RELATÓRIO DE ESTÁGIO - 2/3 Período: de 12/10/2009 a 10/12/2009. REIVAX S/A - Automação e Controle

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP Florianópolis - SC - BRASIL estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO - 2/3 Período: de 12/10/2009 a 10/12/2009 REIVAX S/A - Automação e Controle Nome do aluno: Mouriel Alexandro Correia Nome do supervisor: Fernando Amorim da Silveira Nome do orientador: Lauro César Nicolazzi Florianópolis, 10 de dezembro de 2009

2 Índice ATIVIDADES REALIZADAS... 3 PLANIFICAÇÃO DOS DESENHOS DA BANCADA DE CALIBRAÇÃO DE PÊNDULOS... 3 ESTUDO DE PROJETO PARA MUDANÇA NA AUTOMATIZAÇÃO DO REGISTRO DE 3 VIAS... 4 FORNECIMENTO F09044 ENDESA PROJETO E DESENHOS MECÂNICOS DIMENSIONAIS DO SUPORTE DO TRANSDUTOR LINEAR DE POSIÇÃO... 6 MANUAL DO USUÁRIO VÁLVULAS PROPORCIONAIS ATOS... 6 VERIFICAÇÃO DA ESPECIFICAÇÃO DE RAZÃO BETA DOS FILTROS HDA USADOS NOS FORNECIMENTOS E TESTES... 7 MONTAGEM DE VÁLVULA DE PROTEÇÃO CONTRA SOBREVELOCIDADE... 7 TESTE DE TRANSDUTORES LINEARES DE POSIÇÃO... 8 PROJETO DA VÁLVULA 3 VIAS... 8 FORNECIMENTO F09032 ENDESA...11 DISCUSSÕES E CONCLUSÕES...12 O ESTÁGIO...12 A REIVAX COMO CONCEDENTE PARA ESTÁGIO...12 REFERÊNCIAS...13 REGULADORES DE VELOCIDADE...14 MODERNIZAÇÃO...15 COMPOSIÇÃO DO REGULADOR DE VELOCIDADE

3 Atividades realizadas Planificação dos desenhos da Bancada de calibração de pêndulos Após concluir os desenhos do projeto de modificação da bancada, passei os desenhos do solidworks em 3D para as folhas de desenho técnico em 2D. A seguir algumas imagens da planificação. 3

4 Seminário sobre filtragem Na reunião semanal foi decidido que era necessário fazer um treinamento sobre filtragem na equipe do projeto mecânico. Fui incumbido de reunir em uma apresentação os assuntos sobre filtragem importantes para a nossa aplicação. Os componentes mais sensíveis a contaminação nos nossos sistemas hidráulicos são as válvulas proporcionais, então procurei direcionar o seminário em função destes componentes. A seguir alguns dos tópicos que abordados no seminário: Principais causas de falha em sistemas hidráulicos Classificação dos contaminantes Folgas dinâmicas Determinação das prováveis etapas de contaminação Contaminantes gerados no funcionamento do sistema Principais normas sobre níveis de contaminação Explicação da norma ISO-4406 Norma SAE-749 NAS-1638 Filtros hidráulicos Elementos Filtrantes Meios filtrantes Eficiência de filtragem Razão Beta Testes de múltiplas filtragens ISSO-4572 Estudo de projeto para mudança na automatização do registro de 3 vias No primeiro bimestre do estágio eu fui encarregado de fazer a montagem de seis unidades de válvulas automatizadas de 3 vias, e na ocasião eu achei muito trabalhosa e passível de erros a rotina de montagem. A válvula usa um atuador linear acoplado a uma cremalheira e pinhão, sendo que é necessário ajustar o curso do atuador encurtando a distância entre suas chaves micro-ruptoras internas, e essa tarefa se mostrou ingrata pelo fato de não se conseguir a precisão desejada e nem a repetitividade necessária, e com custo de muitas horas de trabalho. Levei então ao meu supervisor a idéia de modificar o projeto da mesma. No projeto da nova válvula me foi colocado que era desejável a válvula ter o retorno por mola e custo equivalente ao modelo antigo, além das melhorias em relação a montagem mais fácil e regulação. De início concluí que o atuador usado até então não era interessante porque ele era composto de um motor rotativo de corrente contínua com uma redução e fuso acoplado para produzir o movimento linear para depois ser novamente ser transformado e movimento radial pela cremalheira e coroa. Abaixo a imagem ilustrando o projeto antigo da válvula 3 vias: 4

5 Então o primeiro passo do meu estudo de projeto foi definir qual seria o motor. De início pensei em utilizar um motor de passo com driver e redução. Procurei fornecedores, cotei preços, já estava conversando com o colega de trabalho Claudecir para desenvolvermos o driver para o mesmo, mas essa idéia logo se mostrou impraticável pelo alto custo e também porque seria mal utilizado o motor de passo, não existe a necessidade desse tipo de controle no motor, uma simples chave micro-ruptora já resolvia o problema e com custo muito mais interessante. Por fim, depois de procurar por motores CC pequenos no mercado, defini que o motor deveria ser algum motor Bosch pela sua qualidade e baixo custo, mas ainda não sabia qual modelo iria usar. Eu estava em dúvida se usaria um motor com redução ou algum motor mais forte e sem redução. A segunda opção iria economizar muito tempo de projeto, pois sem a redução (redução embutida com fuso sem fim e coroa, o que impede o movimento com o motor desligado), não seria necessário desenvolver um acoplamento, pelo fato de que quando o motor estivesse desligado, ele poderia girar em vazio com a atuação da mola de retorno, mas quando comecei a pesquisa de preços desses motores com o torque que a válvula precisava, logo vi que seria inviável. Veio então a idéia de usar um motor sem redução, acoplado a uma caixa de redução. No início parecia ser a solução ideal, fiz o projeto da caixa de redução, conforme a imagem a seguir: 5

6 No entando quando fui pesquisar o preço para a fabricação das engrenagens, descobri que seria inviável. Parti então para a idéia de usar um pequeno motor com redução embutida e desenvolver um acoplamento para permitir o retorno por mola quando o mesmo desacoplar. O registro 3 vias precisa de um movimento radial preciso de 90 o. Na seqüência tive que interromper esse projeto para fazer outras atividades com maior prioridade. Fornecimento F09044 ENDESA Projeto e desenhos mecânicos dimensionais do suporte do transdutor linear de posição Projeto de um simples suporte para se instalar o transdutor linear de posição sobre o cilindro de acionamento do distribuidor. Imagem do desenho abaixo: Manual do usuário Válvulas proporcionais ATOS Foi sugerido pelo chefe que alguém do departamento se encarregasse de traduzir e resumir o manual do usuário das válvulas proporcionais ATOS. O manual explica o conceito dos sistemas de malha aberta e fechada e aborda a tecnologia e funcionamento das válvulas proporcionais e seu controle eletrônico. 6

7 Verificação da especificação de razão beta dos filtros HDA usados nos fornecimentos e testes Com o seminário sobre filtros que fizemos com a equipe, veio a tona a necessidade de verificarmos a compatibilidade entre os elementos filtrantes utilizados nos nossos sistemas e as válvulas proporcionais. Essa questão foi levantada porque no catálogo dos elementos filtrantes do nosso fornecedor a razão beta usada é na base 12 e as válvulas proporcionais que estão sendo usadas nos sistemas que a empresa projeta tem suas especificações baseadas em razão beta na base 10. Entrei em contato com o fornecedor dos elementos filtrantes e confirmei a compatibilidade. Apesar de os filtros usarem a eficiência de razão beta na base 12, ela é bem superior a que está especificada nos catálogos das válvulas proporcionais. E baseado em um gráfico padrão do teste ISO-4572, os pontos relativos entre razão beta 10 e 12 são bem próximos, fatos suficientes para a conclusão. Imagem abaixo é referente ao gráfico de calibração de elementos filtrantes ISO Montagem de válvula de proteção contra sobrevelocidade Fiz a montagem de uma válvula de proteção contra sobre-velocidade acionada pelo pêndulo. Imagem da válvula abaixo: 7

