INSTALAÇÃO DO HBM-SPIDER8 NA PRENSA TRIAXIAL DO LABORATÓRIO DE GEOTECNIA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO UFOP ESCOLA DE MINAS EM COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO CECAU INSTALAÇÃO DO HBM-SPIDER8 NA PRENSA TRIAXIAL DO LABORATÓRIO DE GEOTECNIA MONOGRAFIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO GUILHERME AUGUSTO VIEIRA GUIMARÃES CALÇADO Ouro Preto 2006

2 GUILHERME AUGUSTO VIEIRA GUIMARÃES CALÇADO INSTALAÇÃO DO HBM-SPIDER8 NA PRENSA TRIAXIAL DO LABORATÓRIO DE GEOTECNIA Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obtenção de Grau em Engenheiro de Controle e Automação. Orientador: Prof. Dr. Adilson do Lago Leite Ouro Preto Escola de Minas UFOP Outubro / 2006

3 ii

4 iii Dedicatória Dedico este trabalho aos meus pais, amigos e professores que de alguma forma contribuiram para a sua elaboração.

5 iv Agradecimentos Agradeço a minha família, em especial a minha mãe e a meu irmão pelo carinho e apoio nas horas boas e nas horas ruins. Aos meus tios do coração pelo apoio incondicional, aos professores Adilson e Ronilson que tornaram possível juntamente com o Eleonardo e o Edmar a elaboração e a conclusão deste trabalho. Ao Joca (Zeca) pelas consultorias de informática, ao Laos, minha fada madrinha, ao Corinto e ao Daniel pelas brincadeiras mesmo nos momentos mais tensos.

6 v SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... vi LISTA DE TABELAS...vii RESUMO...viii ABSTRACT... ix 1. INTRODUÇÃO Objetivo Organização da Monografia REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Sistemas de Aquisição de Dados: Conceitos Gerais Estrutura de um Sistema de Aquisição de Dados Dispositivos LVDT (do ingles: Linear Variable Differential Transformer) Medidor de Volume Célula de Carga Transdutor HBM-SPIDER Características Técnicas CATMAN PRENSA TRIAXIAL Funcionamento Geral INSTALAÇÃO DO HBM-SPIDER Instalação dos Dispositivos Configuração dos Transdutores no Catman RESULTADOS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 31

7 vi LISTA DE FIGURAS FIGURA 2.1 Esquema de aquisição de dados... 5 FIGURA 2.2 LVDT... 8 FIGURA 2.3 Medidor de Volume... 9 FIGURA 2.4 Célula de Carga FIGURA 3.1 HBM-Spider FIGURA 4.1 Interface do Catman FIGURA 6.1 Visão traseira do Spider FIGURA 6.2 Conector 15 pinos FIGURA 6.3 Conector 5 pinos FIGURA 6.4 Esquema de ligação DC voltage source para transdutor de pressão FIGURA 6.5 Esquema de ligação Potenciômetro para o LVDT FIGURA 6.6 Esquema de ligação Transdutor Indutivo para célula de carga FIGURA 6.7 Tela de verificação do funcionamento dos transdutores FIGURA 7.1 Gráfico do ensaio de cisalhamento plotado on line pelo Catman FIGURA 7.2 Dados registrados do ensaio na prensa triaxial FIGURA 7.3 Gráfico Tensão X Deformação... 29

