Do motor a vapor até aos mais eficientes acionamentos mecatrónicos
robótica
Eng.o Luís Reis Neves (Diretor-Técnico) SEW-EURODRIVE PORTUGAL Tel.: +351 231 209 670 · Fax: +351 231 203 685 infosew@sew-eurodrive.pt · www.sew-eurodrive.pt
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Os conceitos de movimento e de acionamento confundem-se, tal é a sua sobreposição. Os acionamentos respondem às necessidades de movimento, não só em termos de geração e cumprindo as obrigações legais, mas também em termos de eficiência e de segurança. Ao longo deste artigo, vamos ver a evolução desde o motor a vapor até aos mais modernos acionamentos mecatrónicos.
Figura 1. Transportador movido por acionamento mecatrónico.
INTRODUÇÃO As histórias do movimento e dos acionamentos cruzam-se muitas vezes ao longo do tempo e, por vezes, são mesmo coincidentes. Vejamos algumas das datas mais marcantes até ao início da era industrial: – – – – – – – –
1764: James Watt inventa o motor a vapor; 1850: Pittler constrói o primeiro torno-revólver; 1867: Wernher von Siemens constrói o primeiro dínamo; 1872: F. v. Hefner-Alteneck constrói o primeiro motor CC; 1880: Wernher von Siemens constrói o primeiro elevador elétrico; 1887: N. