade no a de enxergar pequenas escalas de tempo, mas sim pequenas dimenses, a empresa apresentou seus microscpios digitais 3D. Capaz de mapear o relevo de uma superfcie microscpica em trs dimenses, o VHX-1000 ainda registra imagens de 54 megapixels! A Keyence especialista em sistemas pticos industriais, outras informaes sobre seus produtos podem ser encontradas no site www.keyence.com.

Microscpio VHX-1000.

OmronA especialista em automao promoveu, dentre vrios itens, sua linha SCARA de robs industriais. Segundo a empresa os robs so robustos e no tm correias e partes eletrnicas mveis. Alm disso, podem ser programados facilmente utilizando uma biblioteca open source.

Rob SCARA para linha de produo.

Motores lineares compactosA CPC aproveitou a feira para lanar sua linha de motores lineares. Compactos e rpidos, tm bobinas sobrepostas para diminuir seu comprimento e corpo de resina Epoxi para diminuir o peso, aumentar a capacidade de acelerao e melhorar a preciso de posicionamento.

National InstrumentsCom uma linha de produtos que se encaixa perfeitamente no perfil da feira, a National Instruments apresentou inmeras solues modulares de aquisio de dados, controle e monitoramento, cmeras para automao de linha de produo e componentes para redes wireless de sensores.

Motores Lineares: sem eixos, engrenagens e correias.

Mecatrnica Atual :: 2011

//notciasWeidmllerA alem Weidmller tem uma linha completa de solues para conectividade industrial, cabeamento, conectorizao, conexo, identificao e roteamento de sinais. Seus produtos vo desde alicates de crimpar at solues completas de infraestrutura de comunicao para parques de gerao de energia elica. Com um portflio to grande, o estande da Weidmller se destacava no pavilho 9. Em exibio estavam interfaces de conexo para sensores e atuadores, ferramentas para cabeamento da linha stripax, rels para sistemas de segurana e placas de interface DCS, alm do lanamento mais recente, os terminais de alta densidade do tipo PUSH IN. Esses terminais so compactos e tm grande quantidade de conexes. Para remover um fio, basta utilizar uma chave de fenda pequena, ou at mesmo uma caneta, para soltar a trava e simplesmente pux-lo. Inserir um fio ainda mais fcil: s inseri-lo no ponto desejado, que o terminal o travar no local automaticamente. Segundo Arnd Schepmann, gerente de processos global da empresa, os novos terminais reduzem o tempo de manuteno e tambm o espao requerido para a organizao dos cabos, e so uma das grandes apostas da empresa no momento.

Terminais de alta densidade da Weidmller.

O SmartBird da Festo.

Rockwell AutomationUm dos itens apresentados pela Rockwell foi a nova srie de controladores programveis de automao Allen-Bradley ControlLogix 5570, com mais memria, mais velocidade e mais capacidade de processamento. Alm disso, a empresa ainda anunciou a disponibilizao de informaes sobre mais de dez mil produtos no portal de dados EPLAN, para facilitar a vida dos clientes.

FestoA tambm alem Festo estava em casa. Seu estande exibia suas inmeras solues de acionamentos eletricos e pneumticos, mdulos ethernet, CAN e solues de I/O digital e analgico. claro que no seria um estande da Festo se no houvesse uma exibio de suas impressionantes tecnologias binicas: o SmartBird voava sobre o estande enquanto os engenheiros explicavam seu funcionamento. Segundo a empresa, o estudo desse tipo de tecnologia permite criar solues mais simples e eficientes para automao.

O estudo da natureza possibilita o desenvolvimento de solues mais simples e eficientes.

2011 :: Mecatrnica Atual

//notciasAltus a nica brasileira expondo na AlemanhaEm meio a milhares de multinacionais presentes na gigantesca SPS/IPC/Drives 2011, claro que encontraramos pelo menos uma empresa brasileira. A Altus de So Leopoldo no Rio Grande do Sul, com estande prprio, exibindo duas linhas de produtos: o CLP Duo e o novssimo Nexto. Com cerca de dois anos de mercado, os CLPs da srie DUO oferecem controle e superviso de processos em um nico produto. Equipado com um processador ARM7, conta com 42 portas de I/O digitais e analgicas (com resoluo de 12 bits), duas portas seriais que suportam tanto MODBUS RTU quanto qualquer protocolo desenvolvido para a aplicao. Francine Smialowski e Tiago Meirelles, Coordenador de Marketing de Produtos da Altus Um diferencial interessante que Sistema de Informtica, nica empresa brasileira na SPS/IPC/Drives 2011. o software de desenvolvimento de download livre, no necessrio nenhum tipo de registro ou licena. Disponvel em Portugus, Espanhol e Ingls, ele conta com recursos de O sistema tambm capaz de armazenar em cartes SD simulao e suporta seis linguagens de programao diferentes, documentao em vrios formatos, como PDF, Excel, Word sendo possvel at usar mais de uma na mesma aplicao: e AutoCAD, tudo para facilitar na resoluo de problemas Ladder Diagrams; inesperados. Structure Text; Alm disso, cada mdulo tm uma tecla de diagnstico que Instruction List; auxilia na busca por problemas como curto-circuitos nas sadas, Function Block Diagram; e tambm de comunicao. Sequential Function Charts; Mesmo com o pouco tempo de mercado, a linha Nexto j Continuous Function Chart. faz parte da vida dos brasileiros: ela que controlar os procesJ a linha Nexto a grande novidade. O mais recente lansos nas dez primeiras plataformas para explorao do pr-sal amento da empresa, trata-se de uma avanada plataforma de construdas pela Petrobras. automao destinada a sistemas industriais complexos, capaz Situada em So Leopoldo, no Rio Grande do Sul, a Altus de operar de forma distribuda e redundante. conta com desenvolvimento e produo nacional, pr-requisitos Baseada na arquitetura PowerPC (RISC 32bits), a CPU Nexto importantes para a Petrobras, e j automatizou vrias das plata veloz, capaz de executar 145 mil instrues booleanas por formas de petrleo. A empresa est com grandes expectativas milissegundo. Ela d suporte para vrios nveis de redundncia: para as prximas licitaes. CPU, fonte, barramento e rede, tudo com capacidade de Hot A Altus tem forte presena no mercado brasileiro e latiSwap para minimizar o tempo de manuteno. no-americano, mas tambm atende o restante do mundo. A Um dos focos da linha Nexto na facilidade de manuteno. empresa est procura de representantes e distribuidores em Os mdulos de I/O suportam Hot-Swap e tm bornes destacoutros mercados, e est aberta a contatos de interessados. veis, o que torna desnecessrio fixar cada fio separadamente em caso de substituio. Basta desconectar o conjunto de bornes inteiro e conect-lo ao novo mdulo.


Conector 8D da Souriau (38999 Srie III), com porca rebitadaO conector com porca rebitada incorporada 8D, da Souriau, permite uma colocao simples de tomadas de alumnio em caixas de controle eletrnico. Oferecendo colocao mais rpida e nmero de acessrios reduzido. especialmente adequado para caixas com acesso difcil e que exijam manuteno, em um ambiente aeronutico ou militar. As tomadas quadradas so normalmente fixadas com parafusos e porcas, possivelmente com uma placa de apoio em alumnio anodizado colocada na traseira. A montagem desta forma pode revelar-se enfadonha quando o acesso difcil, e poder ser bastante demorada. O conector com porca rebitada integral permite, assim, acelerar os tempos de montagem, reduzindo, ao mesmo tempo, o nmero de acessrios de colocao necessrios (parafusos, anilhas, etc). Este processo tambm pode reduzir o risco de acessrios no desejados serem esquecidos na caixa, caso caiam acidentalmente. A Souriau conseguiu demonstrar que as suas porcas rebitadas M3 ou UNC4.40, quando equipadas com os flanges Srie III, suportam um esforo axial de mais de 130 newtons. Os testes de resistncia ao binrio tambm demonstraram que a porca rebitada permanecer na posio certa do flange mesmo quando aplicado um binrio de 1,5 N/m por meio de um parafuso sem fim. O flange em nquel do conector, quando equipado com estas porcas rebitadas, pode suportar uma neblina salina de 48 horas, em conformidade com a norma MIL-DTL-38999 aplicvel a este tipo de conector aeronutico. Este tipo de fixao est aprovado para nove tamanhos de alumnio da srie III, o que significa que toda a nossa plataforma Srie III pode ser utilizada (mais de 90 layouts disponveis, atualmente).

Endress+Hauser lana instrumentos em Profibus PA Profile 3.02Com a tecnologia Profibus PA Profile 3.02 possvel substituir dispositivos de campo sem a parada da planta para atualizao de GSDs. O nmero de identificao do arquivo GSD reconhecido e adaptado automaticamente na rede. Desta forma, a substituio de qualquer instrumento torna-se simples, rpida e segura, sendo necessrio apenas o endereamento do novo dispositivo, mesmo que este seja de outra verso ou fabricante. Segundo Alexandre Kutil, Gerente de Produtos de Nvel da Endress+Hauser, o Profile 3.02 est diretamente ligado reduo de custos de manuteno e ganhos de produo, pois evita paradas de planta. A Endress+Hauser j tem disponvel em sua linha de produtos, instrumentos em Profibus PA Profile 3.02 das novas linhas de medidores de Nvel, Presso e Temperatura e, em breve, tambm para CerabarM PMC51 da Endress+Hauser. produtos das linhas de Vazo e Analtica.