8 vii LISTA DE TABELAS Tabela Base de dados para o gráfico da FIGURA

9 viii RESUMO Os sistemas de aquisição de dados, data loggers, têm sido utilizados nos mais variados setores da sociedade e com diversas finalidades. Eles contribuem para a otimização dos processos nos quais são empregados, garantindo exatidão e confiabilidade aos resultados obtidos. A presente monografia trata dos estudos e da instalação de um sistema de aquisição de dados (HBM-Spider8) para a prensa triaxial de solos do Laboratório de Geotecnia da Escola de Minas, UFOP. Trata-se de um sistema baseado em computador, de forma a substituir o antigo sistema existente naquele laboratório, visando otimizar os ensaios ali realizados. Na monografia são expostos estudos sobre os sistemas de aquisição em geral, sobre os dispositivos a serem neles conectados, sobre o HBM-Spider8 especificamente. São também expostos os procedimentos passo-a-passo para a correta conexão e configuração do software de aquisição (Catman). A instalação do referido sistema foi um sucesso e atualmente o mesmo encontra-se em pleno funcionamento naquele laboratório, o que muito auxilia na realização dos ensaios. Palavras-chave: HBM-Spider8, data loggers, Catman.

10 ix ABSTRACT The systems of acquisition data, as known data loggers, have been used in the most variable sectors of the society and with differents purposes. They contribute for the otimization of the processes in which are applied, guaranteeing exactness and safety to the gotten results. The present work deals with the studies and the installation of a system of acquisition data (HBM-Spider8) for the triaxial ground press of the Laboratory of Geotecnia of Escola de Minas, UFOP. One is a system based on computer, to substitute the old existing system in the laboratory, to optimize the essays carried through there. In this work are exposed studies on acquisition systems in general, on the devices to be hardwired in and about the HBM-Spider8 specifically. Also the procedures are displayed step by step to the correct connection and configuration of the acquisition software (Catman). The installation of the related system was a success and currently it is fully functional in that laboratory, which assists in the accomplishment of the essays. Key words: HBM-Spider8, data loggers, Catman.

11 1 1. INTRODUÇÃO Os sistemas de aquisição de dados (do inglês: data loggers) são registradores eletro-eletrônicos para monitoramento e registro de diferentes tipos de variáveis. Os dados coletados são registrados em bancos de dados e podem ser exibidos na tela de um computador ou ainda impressos em gráficos e planilhas. Estes sistemas são utilizados em vários setores da sociedade. Na indústria eles são empregados para se adquirir dados de processos industriais diversos, formando um banco de dados confiável, que por sua vez pode ser utilizado para otimização. Nas universidades e institutos de pesquisa eles otimizam sobremaneira a operação, além de tornarem os ensaios mais precisos. O Spider8 da HBM, sistema de aquisição de dados utilizado nesta pesquisa, mostrou-se muito completo para a utilização nos ensaios da prensa triaxial do laboratório de Geotecnia da Escola de Minas, na qual amostras de solo são submetidas a vários testes. Os dados coletados destes testes, através de diferentes sensores, são adquiridos pelo Spider8 e analisados no Catman, software desenvolvido pela fabricante. A prensa triaxial do Laboratório de Geotecnia já fazia uso de um sistema de aquisição de dados, fornecido pelo próprio fabricante deste equipamento, mas que se encontrava muito defasado. Os dados coletados dos sensores da prensa eram enviados para o computador a uma velocidade muito aquém da desejada, além do fato de que o software que processava esses dados constantemente apresentava problemas. A utilização do Spider8 veio para solucionar todos estes percalços. A velocidade de aquisição dos dados deste sistema é bastante alta e os dados passariam a ser tratados por um software amigável com o usuário e capaz de mostrar os dados em tempo real, por meio de diagramas e tabelas Objetivo Este trabalho teve como objetivo a substituição do sistema de aquisição de dados da prensa triaxial atualmente em uso no Laboratório de Geotecnia da Escola de Minas pelo sistema HBM-Spider8 e seu software Catman. Com esta substituição, diversos aspectos de funcionamento da referida prensa puderam ser melhorados.