8 Teste de transdutores lineares de posição Fiz o teste de 8 transdutores lineares indutivos Balluff e 1 transdutor linear potenciométrico Novotechnic. Os equipamentos utilizados para o teste são um transformador 220V CA 24Vcc e multímetro. Os transdutores são acompanhados do manual de instrução que indica a configuração dos seus pinos de alimentação e sinal. É feita a alimentação do transdutor em 24Vcc e conectado no multímetro os pinos do sinal. Com o imã específico do transdutor são feitas a movimentação e verificação se ele realmente varia o potencial ou amperagem de acordo com as suas especificações. Todos os equipamentos testados por mim foram aprovados. Projeto da válvula 3 vias Depois de ter feito uma pesquisa sobre os motores que seriam aplicáveis nesse projeto e por fim ter decidido por um modelo o qual é compatível financeiramente e tecnicamente com o projeto, chega a hora de projetar a válvula. A peça principal desta concepção de válvula é o acoplamento que aproveita o eixo com rasgo do motor Bosch, a peça desliza sobre o eixo do motor e o eixo conectado ao registro, ela contém dois pinos engastados internamente que faz a transmissão do movimento quando está acoplado. A foto renderizada do acoplamento é ilustrada a seguir: 8

9 A seguir algumas fotos renderizadas da válvula 3 vias pronta: 9

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11 Fornecimento F09032 ENDESA Montagem e teste das válvulas 4 vias com atuador hidráulico conforme desenho a seguir: A montagem consiste basicamente na união das peças, e a regulagem da posição da cremalheira para posicionar precisamente a válvula nas posições desejadas. O teste foi feito usando a unidade hidráulica da seguinte forma: duas conexões da válvula 4 vias ligadas em um cilindro de duplo efeito e as outras duas conexões da válvula conectadas no acumulador que foi previamente carregado a 160bar e isolado do sistema, o cilindro de atuação da válvula então foi conectado diretamente na linha da bomba, sendo que na porta de retorno, a alimentação de pressão é constante e a porta de avanço foi conectada em uma válvula para atuar conforme o comando. Visto que o cilindro de atuação da válvula é conectado nas duas portas, o movimento se dá pela diferença de área do pistão. O teste simula perfeitamente a condição para o qual a válvula está sendo testada, pois a válvula 4 vias é pressurizada acima do valor que será submetida em campo. 11

12 Discussões e conclusões O estágio É evidente o ganho em experiência com o estágio. Em poucas semanas já consigo perceber uma evolução em relação ao período anterior do início do estágio. Se formos imaginar que a etapa de estágio no processo de formação seria algo desprezível, de imediato se constata que não é, pois as diferenças entre as atividades acadêmicas e profissionais se mostram muito grandes. Uma das facetas que eu acredito que o estágio está me contribuindo com maior intensidade é o aspecto de relacionamentos interpessoais. O curso como um todo parece preparar os alunos de forma individual, e na prática não há nada que realmente seja possível fazer sozinho, sempre dependemos de várias outras pessoas para que a nossa tarefa tenha êxito. Sobre a preparação em eletro-eletrônica oferecida pelo curso: acredito que com o passar do tempo, é cada vez mais importante o engenheiro mecânico ter domínio sobre esses assuntos, visto que os equipamentos mecânicos atuais estão ficando cada vez mais dependentes de controles eletrônicos, é o curso normal da evolução tecnológica. Então como sugestão, deixo o meu parecer favorável a uma maior atenção para essas áreas na formação dos próximos engenheiros na nossa universidade. Sobre a preparação em hidráulica. Acredito que a cadeira de hidráulica que temos no nosso curso, poderia ser exclusiva para hidráulica e não compartilhada com pneumática. Eu não tenho envergadura suficiente para opinar nesse assunto, mas acredito que poderíamos sair da graduação com um pouco mais de bagagem nessa área. A REIVAX como concedente para estágio A empresa já foi vencedora do Prêmio Catarinense das Melhores Práticas de Estágio de 2006, então já se espera um ambiente amigável e próspero para realização de estágios, e isso foi comprovado. O departamento oferece liberdade suficiente para o estagiário expor e desenvolver idéias e projetos inovadores, e por outro lado oferece suporte para ninguém ficar desnorteado, então acredito que o acompanhamento é na medida certa. A empresa é de fato uma escola, a troca de conhecimentos entre as diversas áreas proporciona um crescimento mútuo entre todos os colaboradores. Existe um clima amigável entre os membros dos diversos departamentos e a atitude de inferiorizar estagiários, freqüente em algumas empresas, aqui é inexistente. Concluindo, eu aprovo e indico a empresa para a realização de estágios curriculares tanto quanto para início de carreira para engenheiros juniores. 12