//notciasBosch Rexroth lana novos produtosDesenvolvido para o mercado de automao, o IndraMotion for Handling uma soluo turn key para controle de sistemas cartesianos baseada em IEC 61131 e CLP Open, que permite o controle de at 3 eixos principais e 3 eixos de orientao por cinemtica. Para os fabricantes de mquinas, o equipamento propicia o rpido comissionamento com configurao simples e fcil deteco de erros, alm de alta flexibilidade por ter uma plataforma ampla e ser um sistema aberto (Open Source). Por ser uma soluo turn key e amplamente testada em todo o mundo, o equipamento gera economia em custos de desenvolvimento. J para os usurios finais, os benefcios so a interface de IHM pronta e testada, a definio de coordenadas atravs de Teach ou definio direta e a programao dos movimentos com instrues similares a robs. O IndraMotion for Handling contribui ainda na melhoria dos processos de produo no que diz respeito reduo do nvel de rudo - quando utilizado em conjunto com os mdulos lineares Rexroth - e na alta preciso no posicionamento. Dentre suas aplicaes pode-se destacar: sistemas de manipulao em processos automatizados (injetoras, logstica, montagem), paletizadores, sistemas Pick and Place, automao em laboratrios e retrofittings. A linha de comandos numricos MTX da Bosch Rexroth, composta por famlias de produtos que atendem a demanda desde mquinas Low-cost, at aplicaes de alta performance com 64 eixos controlados pelo CN. O comando IndraMotion MTX Micro compacto, simples e poderoso. O conjunto constitudo por uma interface IHM personalizada e um controlador compacto multieixo com alta capacidade de controle do CNC e PLC, o que reduz o espao utilizado no painel eltrico, bem como organiza o cabeamento dos eixos da mquina. O comando IndraMotion MTX Micro foi desenvolvido inicialmente para aplicaes em tornos e fresadoras padronizadas, podendo ser utilizado tanto na reforma destes tipos de mquinas, quanto em mquinas seriadas. Seu uso especfico para o mercado de mquinas-ferramenta com aplicaes de at 6 eixos controlados. Com o intuito de possibilitar ao cliente um controle produtivo e qualitativo no processo de aperto, a Rexroth desenvolveu a parafusadeira 350 IL. Equipamento de uso industrial para controle de torque, ngulo, Yield Point, que garante a qualidade do produto final e um melhor custo-beneficio dos processos de parafusamento. O produto foi desenvolvido para o mercado automotivo e autopeas e tambm pode ser aplicado em todos os processos onde o controle de torque se faa necessrio.

Parafusadeira 350 IL, com controlador do tipo CLP.

O principal diferencial da parafusadeira 350 IL a incluso de um controlador tipo CLP que permite ao usurio efetuar pequenas automaes industriais e dispensar a utilizao de controladores externos, economizando assim custos e espao nos painis eltricos. O Servoacionamento digital IndraDrive C da Rexroth dispe de um controlador lgico integrado (CLP), segurana embarcada e possui em sua famlia de produtos servomotores prova de exploso, que oferecem preciso de at 0,3 arco minuto e encoder multivolta absoluto. ideal para as mais diversas aplicaes, inclusive as que requerem alta dinmica, como: mquinas-ferramenta, mquinas de embalagem, linhas de montagem, bancadas de teste e mquinas especiais. Os equipamentos da famlia IndraDrive so compatveis com as redes de comunicao como ProfiBus, CanOpen, DeviceNet, Ethernet/IP, EtherCat, Sercos III e so aplicveis em sistemas de automao de at 120 kw, 13000 Nm e 30000 rpm. Informaes adicionais, acesse: www.boschrexroth.com.br

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//notciasDakol lana o GSM1: controle inteligente direto do celularControlador no gera custo de ligao e realiza comandos automaticamente O mximo de conforto com o mnimo de custo. Essa a inovao oferecida pela Dakol com o lanamento do GSM1, mdulo GSM/GPRS. O controlador, destinado a automao predial e residencial, identifica o nmero chamado e realiza as aes automaticamente, ou seja, a ligao no precisa ser atendida para que os comandos sejam realizados. A tecnologia GSM j oferece a transmisso de controle remoto a partir do telefone celular para acionamento de sadas digitais como vlvulas, portes, alarmes, entre outros. Do mesmo modo opera o GSM1, com o diferencial de no gerar custos de ligaes quando o comando acionado. Com antena integrada, o dispositivo faz conexo com o CLP da linha Cybro e tambm stand-alone. Para ambos possvel a configurao remota pelo telefone celular. O GSM1 possui quatro entradas digitais/analgicas e sada a rel, sendo a alimentao de 24 VDC. Ainda apresenta compartimento para o carto SIM, que armazena dados, voz e mensagens de textos.

O controlador GSM1 identifica o nmero chamado e realiza as aes automaticamente.


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instrumentao

Analisadores de EspectroEntenda a importncia desse instrumento na Automao IndustrialNeste artigo trataremos da estrutura do instrumento clssico utilizado para anlise de sinais em RF: o analisador de espectro. Lembramos ao leitor que o foco aqui explorar os sistemas de radiofrequncia aplicados indstriaAlexandre Capelli Srie de FourierSabemos que a anlise espectral to importante quanto a anlise de sinais no domnio do tempo, pois um sinal puro pode gerar infinitas harmnicas. Dependendo da amplitude e da ordem dessas harmnicas, elas podem se sobrepor ao sinal fundamental, distorcendo sua forma de onda (figura 1). Abaixo, nesta mesma figura, temos um pequeno comparativo da natureza do sinal em relao a faixa de frequncia que suas harmnicas podem atingir. Os domnios do tempo e da freqncia podem ser relacionados entre si atravs da transformada de Fourier. A equao dessa transformada, embora complicada a primeira vista calcula, fisicamente, o espectro das frequncias de um sinal atravs de uma anlise contnua e infinita no tempo. Fica claro que isso impossvel em tempo real. O que acontece na prtica, entretanto, a anlise do sinal atravs do processamento digital de amostras. Por meio de uma certa quantidade de amostras (leituras em um determinado intervalo de tempo), podemos ter uma boa aproximao do sinal real. O nico cuidado a ser tomado o que chamamos de lei de Shannon. Ela diz que para obtermos uma boa preciso de leitura, a frequncia da amostragem (sampling frequency fs) deve ser, no mnimo,

saiba maisAnalisadores Lgicos Saber Eletrnica 427 Analisadores de Espectro Saber Eletrnica 334 Analisadores Industriais Mecatrnica Atual 9

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Mecatrnica Atual :: Setembro/Outubro 2011

instrumentaoduas vezes maior que a frequncia do sinal de entrada (in) (sinal sob anlise). A figura 2 mostra um exemplo da combinao das frequncias de amostragem e de sinal. E como fazer essas anlises, afinal? Concretizar os clculos mostrados acima e transform-los em medidas que possam ser utilizadas em uma tela so funes do analisador de espectro. Podemos encontrar dois tipos de analisadores: FFT e heterdino.

Analisador de espectro FFTA grosso modo podemos dizer que a diferena entre o analisador tipo FFT (Fast Fourier Transform) e o heterdino a faixa de frequncias em que cada um pode operar. O FFT destinado para baixas frequncias (ordem de 1000 kHz) e o heterdino para altas (e extra-altas) frequncias (vrios GHz). A figura 3 apresenta o diagrama de blocos de um analisador de espectro tipo FFT. A primeira etapa um filtro passabaixas, que limita a frequncia do sinal de entrada. Aps a filtragem, o sinal enviado a um conversor analgico/digital e, por ser de natureza transitria, , ento, armazenado temporariamente no bloco de memria RAM. O quarto bloco do instrumento composto pelos circuitos de processamento, cujo software possui um algoritmo de clculo de acordo com a equao citada anteriormente para determinao da srie de Fourier. Esse bloco, segundo as taxas de amostragem, resgata os dados armazenados na RAM e, aps os clculos da FFT, mostra atravs de um diagrama de barras, as respectivas amplitudes das frequncias harmnicas de um sinal em uma tela. Sinal de udio, f mx @ 20 kHz RF, f mx = vrios MHz Microondas, vrios MHz at Ghz fh at 1 MHz fh acima de 3 GHz fh acima de 40 GHz.

F1. Sinal senoidal deformado pelas harmnicas e comparativo da natureza do sinal em relao faixa de frequncia (abaixo).

a)

b)

Analisador heterdinoO analisador de espectro heterdino, como o prprio nome sugere, tem sua estrutura de funcionamento muito similar do receptor de rdio tipo heterdino. A figura 4 ilustra seu diagrama de blocos. Notem que, por funcionar em altssimas frequncias, no h um filtro para o sinal de entrada. O sinal combinado com outro, gerado internamente por um oscilador local, atravs de um circuito mixer. O sinal diferena entre ambos, assim como no receptor heterdino recebe o nome de frequncia intermediria.

c)

F2. a) fin ; b) fin,mx < fs/2, amostragem e filtro; c) fin, mx > fs/2, ambiguidade.

F3. Diegrama de blocos de um analisador FFT.


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instrumentaoA FI, ento, passa por um filtro passa-faixa e, para que o sinal possa ser mostrado com mxima largura, ela amplificada atravs de um amplificador logartmico. At essa etapa o sinal ainda est modulado em RF. A prxima etapa exerce a funo detectora, transformando o sinal de RF em um sinal de vdeo. Aps o filtro passa-baixas, esse sinal mostrado na tela, a qual pode ser do tipo LDC (cristal lquido) ou TRC (tubo de raios catdicos). Um circuito gerador de campo sincroniza o sinal detectado com as frequncias de varredura da tela do instrumento.

Principais Parmetros do Analisador de EspectroOs analisadores modernos possuem inmeras funes (e controles), porm, as quatro principais so:

Faixa de nvelEsse parmetro determina os limites do sinal exibido. Ainda com base na figura 5, notamos que o exemplo mostra um patamar inferior de -100 dBm, e superior a 0 dBm.

Faixa de frequncia exibida na telaEsse parmetro (frequency display range) determina o tamanho da figura a ser mostrada na tela do analisador. A figura 5 mostra um exemplo, onde podemos notar que o sinal ocupa, aproximadamente, sete divises no eixo Y. Esse ajuste assemelha-se ao volts/div nos osciloscpios.

Resoluo da frequnciaO ajuste da resoluo de frequncia uma funo do circuito de filtro da frequncia intermediria (FI), e anlogo ao controle tempo/div nos osciloscpios.

Sweep timeEsse controle especfico para os analisadores de espectro operando em modo heterdino, e determina o tempo necessrio para a gravao do espectro de frequncias a ser estudado.

O Analisador de Espectro na IndstriaComo, onde, e por que utilizar o analisador de espectro? fato que a anlise de espectro no domnio das frequncias mais comum no campo das telecomunicaes, onde o estudo (e posterior ajuste) da frequncia dos sinais transmitidos fundamental para a boa performance do sistema. Contudo, recentemente, um novo modo de aplicao ganhou muita importncia para o analisador de espectro: a automao industrial. No raro o encontrarmos em empresas nacionais, fabricantes de equipamentos de automao, cujo faturamento devido em grande parte a exportao. Uma exigncia comum dos consumidores internacionais a compatibilidade eletromagntica. A compatibilidade eletromagntica (EMC) um conjunto de caractersticas que garantem que determinado equipamento no emite interferncias eletromagnticas (EMI) acima dos nveis permitidos pelos rgos internacionais competentes. A EMC passou a ser um fator de qualidade do produto. Ora, mas como um fabricante pode saber se seu produto est ou no dentro da compatibilidade? A que entra a utilidade do analisador de espectro. Esse instrumento capaz de avaliar o nvel de emisso eletromagntica e, o mais importante, determinando qual (ou quais) sua(s) faixa(s) de frequncia(s). De posse dessa informao, a engenharia pode projetar filtros e adequar as tcnicas

F4. Diagrama de blocos de um analisador heterdino.