12 Organização da Monografia No segundo capítulo são introduzidos conceitos e informações que auxiliaram no desenvolvimento do trabalho. São descritos conceitos gerais sobre os sistemas de aquisição de dados, sensores de deslocamento (LVDT, do inglês: Linear Variable Differential Transformers), células de carga, medidores eletrônicos de volume e transdutores de pressão. No terceiro e quarto capítulos são apresentadas breves informações a respeito do hardware e do software do sistema de aquisição de dados utilizado neste trabalho, o HBM-Spider8 e o Catman. No quinto capítulo são fornecidas informações a respeito do processo no qual o sistema de aquisição de dados foi empregado. O sexto capítulo oferece informações a respeito da instalação do sistema de aquisição de dados. No sétimo capítulo são apresentados os resultados obtidos e, por fim as conclusões gerais do trabalho.

13 3 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste capítulo far-se-á uma revisão de conceitos com o objetivo de prover embasamento teórico que permitiram o desenvolvimento e implementação do trabalho Sistemas de Aquisição de Dados: Conceitos Gerais Estes sistemas (do inglês: data logger) são medidores essencialmente digitais que dependem de um condicionador de sinais para a adequação dos sinais analógicos e de um conversor analógico/digital (A/D). Posteriormente estes sinais, agora digitais, são processados por um microprocessador, de forma a serem armazenados em algum tipo de memória de armazenagem, como unidades de discos rígidos e disquetes, ou ainda, serem enviados para algum periférico, como impressoras e monitores. No passado, quando a tarefa principal era o monitoramento de processos, técnicas de aquisição de dados também eram utilizadas, mas quando o monitoramento não era a única tarefa, controladores programáveis eram empregados. Entretanto, com o crescente número de aplicações, controladores programáveis e microcontroladores poderiam não realizar todas as tarefas desejadas, devido em parte, às limitações de seu conjunto hardware/software. Sistemas modernos estão baseados em microcomputadores e oferecem uma grande gama de tarefas e maior capacidade de processamento de informações. Os computadores modernos oferecem maiores velocidades de processamento, flexibilidade, adaptabilidade, consistência, confiabilidade e memória. Estas características fornecem capacidade matemática avançada, análise, memória, apresentação (do inglês:display), geração de relatórios, capacidades de controle e comunicação. Entretanto, muitos sinais reais (temperatura, pressão, fluxo, velocidade, posição) não podem ser lidos diretamente pelos microcomputadores. E é aí que entram os sistemas de aquisição de dados. Eles são integrados com os computadores para se utilizar todas as capacidades oferecidas por ambos os equipamentos, conseguindo

14 4 assim se maximizar e otimizar diversos fatores como: velocidade, exatidão, confiabilidade, tratamento etc. Historicamente, tarefas de aquisição de dados e controle (científicas ou industriais) foram implementadas através de grandes computadores (do inglês: mainframes). Em geral, tratava-se de máquinas de 16 bits, que rodavam em modo de multitarefas. Trabalhos remotos ou pequenos eram relegados às técnicas manuais ou de datalogging, não se beneficiando da flexibilidade e potência de uma solução computadorizada. Com o advento do computador pessoal, tornou-se possível para qualquer usuário obter as vantagens de flexibilidade, potência e eficiência de aquisição de dados e controle computacionais. Estes sistemas oferecem baixo custo e alta performance através de técnicas simples de utilização. Graças a um significativo grau de padronização entre fabricantes de computadores pessoais e de sistemas de aquisição de dados e controle, uma grande família de ferramentas de hardware/software e pacotes de aplicação tem sido desenvolvidos. O resultado é que um especialista implementa um sistema de aquisição e controle usando uma fração do tempo e dinheiro anteriormente necessários. Além do mais, microcomputadores são um convite para inovações, como as que revolucionaram os processos em escritórios e agora vem revolucionando fábricas, linhas de produção e testes de laboratórios [HOBO, 2006]. As funções de aquisição de dados e de armazenamento, que antigamente eram realizadas por registradores de dados dedicados, podem agora ser implementadas através de sistemas baseados em computadores. Uma das razões que contribuíram para esta aplicação é a grande disponibilidade de softwares que facilmente transformam qualquer computador em uma poderosa unidade de aquisição de dados. Os sistemas de aquisição de dados baseados em computadores podem oferecer muitas vantagens em aplicações de monitoramento e controle devido aos recursos computacionais cada vez mais crescentes e complexos. Os usuários podem monitorar pontos críticos e graficamente mostrar na tela do computador a evolução das variáveis em tempo real, permitindo uma correção mais rápida quando necessário. No HBM-Spider8, assim como em qualquer sistema de aquisição de dados baseado em computador, a informações de um ou mais sensores é transmitida a uma placa de entrada analógica, onde é condicionada e convertida para um sinal elétrico, ou seja, o sinal vindo do sensor passa por um condicionador de sinais e um