13 Referências ROBERT L. NORTON, Projeto de Máquinas 2 a Edição, Artmem Bookman Editora, 2004; PROVENZA, FRANCESCO Eng o., Projetista de Máquinas Pro-Tec, Editora F. Provenza. 1960; SCHREIBER, GERHARD P. Usinas Hidrelétricas. Ed. Rio de Janeiro: Editora Edgard Blücher: 1977; JOSEPH EDWARD SHIGLEY, Elementos de Máquinas, Volume 1, Livros Técnicos e Científicos Editora. 13

14 Anexos Reguladores de Velocidade O regulador de velocidade deve agir no sentido de fornecer uma rotação constante (na velocidade síncrona) durante a operação em regime permanente de um gerador síncrono. Durante o regime transitório, este atua no sentido de minimizar as variações de velocidade e freqüência, melhorando desta forma a estabilidade global de um sistema elétrico. É, no entanto, importante enfatizar que um bom projeto de um regulador de velocidade, associado aos ajustes adequados de seus controles, são fatores imprescindíveis para alcançar esta estabilidade. Mais especificamente, um regulador de velocidade deve ser capaz de: a) Manter a freqüência da máquina no valor definido pelo operador, ou manter uma determinada relação entre freqüência e potência ativa (estatismo) em toda região de operação; b) Manter a velocidade dentro dos limites aceitáveis de trabalho mesmo em rejeições de plena carga ou outros distúrbios severos no sistema de potência; c) Ser capaz de propiciar uma partida rápida e sem sobre-elevações na rotação; d) Ser capaz de responder, com desempenho adequado, aos comandos do operador ou sincronizador automático quando da sincronização da unidade com o sistema; e) Possuir razoável velocidade de resposta de maneira a corrigir as variações de freqüência impostas por variação de carga, geração ou por chaveamentos no sistema; f) Ser capaz de tomar carga de maneira linear e rápida de acordo com os comandos do operador, controlador conjunto ou controle de carga e freqüência, sem que para isto seja necessário degradar a regulação da malha de controle de velocidade; g) Ser capaz de limitar dinamicamente a máxima abertura do distribuidor, independentemente da eventual necessidade de aumento de potência mecânica que a malha de controle de velocidade impuser; h) Ser capaz de conjugar abertura do distribuidor e roda, em função da queda bruta, em turbinas Kaplan, de modo a maximizar o rendimento; 14

15 i) Ser capaz de conjugar agulha e defletor de forma a que o defletor seja inserido no menor tempo possível durante rejeições de carga em turbinas do tipo Pelton; Estas funções são as mais importantes. Há outras funções, com as quais o RV deve ser dotado, tal como proteção, alarme e sinalização. Modernização Na sua forma mais simples os reguladores de velocidade de turbinas hidráulicas incluem as seguintes partes: 1. Um sensor de velocidade e uma referência de velocidade; 2. Amplificadores do erro de velocidade; 3. Um ou mais servomotores para variar a posição do distribuidor da unidade. No passado, outras partes consistiam de dispositivos mecânicos ou oleodinâmicos. Recentemente, amplificadores magnéticos ou eletrônicos têm sido usados, tornando mais fácil o controle da abertura do distribuidor por outros sinais além da velocidade. O projeto do regulador de velocidade eletro-hidráulico vem sofrendo grandes mudanças com respeito ao regulador mecânico convencional, com as possibilidades advindas do uso de sinais elétricos sendo cada vez mais exploradas. Seria desejável desvincular o regulador propriamente dito dos atuadores, isto é, da parte de potência que executa os comandos e a que age sobre o distribuidor. Esta é a idéia fundamental da configuração moderna do regulador de velocidade. 15

16 Composição do regulador de velocidade O Regulador de Velocidade completo, na maior parte dos casos, é composto pelos seguintes componentes: Regulador Digital (Painel do Regulador Digital) Painel de Operação (IHM - LCD) Controlador Lógico Programável Fontes de alimentação Amplificadores isoladores Amplificador de saída (para o transdutor eletro-hidráulico) Transdutor de Potência Relés auxiliares, opto-acopladores, disjuntores e régua de bornes Unidade Hidráulica com válvulas e transdutor(es) eletro-hidráulico(s) Acumulador Ar-óleo Compressor de Ar Dispositivo de detecção de velocidade (Sondas de rotação + roda dentada) Transdutor de Posição do Distribuidor Transdutor de Posição das Pás Kaplan (para turbinas Kaplan) 16