F5. Exemplo da tela de um analisador.

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instrumentaoOpes de ligao do AnalisadorSemelhante maioria dos instrumentos utilizados em telecomunicaes, o analisador de espectro tem sua entrada de RF com uma impedncia de 50 . Algumas medidas, entretanto, exigem impedncias de 75 (circuitos de CATV, por exemplo). Diversos modelos de analisadores possuem entrada extra de 75 para essa finalidade, porm, caso ela no esteja disponvel, possvel fazer o casamento das impedncias atravs de um pequeno transformador. Esse dispositivo conhecido como matching pad (Diagrama a). Ainda sim, no caso de nem ele estar disponvel, um resistor de 25 ligado em srie com a entrada poder fornecer bons resultados (Diagrama b).

Diagrama de blocos das opes de ligao do Analisador de Espectros.

construtivas do seu produto para que esse torne-se compatvel. Caso o fabricante no possua esse instrumento, ele ser obrigado a recorrer a entidades de Consultoria externas a empresa, o que nem sempre uma boa opo econmica. Claro que a compra de um analisador de espectro deve ser estudada em relao ao

custo da sua ausncia. Nem sempre a compra a melhor opo.

ConclusoAlguns analisadores de espectro podem operar em ambas as modalidades (FFT, e heterdino). Como o leitor deve ter percebido, no modo heterdino, o instrumento

funciona como um receptor de rdio, sendo comuns modelos que disponibilizam uma sada de udio onde podemos ligar um pequeno alto-falante. Caso faamos o ajuste da frequncia entre 560 kHz e 1600 kHz, por exemplo, poderemos ouvir as estaes de AM.MA


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energia

Descargas Atmosfricas Saiba como proteger seus

equipamentos conhecendo melhor esse fenmeno

saiba maisProteo Contra Descargas Atmosfricas, Geraldo Kindermann EMC e EMI: Compatibilidade e interferncia eletromagntica Mecatrnica Atual 8

As chuvas de vero no Brasil costumam causar efeitos trgicos para os equipamentos eletrnicos atravs das descargas atmosfricas. Se uma TV queimada j algo desagradvel, imaginem como se sente o microempresrio que teve um dos seus dois tornos equipados com CNC, literalmente torrado por um raio. Alm de uma salgada fatura de reparo, 50% da sua produo estar comprometida por vrios dias. A inteno deste artigo analisar a anatomia da descarga eltrica (raio), procurando desmistificar esse fenmeno, e propor algumas solues para proteger seu patrimnio.Alexandre Capelli

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energia

F2. Induo de cargas positivas no solo

F3. Tneis Ionizados

F4. Nuvem em curto-circuito com a terra.

F1. Perfil de carga eletrosttica em uma nuvem.

F5. Anatomia do raio.

Como ocorrem os raiosO raio uma descarga eltrica que ocorre entre a nuvem e o solo, ou entre nuvens. A nuvem carrega-se em duas metades, a inferior com carga negativa e a superior com positiva (veja a figura 1). Atravs da induo, a rea projetada pela nuvem sobre o solo (sombra) torna-se positiva (conforme mostra a figura 2). Isso quer dizer que, embora a Terra seja uma grande esfera negativa, por induo a regio abaixo da nuvem positiva. Como a nuvem arrastada pelo vento, a regio de cargas positivas no solo acompanha a nuvem como se fosse sua sombra. A diferena de potencial (tenso) formada entre a nuvem e o solo pode variar de 100 V a 1.000.000.000 V (1000 megavolts !). Uma vez que a rigidez dieltrica entre a nuvem e a terra seja vencida, o ar ioniza-se (baixa a resistncia eltrica), criando assim um tnel ionizado de baixa resistncia, que o caminho por onde a descarga eltrica transita, observe a figura 3.

Anatomia do RaioUm fato curioso sobre o raio o modo como ele ocorre. Quando a rigidez dieltrica do ar vencida, forma-se o que chamamos de raio piloto. O raio piloto uma descarga que vai da nuvem para a terra, a uma velocidade aproximada de 1500 km/s. Ento, como o ar est ionizado, a nuvem entra em curtocircuito com o solo. Uma vez em curtocircuito, a nuvem assume uma polaridade inversa, visto que a terra tem maior massa (figura 4). Com a polaridade invertida, uma segunda descarga acontece, porm, agora da terra (solo) para a nuvem. Resumindo, o raio ocorre em duas etapas: primeira descarga (nuvem para a terra) e segunda descarga (terra para nuvem). A descarga de retorno mais rpida que a primeira e propaga-se com uma velocidade aproximada de 30 000 km/seg, e pode atingir mais de 1.000.000 ampres. Como veremos mais adiante, o fenmeno to rpido que no podemos perceber

visualmente quando termina uma descarga e comea a outra, o que nos causa a impresso de existir apenas uma delas. Vale a pena lembrar que quando falamos no sentido de propagao do raio, analisamos o sentido real da corrente eltrica, que do polo negativo para o positivo. Quando falamos que a corrente circula do polo positivo para o negativo, estamos nos referindo ao sentido convencional, que no se aplica aos raios. A figura 5 ilustra a forma de onda de um raio. O intervalo destacado como frente de onda o responsvel pela ao fulminante do raio, pois alm de ocorrer muito rapidamente, o fenmeno atinge seu valor mximo. At a extino completa do raio (trmino da cauda) teremos aproximadamente 200 s, que corresponde durao do raio. Apenas como comparativo, uma piscada do olho humano dura em mdia 100 ms, portanto, quando damos uma nica piscada, h tempo suficiente para a ocorrncia de 500 raios: 1 piscada = 100m/s / 200 s = 500 raios.


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energiaEfeitos do RaioVamos classificar os efeitos dos raios em duas categorias: sobre os seres vivos, e sobre os equipamentos eletrnicos. Ainda neste artigo, tambm faremos uma anlise sobre estruturas e linhas de transmisso de energia.

Efeito do raio sobre os seres vivosA descarga eltrica de um raio pode atingir um ser vivo de trs formas: diretamente, lateralmente, ou induzida pelo solo. A probabilidade de sermos atingidos por um raio pequena, porm, caso uma pessoa ou animal seja atingido diretamente por um raio, a morte quase certa. O efeito semelhante a colocar esse organismo dentro de um forno de microondas, isto , a vtima sofrer danos nos seus rgos internos alm das severas queimaduras na pele. A descarga, entretanto, poder ocorrer pela via lateral. A figura 6 mostra um exemplo onde podemos notar que o indivduo localizado prximo a uma rvore no sofre toda a descarga, mas apenas uma parcela dela. As chances de sobrevivncia nesse caso so maiores, porm, a pessoa poder sofrer sequelas (paralisia muscular, queimaduras, perda de memria, problemas neurolgicos, etc.). A tenso de passo a tenso induzida no solo, a partir da descarga. Quando um raio atinge o solo, as ondas de tenso propagamse radialmente, como quando jogamos uma pedra verticalmente sobre um lago parado. As ondas deslocam-se-o centro para a periferia. A figura 7 indica como a descarga pode ocorrer, visto que entre uma onda e outra temos uma diferena de potencial. Quanto mais distante uma onda da outra, maior a ddp. Por essa razo o gado tem uma probabilidade de morte maior que o ser humano, visto que a distncia entre suas patas maior que o passo humano.

F7. Tenso de Passo.

Efeito do raio sobre os equipamentos eletrnicosF6. Descargas laterais. F8. Haste de Franklin.

T1. Proteo contra Descarga Atmosfrica.

Os efeitos do raio sobre equipamentos e placas eletrnicas so, na maioria das vezes, catastrficos. Ao contrrio da ESD (Eletrostatic Discharge, ou descarga eletrosttica) que danifica a placa apenas eletricamente, o raio costuma danificar tambm mecanicamente. Trilhas da PCI (placa de circuito impresso) destrudas, buracos na placa, incndio,

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F9. ngulos e alturas mximas para o nvel de proteo IV.

destruio total de componentes (exploso do encapsulamento) so apenas alguns dos exemplos de danos que o raio pode causar.

Mas o que fazer para proteger os equipamentos eletrnicos contra um raio?O primeiro conceito importante que o engenheiro de campo ou desenvolvimento deve saber que no existe uma proteo 100% segura. O que fazemos diminuir os riscos de danos aos equipamentos e instalaes atravs de dispositivos de proteo. Mas, garantir que nenhum sistema ir queimar na ocorrncia de um raio impossvel.

F10. Prdio com pra-raios Franklin.

Protees Contra Descargas AtmosfricasPara efeito de anlise vamos dividir as protees em duas categorias: externas planta (imvel) e internas.

Protees externas plantaA ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas) tem uma norma especfica para proteo de estruturas contra descargas atmosfricas, a NBR-5419. A norma internacional (Protection of Structures Against Lighting) a IEC 1024. A tabela 1 o resultado emprico de estudos realizados das vrias normas, e define o nvel de proteo. Quanto maior o nvel, tanto maior a quantidade de elementos e recursos utilizados na instalao. Neste artigo faremos a anlise de dois dispositivos de proteo externos planta: praraios de Franklin e a gaiola de Faraday.T2. ngulos de proteo.

Pra - raios de FranklinEssa tcnica foi proposta por Franklin e seu princpio de funcionamento o de criar uma alta concentrao de cargas eltricas

que, juntamente com um campo eltrico intenso, produz a ionizao do ar. Com o rompimento da rigidez dieltrica do ar, o raio surge entre a nuvem e a haste de altura h aterrada ao solo (vide figura 8). O que acabamos de descrever chama-se teoria das pontas, que explica porqu as descargas eltricas ocorrem sempre pelas pontas dos condutores. A figura 9 mostra as alturas mximas em funo dos seus respectivos ngulos, para um sistema de proteo grau IV (vide tabela 2). A figura 10 apresenta um prdio protegido pelo pra-raios de Franklin, onde

podemos notar seus diversos elementos constituintes. bom lembrar que o terra deve estar dentro das normas de pra-raios, pois, caso ele esteja inadequado (resistncia acima da especificada pela NBR 5419) poderemos ter srios problemas quando um raio ocorrer. As tenses induzidas no solo, por exemplo, podem levar uma pessoa (localizada prxima ao pra-raios) morte. Portanto, melhor no instalar um pra-raios, do que faz-lo de modo incorreto. Um dos pontos importantes a ser observado na instalao do pra-raios o cabo de equalizao. A figura 11 ilustra como dois cabos descem de um mesmo


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F15. Raio no vo de uma linha de transmisso.