15 5 conversor A/D. Este sinal, agora na forma digital, é então enviado ao computador para processamento. O processamento dependerá da aplicação específica e pode estar relacionado com um simples armazenamento, manipulação de dados ou a execução de um algoritmo de controle e decisão dos comandos a serem efetuados. Se o sistema de aquisição de dados é parte de um sistema de controle de processo ou de um sistema de automação, o computador irá determinar se algum problema foi detectado e, em caso afirmativo, comandará uma ação corretiva. Os sistemas de aquisição de dados baseados em computador são ferramentas poderosas na realização de ensaios de laboratório, pois permitem realizar leituras automaticamente. O computador armazenará os dados, comparando-os com outros dados obtidos em tempos anteriores. Isso proporciona maior confiabilidade na aquisição, uma vez que a leitura manual é mais propícia a erros. Permite também um acompanhamento do ensaio através de diagramas gerados à medida que as leituras são feitas, além de liberar o pessoal envolvido para a realização de outras atividades Estrutura de um Sistema de Aquisição de Dados Um sistema de aquisição de dados é composto basicamente por quatro partes básicas (FIGURA 2.1): sensores/transdutores; condicionador de sinais; conversor A/D e controles associados; programa computacional. FIGURA 2.1 Esquema de aquisição de dados

16 6 Os sensores e transdutores são os elementos que captam variações físicas e as converte em sinais e impulsos elétricos. Em um sistema de aquisição de dados a escolha dos sensores é um passo importante para a obtenção dos resultados com a precisão adequada. Existe uma grande variedade de sensores e transdutores disponíveis, sendo os mais conhecidos: Termopares; Sensores de pressão; Medidores de deformação (do inglês: Strain Gauges); Células de carga; Eletrodos; Sensores de deslocamento (LVDT) Os condicionadores de sinais são circuitos eletrônicos que objetivam adequar os sinais analógicos para a conversão digital. Os principais sub-componentes dos condicionadores de sinais são os amplificadores, filtros e isoladores. Através dos amplificadores, o sinal analógico é amplificado para ajustarse à faixa de entrada do conversor A/D; e quando necessário, o amplificador responsabiliza-se também pela alimentação dos sensores. Os filtros reduzem os ruídos do sinal analógico, ou seja, diminuem eventuais interferências que podem ser originadas por diversas fontes: radiofreqüência, rede elétrica, aterramento, etc. Os isoladores, quando presentes, têm a função de proteger os outros módulos contra eventuais sobrecargas de tensão e corrente, as quais podem causar danos irreversíveis aos circuitos eletrônicos digitais. O conversor A/D (analógico para digital) é o elemento responsável por traduzir uma grandeza elétrica numa representação numérica adequada ao tratamento digital do sinal adquirido. Para tanto é necessário que o sinal proveniente do condicionador respeite algumas condições: O sinal não deve ultrapassar a faixa de entrada do conversor A/D; A taxa de variação do sinal deve respeitar a taxa de amostragem da aquisição; O sinal deve ser adequado à faixa de entrada do A/D. Sinais muito pequenos não permitem uma boa resolução na conversão digital.

17 7 Após a conversão digital é necessário que esta informação chegue ao computador e existem inúmeras formas para isto, como: Comunicação serial RS (RS-232, RS-422, RS-485, etc.); Comunicação USB; Comunicação através de porta paralela; Conexão ao slot (barramento interno) do computador. Existem diversos padrões de barramento, sendo que na linha PC com arquitetura Intel os mais importantes são ISA e PCI. O slot ISA está caindo em desuso nas aplicações em escritórios, mas ainda é forte na área industrial; Comunicação em rede Ethernet. Esta é uma tecnologia consolidada que, acredita-se, ficará por muitos anos ainda no mercado. Ela apresenta inúmeras vantagens para a aquisição de dados, tais como a capacidade de conexão a longa distância, seja por fio ou rádio (wireless LAN), ou fibra óptica. O programa computacional de aquisição de dados é o responsável pelo controle do sistema, permitindo ao usuário parametrizar, comandar e monitorar o processo de aquisição. Os programas de aquisição de dados armazenam os sinais captados na forma de arquivos, que podem ser consultados posteriormente. Estes programas possibilitam a visualização e edição dos dados adquiridos, bem como a geração de relatórios e outras documentações impressas Dispositivos Será apresentada uma breve descrição dos dispositivos utilizados no desenvolvimento deste trabalho LVDT (do ingles: Linear Variable Differential Transformer) O LVDT (FIGURA 2.2) é um dispositivo eletromecânico que produz uma tensão de saída proporcional à posição de um núcleo móvel. Nos LVDT s três enrolamentos simetricamente espaçados e um núcleo magnético móvel formam o

18 8 sistema de acoplamento magnético. A mudança da posição do núcleo é detectada eletronicamente e processada adequadamente para geração de uma leitura precisa do deslocamento aplicado. O princípio de medição está relacionado com a variação da indutância mútua entre as bobinas, de acordo com a posição do núcleo móvel. FIGURA 2.2 LVDT Fonte: Gefran Características Principais: - Operação com baixa fricção; - Resolução analógica infinita; - Vida mecânica ilimitada; - Resistente a condições mecânicas de transporte; - Sensibilidade em apenas um eixo; - Núcleo separado das bobinas; - Isolação de entrada e saída; - Robustez com o meio de trabalho; - Repetibilidade de posição nula; - Resposta dinâmica rápida Medidor de Volume Trata-se de um aparelho (FIGURA 2.3) que mede a variação de volume de fluidos através de um embolo conectado a um LVDT. Através da área do embolo e da variação, em milímetros, aferida pelo LVDT, obtém-se a variação de volume.

19 9 FIGURA 2.3 Medidor de Volume Célula de Carga Célula de carga (FIGURA 2.4) é um elemento eletromecânico que mede a deformação de um corpo mecânico e a transforma em um sinal elétrico. O sinal de tensão, em micro volts, é alterado proporcionalmente à medida que se aplica uma carga na sua estrutura física. São utilizadas para mensuração de tração ou compressão, medindo esforços em prensas, cabos, máquinas de ensaio, dinamômetros e outros, sempre que a medição de força for necessária, quer ela seja peso ou não. O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da resistência ôhmica de um sensor denominado extensômetro ou strain gage, quando submetido a uma deformação. Utiliza-se comumente em células de carga quatro extensômetros ligados entre si, segundo a ponte de Wheatstone e o desbalanceamento da mesma, devido ao fato de que a deformação dos extensômetros é proporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamento que se obtém o valor da força aplicada. Os extensômetros são colados a uma peça metálica (alumínio, aço ou liga cobre-berílio), denominada corpo da célula de carga e inteiramente solidários à sua deformação. A força atua, portanto sobre o corpo da célula de carga e a sua deformação é transmitida aos extensômetros, que por sua vez medirão sua intensidade.