F13. Conduo do raio para o cabo de descida.

F11. Superfcies Equipotenciais.

F16. Centelhador da Phoenix Contact (aberto).

F12. Lei de Lenz.

F14. Imvel com Gaiola de Faraday.

pra-raios. Notem que entre os andares do prdio existem malhas de aterramento, e na base ambos os cabos so conectados. Essa tcnica impede que tenses apaream devido as diferentes resistividades de cada cabo. A malha por sua vez, serve como uma gaiola de Faraday, que ser analisada a seguir. Antes de projetar ou instalar um pra-raios, vital consultar a norma NBR 5419. Somente assim pode-se garantir segurana ao cliente.

Gaiola de FaradayAntes de falarmos sobre a Gaiola de Faraday, vamos relembrar um importante conceito da eletricidade: A lei de Lenz. Ela diz: qualquer sistema condutor em anel tende a reagir s variaes de campos magnticos. Essa reao se d pela circulao da corrente induzida no anel que, por sua vez, cria um campo magntico contrrio variao do campo magntico indutor.

Podemos visualizar a lei de Lenz na figura 12, onde notamos que o campo magntico formado por um m induz uma corrente na espira prxima a ele. Alis, esse o princpio de funcionamento de motores e geradores. Michael Faraday, cientista que viveu no sculo XIX, utilizou o princpio de Lenz para desenvolver uma proteo contra descargas atmosfricas: a Gaiola de Faraday. Esse dispositivo nada mais do que um cubo feito de tela de fio condutor (arame, por exemplo). Quando um raio cai sobre a tela, cada quadrcula da malha metlica funciona como uma espira de bobina. A reao ao raio torna o campo eletromagntico dentro da gaiola nulo, desviando para a terra a corrente gerada (figura 13). Dizem os historiadores que, quando Faraday revelou sua descoberta comunidade cientfica da poca, seus colegas zombaram da sua teoria. Michael Faraday acabara de

se tornar pai de um saudvel beb. Para provar suas convices, ele pegou seu filho e, cobrindo-lhe os olhos com um pano escuro, colocou-o dentro de uma gaiola de malha metlica. Diante das autoridades cientficas, Michael Faraday ligou um auto transformador, cujo secundrio estava prximo a gaiola aterrada. Aps elevar a tenso para milhares de volts, vrias descargas (raios) atingiram a gaiola. Quando o transformador foi desligado, retirou seu filho ileso da gaiola, para espanto de todos. Graas a essa experincia, seu dispositivo foi batizado de Gaiola de Faraday.

Onde utilizamos a Gaiola de Faraday atualmente?O princpio da Gaiola de Faraday funciona tanto para alta quanto para baixa tenso. Quando utilizamos um cabo blindado, por exemplo, estamos usando esse princpio. Pela mesma razo, os gabinetes de PCs so feitos de metal, mas, no que diz respeito a protees de raios, a gaiola de Faraday utilizada na estrutura da planta do imvel, de modo a blind-lo eletricamente. A figura 14 mostra um exemplo de um prdio, cujo teto coberto por uma malha (rede) metlica. Notem que, para

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energiaequalizao de potenciais, vrios cabos descem para terra, e so unidos por um condutor equalizador. Lembrem-se que a gaiola de Faraday pode ser utilizada em conjunto com o pra-raios de Franklin, formando assim uma proteo eficiente. Desse modo, qualquer raio que caia sobre o prdio ser desviado pelos cabos laterais, e absorvido pela terra.

Dicas Prticas em CampoA seguir vamos apresentar duas dicas que podem ser teis ao tcnico de campo, no que se refere a proteo de descargas atmosfricas: O princpio de funcionamento o mesmo do centelhador, ou seja, quando uma sobretenso aparecer, o eletrodo da vela ionizar o ar, e desviar a energia para terra. Devemos apenas ter o cuidado de informar ao cliente que essa tcnica provisria, pois a vela no foi concebida para essa funo, portanto, sua eficcia menor que a de um centelhador (especialmente projetado para isso).

1 dica: Improvisando um centelhador

Protees Internas a plantaBem, uma vez que o imvel esteja instalado dentro das normas tcnicas de segurana podemos esquecer os problemas com raios, certo? Errado ! Estar em conformidade com a NBR 5419 significa que as pessoas e equipamentos esto protegidos apenas caso o raio caia sobre o imvel, porm, ele poder cair na linha de transmisso de energia que alimenta as instalaes. Quando um raio cai sobre uma linha de transmisso, conforme vemos na figura 15, a sobretenso associada caminha em dois sentidos. Uma delas vai do receptor de energia (fbrica) para o gerador, e a outra do gerador para o receptor. Parte dessa sobretenso absorvida pelo aterramento da torre de transmisso, porm, outra parte pode chegar ao consumidor. a que est o perigo! Para evitar a queima de equipamentos eletrnicos internos instalao existem vrios tipos de protetores contra descargas atmosfricas (sobretenses) na linha de alimentao CA em indstrias. Porm, vamos classific-los em dois grupos: centelhadores, e varistores.

Imagine que voc se encontra em um local distante de qualquer centro comercial, e h necessidade de proteger (imediatamente) a planta do seu cliente contra descargas atmosfricas. O que fazer na ausncia do centelhador? A figura abaixo mostra como podemos improvisar um centelhador, no caso trs, pois o exemplo refere-se a uma rede trifsica, com velas de ignio de motores a exploso.

2 dica: Registrador de sobretensoA maioria dos tcnicos de campo j deve ter passado a experincia de encontrar placas eletrnicas queimadas por descargas atmosfricas. Caso o fenmeno no fique evidente (placa torrada), muitas vezes, o cliente no acredita que o dano foi causado por um raio. nessa hora que comeam as eternas discusses sobre os termos de garantia. O circuito abaixo um dedo-duro de sobretenses. O princpio de funcionamento simples. Quando uma sobretenso ocorre, o varistor assume valores hmicos extremamente baixos, o que provoca a queima do fusvel. Imediatamente, a lmpada non ioniza-se, indicando que ocorreu uma sobretenso naquela (s) fase (s). Mesmo aps desligada a alimentao, o fenmeno fica registrado pela queima do fusvel. Est a o libi que voc precisa para convencer o cliente. O circuito pode ser mono ou trifsico.

FA. Improvisao de um centelhador.

I CentelhadoresO funcionamento do centelhador bastante simples de entender. A tcnica facilitar a ionizao do ar em um ambiente controlado. A figura 16 traz um centelhador da Phoenix Contact em corte. Notem que temos dois eletrodos isolados, porm, com uma geometria que facilita a formao do arco voltaico na presena da sobretenso. Dessa forma, a energia que passaria para os equipamentos dentro do imvel, dissipada na forma de calor dentro do centelhador. A figura 17 ilustra as seis principais etapas da extino do arco dentro do centelhador.

FB. Circuitos dedo-duro de sobretenso.


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F17. Tempos de extino do arco voltaico em um centelhador.

F19. Varistores ligados em uma rede trifsica.

II VaristoresO varistor outro componente utilizado na eliminao de sobretenses geradas por raios. O varistor, tambm conhecido por MOV (Metal Oxide Varistor), um componente no linear, pois a (curva tenso corrente) no obedece a lei de Ohm. Na verdade, o varistor tem uma tenso nominal de atuao. Enquanto a tenso aplicada em seus terminais for igual ou menor que a nominal do componente, seu estado de alta resistncia. A figura 19 mostra o smbolo, aparncia e a dinmica de funcionamento desse componente. Notem que, no momento em que a tenso ultrapassar (aproximadamente) 10% da nominal, o componente baixa a sua resistncia para prximo de 0 ohm (curtocircuito). Dessa forma o pico de tenso absorvido na forma de calor.

descargas absorvidas pelo varistor, menor sua vida til. Isso quer dizer que haver uma descarga fatdica, onde o componente perder sua funcionalidade. O centelhador, por outro lado, tem uma vida til muito maior, porm, atua com menor velocidade (aproximadamente 350 s). O engenheiro de campo ou de desenvolvimento deve levar em conta os prs e contras de cada componente na hora da sua aplicao. Nada impede, entretanto, que utilizemos ambos simultaneamente em uma mesma instalao, pois teramos alta velocidade agregada a uma boa durabilidade.

ConclusoEsperamos ter proporcionado ao leitor uma viso geral sobre as tcnicas de proteo contra descargas atmosfricas, atravs deste artigo. Lembre-se que no existe uma proteo 100% segura, porm, a aplicao correta das tcnicas aqui exploradas diminui muito o risco de danos na ocorrncia de raios. Como sempre fao, convido todos os leitores a enviarem suas crticas e sugestes a respeito deste, e de outros artigos da revista. Sua opinio fundamental para que possamos atender ainda mais suas necessidades. At a prxima! MA

F18. Ligao de Centelhados em rede 3o.

A figura 18 apresenta o esquema de ligao de 3 centelhadores ligados em uma rede trifsica, bem como um exemplo de instalao em um painel de baixa tenso. Podemos observar que, quando o ar dentro do centelhador se ioniza (baixa a resistncia eltrica) a descarga desviada para terra, impedindo que o transitrio danifique os equipamentos ligados na linha de alimentao. como se tivssemos um curto-circuito instantneo ocorrendo no exato momento da sobretenso.

Mas, qual a proteo mais indicada: centelhador ou varistor?A escolha de um ou outro componente depende de perfil do consumidor. O que devemos ter em mente que o varistor tem a vantagem de atuar em maior velocidade (proteo rpida), isto , prximo a 20 s. Porm, sua desvantagem em relao ao centelhador que ele se degrada com o tempo. Quanto maior o nmero de

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Dicas de

blindagem e aterramento em Automao IndustrialA convivncia de equipamentos em diversas tecnologias diferentes somada inadequao das instalaes facilita a emisso de energia eletromagntica e, com isso, comum que se tenha problemas de compatibilidade eletromagntica. Trazemos neste artigo algumas dicas para minimizar os problemas causados pela EMI (interferncia eletromagntica).Csar Cassiolato Diretor de Marketing, Qualidade e Engenharia de Projetos e Servios - Smar Equipamentos Industriais

A

saiba maisAterramento Eltrico Saber Eletrnica 329 O uso de Canaletas Metlicas Minimizando as Correntes de Foucault em Instalaes PROFIBUS Mecatronica Atual 48 Protetor de Transientes em redes PROFIBUS Mecatronica Atual 45 Aterramento, Blindagem, Rudos e dicas de instalao Csar Cassiolato EMC for Systems and Installations - Part 2 EMC techniques for installations, Eur Ing Keith Armstrong Site de fabricante: www.smar.com.br www.system302.com.br

EMI a energia que causa resposta indesejvel a qualquer equipamento e que pode ser gerada por centelhamento nas escovas de motores, chaveamento de circuitos de potncia, em acionamentos de cargas indutivas e resistivas, acionamentos de rels, chaves, disjuntores, lmpadas fluorescentes, aquecedores, ignies automotivas, descargas atmosfricas e mesmo em descargas eletrostticas entre pessoas e equipamentos, aparelhos de microondas, equipamentos de comunicao mvel, etc. Tudo isto pode provocar alteraes causando sobretenso, subtenso, picos e transientes que em uma rede de comunicao podem ter seus impactos. Isto muito comum nas indstrias e fbricas, onde a EMI muito frequente em funo do maior uso de mquinas (de soldas, por exemplo) e motores (CCMs) em redes digitais e de computadores prximas a essas reas. O maior problema causado pela EMI so as situaes espordicas e que degradam aos poucos os equipamentos e seus componentes. Os mais diversos problemas podem ser gerados pela EMI, por exemplo, em equipamentos eletrnicos podemos ter falhas na comunicao entre dispositivos de uma rede de equipamentos e/ou computadores, alarmes gerados sem explicao, atuao em rels que no seguem uma lgica e sem haver

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automaocomando para isso, queima de componentes e circuitos eletrnicos, etc. muito comum a presena de rudos na alimentao pelo mau aterramento e blindagem, ou mesmo erro de projeto. A topologia e a distribuio do cabeamento, os tipos de cabos e as tcnicas de protees, so fatores que devem ser considerados para a minimizao dos efeitos da EMI. Lembrar que, em altas frequncias, os cabos se comportam como um sistema de transmisso com linhas cruzadas e confusas, refletindo energia e espalhando-a de um circuito a outro. Mantenha em boas condies as conexes. Conectores inativos por muito tempo podem desenvolver resistncia ou se tornarem detectores de RF. Um exemplo tpico de como a EMI pode afetar o comportamento de um componente eletrnico, um capacitor que fique sujeito a um pico de tenso maior que sua tenso nominal especificada, com isto pode-se ter a degradao do dieltrico (a espessura do dieltrico limitada pela tenso de operao do capacitor, que pode produzir um gradiente de potencial inferior rigidez dieltrica do material), causando um mau funcionamento e em alguns casos a prpria queima do capacitor. Ou ainda, podemos ter a alterao de correntes de polarizao de transistores levando-os a saturao ou corte, ou dependendo da intensidade, queima de componentes por efeito Joule. Em medies: No aja com negligncia (omisso irresponsvel), imprudncia (ao irresponsvel) ou impercia (questes tcnicas); Lembre-se: cada planta e sistema tm os seus detalhes de segurana. Informe-se deles antes de iniciar seu trabalho; Sempre que possvel, consulte as regulamentaes fsicas, assim como as prticas de segurana de cada rea; necessrio agir com segurana nas medies, evitando contatos com terminais e fiao, pois a alta tenso pode estar presente e causar choque eltrico; Para minimizar o risco de problemas potenciais relacionados segurana, preciso seguir as normas de segurana e de reas classificadas locais aplicveis que regulam a instalao e operao dos equipamentos. Estas normas variam de

F1. Sistema TN-S.

rea para rea e esto em constante atualizao. responsabilidade do usurio determinar quais normas devem ser seguidas em suas aplicaes e garantir que a instalao de cada equipamento esteja de acordo com as mesmas; Uma instalao inadequada ou o uso de um equipamento em aplicaes no recomendadas pode prejudicar a performance de um sistema e consequentemente a do processo, alm de representar uma fonte de perigo e acidentes. Devido a isto, recomenda-se utilizar somente profissionais treinados e qualificados para instalao, operao e manuteno. Muitas vezes, a confiabilidade de um sistema de controle colocada em risco devido s suas ms instalaes. Comumente, os usurios fazem vistas grossas e em anlises mais criteriosas, descobre-se problemas com as instalaes, envolvendo cabos e suas rotas e acondicionamentos, blindagens e aterramentos. de extrema importncia que haja a conscientizao de todos os envolvidos e mais do que isto, o comprometimento com a confiabilidade e segurana operacional e pessoal em uma planta. Este artigo prov informaes e dicas sobre aterramento e vale sempre a pena lembrar que as regulamentaes locais, em caso de dvida, prevalecem sempre. Controlar o rudo em sistemas de automao vital, porque ele pode se tornar um problema srio mesmo nos melhores instrumentos e hardware de aquisio de dados e atuao.

Qualquer ambiente industrial contm rudo eltrico em fontes, incluindo linhas de energia AC, sinais de rdio, mquinas e estaes, etc. Felizmente, dispositivos e tcnicas simples, tais como a utilizao de mtodos de aterramento adequado, blindagem, fios tranados, os mtodos mdia de sinais, filtros e amplificadores diferenciais podem controlar o rudo na maioria das medies. Os inversores de frequncias contm circuitos de comutao que podem gerar interferncia eletromagntica (EMI). Eles contm amplificadores de alta energia de comutao que podem gerar EMI significativa nas frequncias de 10 MHz a 300 MHz. Certamente, existe potencial de que este rudo de comutao possa gerar intermitncias em equipamentos em suas proximidades. Enquanto a maioria dos fabricantes toma os devidos cuidados em termos de projetos para minimizar este efeito, a imunidade completa no possvel. Algumas tcnicas ento de layout, fiao, aterramento e blindagem contribuem significativamente nesta minimizao. A reduo da EMI ir minimizar os custos iniciais e futuros problemas de funcionamento em qualquer sistema.

Objetivo de projeto e layoutsUm dos principais objetivos ao se projetar manter todos os pontos comuns de retornos de sinal no mesmo potencial. Com a alta frequncia no caso de inversores (at 300 MHz), harmnicas so geradas pelos amplificadores de comutao e nestas frequncias, o sistema de terra se parece mais


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automaocom uma srie de indutores e capacitores do que um caminho de baixa resistncia. O uso de malhas e tranas ao invs de fios (fios curtos so melhores para altas frequncias) que interligam nos pontos de aterramento tm uma eficincia maior neste caso. Outro importante objetivo minimizar o acoplamento magntico entre circuitos. Este geralmente conseguido por separaes mnimas e roteamento segregado dos cabos. O acoplamento por radiofrequncia minimizado com as devidas blindagens e tcnicas de aterramento. Os transientes (surges) so minimizados com filtros de linha e supressores de energia apropriados em bobinas e outras cargas indutivas.

F2. Equipotencializao

O conceito de aterramentoUm dicionrio no tcnico define o termo terra como um ponto em contato com a terra, um retorno comum em um circuito eltrico, e um ponto arbitrrio de potencial zero de tenso. Aterrar ou ligar alguma parte de um sistema eltrico ou circuito para a terra garante segurana pessoal e, geralmente, melhora o funcionamento do circuito. Infelizmente, um ambiente seguro e robusto em termos de aterramento, muitas vezes no acontece simultaneamente.

Fio-terraTodo circuito deve dispor de condutor de proteo em toda a sua extenso.F3. Linha de Aterramento e Equipotencial em Instalaes

Aterramentos de Equipamentos Eltricos SensveisOs sistemas de aterramento devem executar vrias funes simultneas: como proporcionar segurana pessoal e para o equipamento. Resumidamente, segue uma lista de funes bsicas dos sistemas de aterramento em: Proporcionar segurana pessoal aos usurios; Proporcionar um caminho de baixa impedncia (baixa indutncia) de retorno para a terra, proporcionando o desligamento automtico pelos dispositivos de proteo de maneira rpida e segura, quando devidamente projetado; Fornecer controle das tenses desenvolvidas no solo quando o curto fase-terra retorna pelo terra para uma fonte prxima, ou mesmo distante;

Estabilizar a tenso durante transitrios no sistema eltrico provocados por faltas para a terra; Escoar cargas estticas acumuladas em estruturas, suportes e carcaas dos equipamentos em geral; Fornecer um sistema para que os equipamentos eletrnicos possam operar satisfatoriamente tanto em alta como em baixas frequncias; Fornecer uma referncia estvel de tenso aos sinais e circuitos; Minimizar os efeitos de EMI (Emisso Eletromagntica). O condutor neutro normalmente isolado e o sistema de alimentao empregado deve ser o TN-S (T: ponto diretamente aterrado, N: massas ligadas diretamente ao ponto de alimentao aterrado, S: condutores distintos para neutro e proteo). Veja a figura 1. O condutor neutro exerce a sua funo

bsica de conduzir as correntes de retorno do sistema. O condutor de proteo exerce a sua funo bsica de conduzir terra as correntes de massa. Todas as carcaas devem ser ligadas ao condutor de proteo. O condutor de equipotencialidade deve exercer a sua funo bsica de referncia de potencial do circuito eletrnico. Para atender as funes anteriores destacam-se trs caractersticas fundamentais: Capacidade de conduo; Baixo valor de resistncia; Configurao de eletrodo que possibilite o controle do gradiente de potencial. Independentemente da finalidade, proteo ou funcional, o aterramento deve ser nico em cada local da instalao. Existem situaes onde os terras podem ser separados, porm precaues devem ser tomadas.

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F5. Exemplo da importncia do aterramento e equipotencializao e sua influncia no sinal.

Condutor para EquipotencializaoF4. Material para Equipotencializar

Em relao instalao dos componentes do sistema de aterramento, alguns critrios devem ser seguidos: O valor da resistncia de aterramento no deve se modificar consideravelmente ao longo do tempo; Os componentes devem resistir s condies trmicas, termomecnicas e eletromecnicas; Os componentes devem ser robustos ou mesmo possuir proteo mecnica adequada para atender s condies de influncias externas; Deve-se impedir danos aos eletrodos e as outras partes metlicas por efeitos de eletrlise.