20 10 FIGURA 2.4 Célula de Carga Fonte: Uol Transdutor Um transdutor é todo dispositivo que transforma um tipo de energia em outro, utilizando para isso um elemento sensor que recebe os dados e os transforma. Por exemplo, o sensor pode traduzir informação não elétrica (velocidade, posição, temperatura, ph) em informação elétrica (corrente, tensão, resistência). Existem vários tipos transdutores, tais como: de força, de torque, de deslocamento, de pressão e de tensão. Transdutor de pressão: Nestes transdutores os elementos sensíveis são do tipo extensômetros de resistência elétrica (strain gage), que são medidores de deformação, uma vez que a sua resistência varia proporcionalmente à deformação. Estes extensômetros são serigrafados numa placa de cerâmica muito fina (diafragma), de forma circular, montada na parte interior de um suporte em forma de anel do mesmo material cerâmico. Sua geometria permite que as deformações do diafragma sejam sentidas em todos os sentidos. A parte superior do anel é fechada por uma outra placa, que serve também como suporte de amplificador eletrônico de sinal. O diafragma divide a câmara em duas partes. Na primeira cria-se vácuo absoluto, de tal modo que o funcionamento do sensor seja influenciado somente pela variação de pressão na segunda câmara. Como a alimentação é mantida constante, ao se variar o valor da pressão, varia-se linearmente o valor da tensão de saída.

21 11 3. HBM-SPIDER8 O HBM-Spider8 (FIGURA 3.1) é um sistema de aquisição de dados baseado em computador, capaz de monitorar e registrar informações com alta velocidade. Ele possui instalação, operação e configuração simples, ao contrário de outros sistemas que necessitam de conhecimentos na área de redes ou mesmo de programação para o seu correto funcionamento. Possui oito canais, possibilitando que até oito variáveis possam ser acompanhadas simultaneamente. Outro diferencial é a possibilidade de até oito equipamentos trabalharem simultaneamente, um sendo o mestre e os outros sete os escravos, multiplicando-se o número de variáveis a serem medidas (HBM, 2006). Com o Spider8 a informação é recolhida de forma muito mais fácil e muito mais eficiente. Sem que seja necessário o uso de jumpers, potenciômetros ou switches. O Spider8 possui conversor A/D e condicionador de sinal integrados, o que garante a exatidão do sistema, permitindo que os sensores trabalhem corretamente. Dessa forma, o Spider8 é um dispositivo que garante confiabilidade e exatidão às medidas aferidas. FIGURA 3.1 HBM-Spider8 Fonte: Consymea 3.1. Características Técnicas O dispositivo básico contem quatro amplificadores digitais que utilizam a tecnologia carrier-frequency, 4.8 khz para S/G (strain gage) ou transdutores indutivos

22 12 para os canais de 0 a 3. Já os canais de 4 a 7 são para módulo DC ou carrier-frequency, opcionalmente (SPIDER8, 2003). Cada canal trabalha com um conversor A/D separado. Os conversores A/D são sincronizados para assegurar medidas simultâneas em todos os canais. Os transdutores passivos são conectados utilizando-se conexões de seis ou cinco fios. Isto estabiliza as perdas de sensibilidade onde há um fio longo entre o transdutor e o Spider8. Os dois primeiros canais podem ser usados como contadores de freqüência ou de pulso. Todas as entradas podem ser usadas também para se processar sinais 10V diretamente, ao invés dos transdutores. A porta DIGITAL I/O oferece oito entradas digitais e oito I/O, que podem ser usadas como entradas digitais ou saídas. Se nenhuma porta de impressora estiver disponível no computador, o Spider8 pode também ser conectado ao mesmo através da interface RS232.

23 13 4. CATMAN Depois que os dados são adquiridos pelo Spider8, eles são tratados pelo Catman, software de aquisição de dados instalado neste equipamento. No Catman as informações são visualizadas em tempo real, tanto os valores dos transdutores, quanto os gráficos (SPIDER8, 2003). Desse modo, modificações podem ser feitas no momento em que se percebe alguma anormalidade no processo. Essa rapidez de resposta garante ensaios mais precisos. Uma das interfaces de tela do Catman é apresentada na FIGURA 4.1. FIGURA 4.1 Interface do Catman.

24 14 5. PRENSA TRIAXIAL A prensa triaxial do Laboratório de Geotecnia da Escola de Minas (FIGURA 5.1), é basicamente constituída por uma câmara cilíndrica de parede transparente, denominada de célula triaxial (FIGURA 5.2), pela prensa propriamente dita, pelas câmaras de pressão e pelo painel de controle. Célula Triaxial Painel de Controle Pistão Câmaras de Pressão FIGURA Prensa triaxial do Laboratório de Geotecnia-UFOP FIGURA 5.2 Célula Triaxial

25 Funcionamento Geral Em resumo, o funcionamento da célula triaxial ocorre da seguinte maneira: a amostra de solo a ser ensaiada é envolvida por uma membrana de borracha e colocada no interior da célula. Esta célula é então preenchida com água, que por sua vez recebe pressão, chamada de pressão confinante ou triaxial. A amostra é então submetida à cargas axiais, adicionais em sua base por meio de um pistão (PINTO, 2002). Os sistemas de aplicação de pressão funcionam como se segue. O ar chega do compressor até uma válvula, na qual se regula a pressão de ar que alimentará o sistema. O ar pressurizado é então distribuído para mais quatro válvulas, denominadas de: poro-pressão, pressão confinante, contra pressão e pressão geral. A válvula de poro-pressão controla a pressão de água existente dentro dos poros da amostra de solo. A válvula de contra-pressão, por sua vez, controla a pressão aplicada à amostra e é utilizada para saturá-la de água. A pressão geral é utilizada mais como um auxiliar, no caso de se necessitar de outra pressão (PEREIRA, 2001). O sistema funciona da seguinte maneira. Libera-se certa quantidade de ar pressurizado para as interfaces ar/água, localizadas dentro das câmaras de pressão. Esta interface é feita com o uso de um balão de borracha. O balão se expande, transferindo a pressão para a água, que vai até o respectivo transdutor de pressão localizados no painel de controle, podendo agora ser aferida pelo Spider8. A prensa triaxial funciona elevando seu pistão para cima pressionado a amostra de solo contra uma célula de carga. Os dados coletados da célula de carga, posteriormente, são tratados, gerando valores de tensão, que é a divisão da carga axial pela área da seção circular da amostra. Os dados obtidos são colocados em diagramas tensão/deformação da amostra de solo. Outra parte dos dados é obtida do LVDT, que mede a deformação que a amostra de solo sofre ao ser carregada. À medida que a prensa sobe, esta atinge a haste do LVDT que detecta a variação de deslocamento desta haste e gera como saída a deformação da amostra de solo. De forma geral, nos ensaios com a prensa são utilizados os seguintes dispositivos: quatro transdutores de pressão, um LVDT, uma célula de carga, um medidor de volume e quatro interfaces.

26 16 Tanto a célula de carga quanto o LVDT são conectados diretamente no Spider8, que realiza a aferição dos dados coletados e os disponibiliza para serem visualizadas no Catman, instalado em um microcomputador. Com as informações destes dois dispositivos consegue-se plotar a curva de tensão/deformação, necessária para se obter certos parâmetros do solo analisado.