Principal: deve ter no mnimo a metade da seo do condutor de proteo de maior seo e no mnimo: 6 mm2 (Cobre); 16 mm2 (Alumnio); 50 mm2 (Ao). Atente para a figura 4.F1

Consideraes sobre equipotenciaisObserve a figura 5, onde temos uma fonte geradora de alta tenso e rudos de alta frequncia e um sistema de medio de temperatura a 25 m da sala de controle e onde, dependendo do acondicionamento dos sinais, podemos ter at 2,3 kV nos terminais de medio. Conforme se vai melhorando as condies de blindagem, aterramento e equalizao chega-se condio ideal para a medio. Em sistemas distribudos, como de controle de processos industriais, onde se tem reas fisicamente distantes e com alimentao de diferentes fontes, a orientao que se tenha o sistema de aterramento em cada local e que sejam aplicadas as tcnicas de controle de EMI em cada percurso do encaminhamento de sinal, conforme representado na figura 2.

EquipotencializarA definio de equipotencializar deixar tudo no mesmo potencial, o que significa, na prtica, minimizar a diferena de potencial para reduzir acidentes. Em cada edificao deve ser realizada uma equipotencializao principal e ainda as massas das instalaes situadas em uma mesma edificao devem estar conectadas a equipotencializao principal e desta forma a um mesmo e nico eletrodo de aterramento. Veja figuras 2 e 3. A equipotencializao funcional tem a funo de equalizar o aterramento e garantir o bom funcionamento dos circuitos de sinal e a compatibilidade eletromagntica.

Implicaes de um mau aterramentoAs implicaes que um mau (ou mesmo inadequado) aterramento pode causar no se limitam apenas aos aspectos de segurana. Os principais efeitos de um aterramento

precrio so choques eltricos aos usurios pelo contato, resposta lenta (ou intermitente) dos sistemas de proteo (fusveis, disjuntores, etc.). Mas outros problemas operacionais podem ter origem no aterramento deficiente: Falhas de comunicao; Drifts ou derivas, erros nas medies; Excesso de EMI gerado; Aquecimento anormal das etapas de potncia (inversores, conversores, etc...) e motorizao; Em caso de computadores, travamentos constantes; Queima de componentes eletrnicos sem razo aparente, mesmo sendo em equipamentos novos e confiveis; Intermitncias. O sistema de aterramento deve ser nico e deve atender a diferentes finalidades: Controle de interferncia eletromagntica, tanto interno ao sistema eletrnico (acoplamento capacitivo, indutivo e por impedncia comum) como externo ao sistema (ambiente); Segurana operacional, sendo as carcaas dos equipamentos ligadas ao terra de proteo e, dessa forma, qualquer sinal aterrado ou referenciado carcaa ou ao painel, direta ou indiretamente, fica automaticamente referenciado ao terra de distribuio de energia; Proteo contra raios, onde os condutores de descida do Sistema de


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F6. Aterramento em um nico ponto.

a)

b)

F7. Aterramento em multipontos (a) e aterramento na Prtica (b).

Proteo contra Descargas Atmosfricas (SPDA) devem ser conectados s estruturas metlicas (para evitar centelhamento) e sistemas de eletrodos de terra interconectados com o terra de energia, encanamentos metlicos, etc., ficando o terra dos circuitos ligado ao terra do pra-raios (via estrutura ou sistema de eletrodos). A consequncia que equipamentos com carcaas metlicas ficam expostos a rudo nos circuitos de aterramento (energia e raios). Para atender aos requisitos de segurana, proteo contra raios e EMI, o sistema de aterramento deveria ser um plano com impedncia zero, onde teramos a mistura de diferentes nveis de corrente destes sistemas sem interferncia. Isto , uma condio ideal, o que na prtica no bem assim.

CLPs, controladores e tendo sinais de aquisio e controle de dados, assim como redes digitais; Terra estrutural: So os aterramentos via estrutura e que foram o sinal a 0 V. Tipicamente tem a funo de gaiola de Faraday, agindo como proteo a raios. Observao: Terra de chassi ou carcaa usado como uma proteo contra choque eltrico. Este tipo de terra no um terra de resistncia zero, e seu potencial de terra pode variar. No entanto, os circuitos so quase sempre ligados terra para a preveno de riscos de choque.

cada fio pode ser muito elevada e as linhas de terra podem se tornar fontes de rudo do sistema. Este tipo de situao pode ser minimizado escolhendo o tipo correto de condutor (tipo AWG 14). Cabos de bitola maiores ajudam na reduo da resistncia de terra, enquanto o uso de fio flexvel reduz a impedncia de terra.

Aterramento em multipontosPara frequncias altas, o sistema multiponto o mais adequado, conforme caracterizado na figura 7a, inclusive simplificando a instalao. Muitas conexes de baixa impedncia entre os condutores PE e os eletrodos de aterramento em combinao com mltiplos caminhos de alta impedncia entre os eletrodos e as impedncias dos condutores cria um sistema de aterramento complexo com uma rede de impedncia (ver figura 7b), e as correntes que fluem atravs dele provocam diferentes potenciais de terra nas interligaes em vrios pontos desta rede. Os sistemas com aterramentos multipontos que empregam circuitos balanceados geralmente no apresentam problemas de rudos. Neste caso ocorre filtragem do rudo, onde o seu campo fica contido entre o cabo e o plano de terra (figura 8). Na figura 9 tem-se um aterramento adequado, onde as correntes individuais so conduzidas a um nico ponto de aterramento. A ligao terra em srie muito comum porque simples e econmica. No entanto, este o aterramento que proporciona um

Aterramento em um nico pontoO sistema de aterramento por um nico ponto pode ser visto na figura 6, onde o ponto marcante um nico ponto de terra do qual se tem a distribuio do mesmo para toda a instalao. Esta configurao mais apropriada para o espectro de frequncias baixas e ainda atende perfeitamente a sistemas eletrnicos de alta frequncia instalados em reas reduzidas. E mais, este sistema dever ser isolado e no deve servir de caminho de retorno para as correntes de sinais, que devem circular por condutores de sinais, por exemplo, com pares balanceados. Este tipo de aterramento paralelo elimina o problema de impedncia comum, mas o faz em detrimento da utilizao de um monte de cabeamento. Alm disso, a impedncia de

Tipos de AterramentoEm termos da indstria de processos podemos identificar alguns tipos de terras: Terra sujo : So os que esto presentes nas instalaes tipicamente envolvendo o 127 VAC, 220 VAC, 480 VAC e que esto associadas a alto nvel de comutao, tais como os CCMs, iluminao, distribuio de energia, etc, fontes geradoras de EMI. comum que alimentao AC primria apresente picos, surtos, os chamados spikes e que degradam o terra AC; Terra limpo: So os que esto presentes em sistemas e circuitos DC, tipicamente 24 VDC, alimentando

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automaoterra sujo, devido impedncia comum entre os circuitos. Quando vrios circuitos compartilham um fio terra, as correntes de um circuito (que flui atravs da impedncia finita da linha de base comum) podem provocar variaes no potencial de terra dos demais circuitos. Se as correntes so grandes o suficiente, as variaes do potencial de terra podem causar srias perturbaes nas operaes de todos os circuitos ligados ao terra comum de sinal.

F8. Aterramento em multipontos inadequado.

F9. Aterramento adequado, em um nico ponto.

Loops de terraUm loop de terra ocorre quando existe mais de um caminho de aterramento, gerando correntes indesejveis entre estes pontos (figura 10). Estes caminhos formam o equivalente ao loop de uma antena que capta as correntes de interferncia com alta eficincia. Com isto, a referncia de tenso fica instvel e o rudo aparece nos sinais.

Aterramento ao nvel dos equipamentos: PrticaNa prtica, o que se faz um sistema misto, separando circuitos semelhantes e segregando quanto ao nvel de rudo: Terra de sinais para o aterramento de circuitos mais sensveis; Terra de rudo para o aterramento de comandos (rels), circuitos de alta potncia (CCMs, por exemplo); Terra de equipamento para o aterramento de racks, painis, etc., Sendo estes trs circuitos conectados ao condutor de proteo (figura 11). Os sinais podem variar devido a: Flutuao de tenso; Harmnicas de corrente; RF conduzidas e radiadas; Transitrios (conduo ou radiao); Campos Eletrostticos; Campos Magnticos; Reflexes; Crosstalk; Atenuaes; Jitter (rudo de fase). As principais fontes de interferncias so: Acoplamento capacitivo (interao de campos eltricos entre condutores); Acoplamento indutivo (acompanhadas por um campo magntico. O nvel de perturbao depende das variaes de corrente (di /dt) e da indutncia de acoplamento mtuo);F10. Loop de terra.

F11. Aterramento ao nvel dos equipamentos na prtica.

Conduo atravs de impednciacomum (aterramento): Ocorre quando as correntes de duas reas diferentes passam por uma mesma impedncia. Por exemplo, o caminho de aterramento comum de dois sistemas.

Acoplamento CapacitivoO acoplamento capacitivo representado pela interao de campos eltricos entre condutores. Um condutor passa prximo

a uma fonte de rudo (perturbador), capta este rudo e o transporta para outra parte do circuito (vtima). o efeito de capacitncia entre dois corpos com cargas eltricas, separadas por um dieltrico, o que chamamos de efeito da capacitncia mtua. O efeito do campo eltrico proporcional frequncia e inversamente proporcional distncia. O nvel de perturbao depende das variaes da tenso (dv/dt) e o valor da capacitncia de acoplamento entre o cabo


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a) F12. Efeito por acoplamento capacitivo (a) e seu exemplo (b).

b)

F13. Modo diferencial e modo comum Acoplamento capacitivo.

perturbador e o cabo vtima. A capacitncia de acoplamento aumenta com: O inverso da frequncia: O potencial para acoplamento capacitivo aumenta de acordo com o aumento da frequncia (a reatncia capacitiva, que pode ser considerada como a resistncia do acoplamento capacitivo, diminui de acordo com a frequncia, e pode ser vista na frmula: Xc = 1/2fC); A distncia entre os cabos perturbadores e vtima e o comprimento dos cabos que correm em paralelo; A altura dos cabos com relao ao plano de referncia (em relao ao solo); A impedncia de entrada do circuito vtima (circuitos de alta impedncia de entrada so mais vulnerveis); O isolamento do cabo vtima (r do isolamento do cabo), principalmente para pares de cabos fortemente acoplados.