27 17 6. INSTALAÇÃO DO HBM-SPIDER8 O Spider8 tem instalação simples, bastando ligá-lo à fonte de alimentação e à porta da impressora para a comunicação PC-Spider8, seguindo a orientação do manual (SPIDER8, 2003). Já a instalação dos transdutores, bem como suas configurações é um pouco mais complicado. Primeiramente, deve-se conhecer o princípio de funcionamento dos transdutores, de que tipo eles são e seus esquemas eletrônicos. Depois, efetua-se a troca dos conectores dos transdutores para que estes possam se ligar ao Spider8. Por último, é necessário se efetuar o teste e a configuração de cada transdutor no software de aquisição, o Catman Instalação dos Dispositivos Com o objetivo de instalar o HBM-Spider8 e adquirir os dados dos dispositivos de medição existentes na prensa triaxial, quatro transdutores pressão, um LVDT, uma célula de carga e um medidor de volume foram conectados no mesmo. Os transdutores foram instalados na parte traseira do Spider8 (FIGURA 6.1), sendo os quatro transdutores de pressão instalados nos canais do modulo DC, canais de 4 a 7, e os outros dispositivos conectados nos canais de 0 a 3, conforme informações do manual do Spider8. Para a conexão dos dispositivos, o Spider8 possui dois tipos de sockets, de 15 pinos (FIGURA 6.2) e de 5 pinos (FIGURA 6.3). Os conectores de 5 pinos foram utilizados para os quatro transdutores de pressão e os de 15 pinos para o LVDT, célula de carga e medidor de volume. Todos estes dispositivos tiveram seus conectores trocados por um dos dois tipos de conectores que o Spider8 aceita. Adaptadores poderiam ter sido usados, ao invés da troca dos conectores, mas talvez exigisse mais tempo e possivelmente maior custo.

28 18 FIGURA 6.1 Visão traseira do Spider8 Fonte: Manual do Spider8 FIGURA 6.2 Conector 15 pinos Fonte: Manual do Spider8 FIGURA 6.3 Conector 5 pinos Fonte: Manual do Spider8 Para os 4 transdutores de pressão foi utilizada uma ligação do tipo DC voltage sources (FIGURA 6.4), com o terminal montado (socket de 5 pinos), já que o sinal coletado dos transdutores de pressão é a voltagem. Somente 2 pinos foram usados, sendo que o pino3 é para a tensão positiva, o pino2 é para a tensão negativa e o pino1 é para o aterramento. Desse modo, testando-se qual fio gerava tensão positiva e qual fio gerava tensão negativa com a ajuda de um multímetro, os dois fios vindos do transdutor de pressão foram ligados nos pinos 2 e 3 do socket de 5 pinos. FIGURA 6.4 Esquema de ligação DC voltage source para transdutor de pressão Fonte: Manual do Spider8

29 19 Para o LVDT e o medidor de volume foi utilizada uma ligação do tipo Potenciômetro (FIGURA 6.5). Para a conexão do LVDT no Spider8 o cabo teve que ser cortado para a substituição do conector de 8 pontos dispostos radialmente por um de 15 pinos. O referido cabo possui 4 fios, 1vermelho, 1 preto, 1 verde, 1amarelo. O fio amarelo conectado no pino5 do conector de 8 pontos não foi usado, o fio verde conectado no pino4 do conector de 8 pontos chega até o plugue1 do LVDT, o fio preto conectado no pino3 do conector de 8 pontos chega até o plugue2 do LVDT e o fio vermelho conectado no pino2 do conector de 8 pontos chega até o plugue3 do LVDT. Acompanhando-se o esquema de funcionamento do LVDT, observa-se que o plugue2 (fio preto) é responsável pela medição do sinal, o plugue3 (fio vermelho) é responsável pela excitação e o plugue1 (fio verde) é responsável pelo circuito do sensor. Estudando-se o esquema de ligação para o socket de 15 pinos, constatou-se que o pino8 é para a medição do sinal, o pino5 e o pino6 para excitação e o pino12 e o pino13 para circuito do sensor (fio verde do LVDT). Desse modo, soldou-se o fio preto do LVDT no pino8 do socket de 15 pinos, o fio vermelho do LVDT no pino5 fazendose uma ponte com pino12, o fio verde no pino13 fazendo-se uma ponte com pino6. FIGURA 6.5 Esquema de ligação Potenciômetro para o LVDT Fonte: Manual do Spider8

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