As figuras 12a e 12b mostram exemplos de acoplamentos capacitivos. Na figura 13 podemos ver o acoplamento e suas fontes de tenso e corrente em modo comum e diferencial. Algumas medidas para reduzir o efeito do acoplamento capacitivo: Limite o comprimento de cabos correndo em paralelo; Aumente a distncia entre o cabo perturbador e o cabo vtima; Aterre uma das extremidades dos shields nos dois cabos; Reduza o dv/dt do sinal perturbador, aumentando o tempo de subida do sinal, sempre que possvel (baixando a frequncia do sinal). Envolva sempre que possvel o condutor ou equipamento com material metlico (blindagem de Faraday). O ideal que cubra cem por cento da parte a ser protegida e que se

aterre esta blindagem para que a capacitncia parasita entre o condutor e a blindagem no atue como elemento de realimentao ou de crosstalk. A figura 14 ilustra a interferncia entre cabos, onde o acoplamento capacitivo entre cabos induz transiente (pickups eletrostticos) de tenso. Nesta situao a corrente de interferncia drenada ao terra pelo shield, sem afetar os nveis de sinais. A figura 15 mostra exemplo de proteo contra transientes. Interferncias eletrostticas podem ser reduzidas com: Aterramento e blindagens adequadas; Isolao ptica; Uso de canaletas e bandejamentos metlicos aterrados. A figura 16 exibe a capacitncia de acoplamento entre dois condutores separados por uma distncia D.

Acoplamento IndutivoO cabo perturbador e o cabo vtima so acompanhadas por um campo magntico. O nvel de perturbao depende das variaes de corrente (di /dt) e da indutncia de acoplamento mtuo. O acoplamento indutivo aumenta com: A frequncia: a reatncia indutiva diretamente proporcional frequncia (XL = 2fL); A distncia entre os cabos perturbadores e vtima e o comprimento dos cabos que correm em paralelo; A altura dos cabos com relao ao plano de referncia (em relao ao solo); A impedncia de carga do cabo ou circuito perturbador. Veja a figura 17. Algumas medidas para reduzir o efeito do acoplamento indutivo entre cabos:

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automao Limite o comprimento de cabos Aumente a distncia entre o cabo Aterre uma das extremidades dos Reduza o dv/dt do perturbador aumentando o tempo de subida do sinal, sempre que possvel (resistores conectados em srie ou resistores PTC no cabo perturbador, anis de ferrite nos perturbadores e/ou cabo vtima). Algumas medidas para reduzir o efeito do acoplamento indutivo entre cabo e campo: Limite a altura h do cabo ao plano de terra; Sempre que possvel coloque o cabo junto superfcie metlica; Use cabos tranados; Use ferrites e filtros de EMI. Observe a figura 18. Algumas medidas para reduzir o efeito do acoplamento indutivo entre cabo e loop de terra: Reduza a altura (h) e o comprimento do cabo; Sempre que possvel coloque o cabo junto superfcie metlica; Use cabos tranados; Em altas frequncias aterre o shield em dois pontos (cuidado!) e em baixas frequncias em um ponto s. Acompanhe a figura 19. Agora, atente para a tabela 1. As interferncias eletromagnticas podem ser reduzidas atravs de: Cabo tranado (figura 20); Isolao ptica; Canaletas e bandejamentos metlicos aterrados. Para minimizar o efeito de induo deve-se usar o cabo de par tranado que minimiza a rea (S) e diminui o efeito da tenso induzida Vb em funo do campo B, balanceando os efeitos (mdia dos efeitos segundo as distncias): shields dos dois cabos; perturbador e o cabo vtima; correndo em paralelo;

F14. Interferncia entre cabos: o acoplamento capacitivo entre cabos induz transientes (pickups eletrostticos) de tenso.

F15. Exemplo de proteo contra transientes (melhor soluo contra corrente de Foucault)

F16. Acoplamento capacitivo entre condutores a uma distncia D.

O cabo de par tranado composto por pares de fios. Os fios de um par so enrolados em espiral a fim de, atravs do efeito de cancelamento, reduzir o rudo e manter constantes as propriedades eltricas do meio por toda a sua extenso.

F17. Acoplamento indutivo entre condutores


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F18. Acoplamento indutivo entre cabo e campo

F19. Acoplamento indutivo entre cabo e loop de terra

F21. Indutncia mtua entre dois condutores.

F20. Interferncia entre cabos: campos magnticos atravs do acoplamento indutivo entre cabos induzem transientes (pickups eletromagnticos) de corrente.Cabo de Comunicao Digital Cabo de comunicao Digital Cabos com e sem shield: 10 cm Vdc ou 25Vac e < 400Vac Cabos com e sem shield: > 400Vac Qualquer cabo sujeito exposio de raios 20 cm 50 cm 10 cm 50 cm 50 cm Cabos com e sem shield: Vdc ou 5Vac e < 400Vac 10 cm Cabos com e Qualquer cabo sujeito sem shield: > exposio de raios 400Vac 20 cm 10 cm 50 cm 50 cm 50 cm

T1. Distncias entre cabos de comunicao digital e outros tipos de cabos para garantir a proteo a EMI.

O efeito de reduo com o uso da trana tem sua eficincia em funo do cancelamento do fluxo, chamada de Rt (em dB):

Rt = -20 log{(1/(2nl +1))*[1+2nlsen(/ny)]}onde n o nmero de voltas/m e l o comprimento total do cabo.Veja figura 22. O efeito de cancelamento reduz a diafonia (crosstalk) entre os pares de fios e diminui o

nvel de interferncia eletromagntica/radiofrequncia. O nmero de tranas nos fios pode ser variado a fim de reduzir o acoplamento eltrico. Com sua construo proporciona um acoplamento capacitivo entre os condutores do par.Tem um comportamento mais eficaz em baixas frequncias (< 1 MHz). Quando no blindado, tem a desvantagem com o rudo em modo comum. Para baixas frequncias,

isto , quando o comprimento do cabo menor que 1/20 do comprimento de onda da frequncia do rudo, a blindagem (malha ou shield) apresentar o mesmo potencial em toda sua extenso, neste caso recomenda-se conectar a blindagem em um s ponto de terra. Em altas frequncias, isto quando o comprimento do cabo maior que 1/20 do comprimento de onda da frequncia do rudo, a blindagem apresentar alta suscetibilidade ao rudo e neste caso recomenda-se que seja aterrada nas duas extremidades. No caso indutivo Vrudo = 2BAcos, onde B o campo e o ngulo em que o fluxo corta o vetor rea (A) ou ainda em funo da indutncia mtua M: Vrudo = 2fMI, onde I a corrente no cabo de potncia. O uso de cabo de par tranado muito eficiente desde que a induo em cada rea de toro seja aproximadamente igual a induo adjacente. Seu uso eficiente em modo diferencial, circuitos balanceados e tem baixa eficincia em baixas frequncias em circuitos desbalanceados. Em circuitos de alta frequncia com multipontos aterrados, a eficincia alta, uma vez que a corrente de retorno tende a fluir pelo retorno adjacente. Contudo, em altas frequncias em modo comum o cabo tem pouca eficincia. A figura 23 detalha a situao do Profibus-DP e os loops de terra.

Proteo com o uso de canaletas metlicasVeremos a seguir o uso de canaletas metlicas na minimizao de correntes de Foucault, (figura 24). O espaamento entre as canaletas facilita a perturbao gerada pelo campo magntico.

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a)

b)

c)

d)

F22. Efeito de acoplamento indutivo em cabos paralelos (a), minimizao do efeito de acoplamento indutivo em cabos torcidos (b), exemplo de rudo por induo (c), exemplo de Cabos Profibus prximos a cabo de potncia (d).

Alm disso, esta descontinuidade pode facilitar a diferena de potencial entre cada segmento da canaleta e no caso de um surto de corrente gerado, por exemplo, por uma descarga atmosfrica ou um curto, a falta de continuidade no permitir que a corrente circule pela canaleta de alumnio e, consequentemente, no proteger o cabo Profibus. O ideal que se una cada segmento com a maior rea de contato possvel, o que ter uma maior proteo induo eletromagntica e ainda que se tenha entre cada segmento um condutor de cada lado da canaleta, com comprimento o menor possvel, para garantir um caminho alternativo s correntes caso haja um aumento de resistncia nas junes entre os segmentos. Com a montagem adequada da canaleta de alumnio, o campo, ao penetrar na placa de alumnio da canaleta, produz um fluxo magntico varivel em funo do tempo [f = a.sen(w.t)], dando origem a uma f.e.m. induzida [E = - df/dt = a.w.cos(w.t)]. Em frequncias altas, a f.e.m. induzida na placa de alumnio ser maior, dando origem a um campo magntico maior, anulando quase que completamente o campo magntico gerado pelo cabo de potncia. Esse efeito de cancelamento menor em baixas frequncias. Em altas, o cancelamento mais eficiente. Esse o efeito das placas e telas metlicas frente incidncia de ondas eletromagnticas; elas geram seus prprios campos que mini-

F23. Profibus-DP e os loops de terra.

mizam ou mesmo anulam o campo atravs delas, funcionando assim como verdadeiras blindagens s ondas eletromagnticas. Funcionam como uma gaiola de Faraday. Certifique-se que as chapas e os anis de acoplamento sejam feitos do mesmo material que as canaletas/bandejas de cabos. Proteja os ponto de conexes contra corroso depois da montagem, por exemplo, com tinta de zinco ou verniz.

Embora os cabos sejam blindados, a blindagem contra campos magnticos no to eficiente quanto contra campos eltricos.Em baixas frequncias, os pares tranados absorvem a maior parte dos efeitos da interferncia eletromagntica. J em altas frequncias esses efeitos so absorvidos pela blindagem do cabo. Sempre que possvel, conecte as bandejas de cabos ao sistema de linha equipotencial.


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F24. Proteo de transientes com o uso de canaletas metlicas.

F25. Blindagem conectada ao potencial de referncia do sinal que est protegendo.

F26. Blindagem em mltiplos segmentos conectada ao potencial de referncia do sinal que est protegendo.

Aterramento de Equipamentos de CampoA grande maioria dos fabricantes de equipamentos de campo como transmissores de presso, temperatura, posicionadores, conversores, etc, recomenda o aterramento local de seus produtos. comum que em suas carcaas exista um (ou mais) terminal de aterramento. Ao se instalar os equipamentos, normalmente, suas carcaas esto em contato com a parte estrutural, ou tubulaes e, consequentemente, aterradas. Nos casos em que a carcaa isolada de qualquer ponto da estrutura, os fabricantes recomendam o aterramento local, onde aconselha-se uma conexo a menor possvel com fio AWG 12. Neste caso, deve-se ter o cuidado em relao a diferena de potencial entre o ponto aterrado e o painel onde se encontra o controlador (CLP). Alguns fabricantes recomendam ainda que o equipamento fique flutuando, isto , isolado da estrutura e que no seja aterrado, evitando os loops de corrente. Em relao as reas classificadas, recomenda-se consultar as regulamentaes locais. Em equipamentos microprocessados e com comunicao digital, alguns fabricantes incorporam ou tornam disponvel os protetores de surtos ou transientes. Estes proporcionam a proteo a correntes de picos,

fornecendo um caminho de desvio de baixa impedncia para o ponto de terra.

blindagem e garantir uma boa conexo do shield ao terra.

BlindagemAterramento e blindagem so requisitos mandatrios para garantir a integridade dos dados de uma planta. muito comum, na prtica, encontrarmos funcionamento intermitente e erros grosseiros em medies devido s ms instalaes. Os efeitos de rudos podem ser minimizados com tcnicas adequadas de projetos, instalao, distribuio de cabos, aterramento e blindagens. Aterramentos inadequados podem ser fontes de potenciais indesejados e perigosos e que podem comprometer a operao efetiva de um equipamento ou o prprio funcionamento de um sistema. A blindagem (shield) deve ser conectada ao potencial de referncia do sinal que est protegendo, vide figura 25. Quando se tem mltiplos segmentos deve-se mant-los conectados, garantindo o mesmo potencial de referncia, conforme ilustra a figura 26.

Efeito blindagem X Aterramento em dois pontosOcorre uma distribuio das correntes, em funo das suas frequncias, pois a corrente tende a seguir o caminho de menor impedncia (figura 28). At alguns kHz: a reatncia indutiva desprezvel e a corrente circular pelo caminho de menor resistncia. Acima de kHz: h predominncia da reatncia indutiva e, com isto, a corrente circular pelo caminho de menor indutncia. O caminho de menor impedncia aquele cujo percurso de retorno prximo ao percurso de ida, por apresentar maior capacitncia distribuda e menor indutncia distribuda. Deve-se minimizar o comprimento do condutor que se estende fora da blindagem e garantir uma boa conexo do shield ao terra. Vale citar neste caso: No h proteo contra loops de terra; Danos aos equipamentos ativos possivelmente significativos quando a diferena de potencial de terra entre ambos os extremos ultrapassar 1 V (rms); A resistncia eltrica do aterramento deve ser a mais baixa possvel em ambos os extremos do segmento para minimi-

Efeito blindagem X Aterramento em um nico pontoNeste caso, a corrente no circular pela malha e no cancelar campos magnticos (figura 27). Deve-se minimizar o comprimento do condutor que se estende fora da

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automaozar os loops de terra, principalmente em baixas frequncias; A blindagem de cabos usada para eliminar interferncias por acoplamento capacitivo devidas a campos eltricos; A blindagem s eficiente quando estabelece um caminho de baixa impedncia para o terra; Uma blindagem flutuante no protege contra interferncias; A malha de blindagem deve ser conectada ao potencial de referncia (terra) do circuito que est sendo blindado; Aterrar a blindagem em mais de um ponto pode ser problemtico. Deve-se minimizar comprimento da ligao blindagem-referncia, pois funciona como uma bobina (figura 29). Campos eltricos so muito mais fceis de blindar do que campos magnticos, e o uso de blindagens em um ou mais pontos funciona contra campos eltricos. O uso de metais no magnticos em volta de condutores no blinda contra campos magnticos. A chave para blindagem magntica reduzir a rea de loop. Utiliza-se um par tranado ou o retorno de corrente pela blindagem. Para prevenir a radiao de um condutor, uma blindagem aterrada em ambos os lados geralmente utilizada acima da frequncia de corte, porm alguns cuidados devem ser tomados. Apenas uma quantidade limitada de rudo magntico pode ser blindada devido ao loop de terra formado. Qualquer blindagem na qual flua corrente de rudo no deve ser parte do caminho para o sinal. Utilize um cabo tranado blindado ou um cabo triaxial em baixas frequncias. A efetividade da blindagem do cabo tranado aumenta com o nmero de voltas por cm.

Algumas dicas gerais envolvendo painis de controle, CCMs e instrumentaoRecomenda-se o uso de filtro RFI e que sempre se conecte este filtro o mais prximo possvel da fonte de rudo (entre o filtro RFI e o drive). Nunca misture cabos de entrada e de sada. Todos os motores acionados por inversores devem ser alimentados preferencialmente com cabos blindados aterrados nas duas extremidades. Esta a recomendao de todos os fabricantes de inversores.Vale lembrar que as frequncias de comutao variam de 1 k a 35 kHz, normalmente 30 kHz, o que pode influenciar e muito o FF e Profibus-PA. Sempre que possvel, utilizar trafo isolador para a alimentao do sistema de automao. Utilize repetidores em CCMs isolando galvanicamente, evitando diferenciais de terra. Para atender as exigncias de proteo de EMI todos os cabos externos devem ser blindados, exceto os cabos de alimentao da rede. A malha de blindagem deve ser contnua e no pode ser interrompida. Certifique-se de que cabos de diferentes zonas esto roteados em dutos separados. Dentro do painel, crie zonas distintas e recomeda-se at ter chapas separadoras que serviram de blindagem. Certifique-se de que os cabos se cruzam em ngulos retos a fim de minimizar acoplamentos. Use cabos que possuam valores de impedncia de transferncia os mais baixos possveis. Nos cabos de controle recomenda-se instalar um pequeno capacitor (100 nF a 220 nF) entre a blindagem e o terra para evitar circuito AC de retorno ao terra. Esse capacitor atuar como um supressor de interferncia. Mas a orientao sempre consultar os manuais dos fabricantes dos inversores. Escolher inversores com toroides ou adicionar toroides (Common mode choke) na sada do inversor. Utilizar cabo isolado e blindado (4 vias) entre o inversor e o motor e entre o sistema de alimentao at o inversor. Tentar trabalhar com a frequncia de chaveamento a mais baixa possvel. Sempre aterre a carcaa do motor. Faa o aterramento do motor no painel, onde o inversor est instalado ou no prprio inversor. Inversores geram correntes de fuga e nestes casos, pode-se introduzir um reator de linha na sada do inversor.

Os reatores de linha constituem um meio simples e barato para aumentar a impedncia da fonte de uma carga isolada (como um comando de frequncia varivel, no caso dos inversores). Os reatores so conectados em srie carga geradora de harmnicas e ao aumentar a impedncia da fonte, a magnitude da distoro harmnica pode ser reduzida para a carga na qual o reator adicionado. Aqui se recomenda consultar o manual do inversor e verificar suas recomendaes. O ideal ter indutor de entrada incorporado e filtro RFI/EMC para funcionar como uma proteo a mais para o equipamento e como um filtro de harmnicas para a rede eltrica, onde o mesmo encontra-se ligado. A principal funo do filtro RFI de entrada reduzir as emisses conduzidas por radiofrequncia s principais linhas de distribuio e aos fios-terra. O Filtro RFI de entrada conectado entre a linha de alimentao CA de entrada e os terminais de entrada do inversor. Ondas refletidas: se a impedncia do cabo utilizado no estiver casada com a do motor, acontecero reflexes. Vale lembrar que o cabo entre o inversor e o motor apresenta uma impedncia para os pulso de sada do inversor (a chamada Surge Impedance). Nestes casos tambm se recomenda reatores. Cabos especiais: outro detalhe importante e que ajuda a minimizar os efeitos dos rudos eletromagnticos gerados em instalaes com inversores e motores AC o uso de cabos especiais que evitam o efeito corona de descargas que podem deteriorar a rigidez dieltrica da isolao, permitindo a presena de ondas estacionrias e a transferncia de rudos para a malha de terras. Outra caracterstica construtiva de alguns cabos a dupla blindagem, que mais eficiente na proteo EMI. Em termos da rede digitais, distanci-la do inversor, onde os sinais vo para os motores e colocar repetidores isolando as reas. Verificar se h necessidade de se colocar nos inversores capacitores de modo comum no barramento CC. As especificaes de bitola do cabo e as recomendaes normalmente so baseadas em 75 C. No reduza a bitola do fio quando usar um fio de temperatura maior. As bitolas mnima e mxima dependem da corrente nominal do inversor e das limitaes fsicas dos blocos de terminais. O(s) conector(es) de aterramento deve(m) ser classificados de acordo com a capacidade mxima da corrente do inversor.

Aterramento em reas classificadasRecomenda-se verificar a NBR 5418 para aterramento e ligao com sistema equipotencial de sistemas intrinsecamente seguros. Um circuito intrinsecamente seguro deve estar flutuando, ou estar ligado ao sistema equipotencial associado com a rea classificada em somente um ponto.


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automaoPara aplicaes de inversor CA de frequncia varivel que devem cumprir os padres de EMC, recomenda-se que o mesmo tipo de cabo blindado especificado para os motores CA seja usado entre o inversor e o transformador. Mantenha os comprimentos de cabo do motor dentro dos limites estabelecidos pelo manual do usurio do inversor. Podem ocorrer vrios problemas, inclusive na corrente de carga do cabo e no esforo por tenso de onda refletida. As E/S discretas como, por exemplo, os comandos de partida e parada, podem ser conectadas ao inversor com vrios cabos. A blindagem do cabo recomendvel, uma vez que pode ajudar na reduo do rudo de acoplamento cruzado dos cabos de alimentao. Condutores-padro individuais que atendem s especificaes gerais em relao ao tipo, temperatura, bitola e aos cdigos aplicveis so aceitveis, caso sejam afastados dos cabos de alta tenso para minimizar o acoplamento de rudo. No entanto, a instalao do cabo multicondutor pode ser mais barata. Esteja atento isolao dos cabos. Normalmente, deve ser maior que 300 V. Para aplicaes com vrios motores, ex

Dicas de Blindagem e to

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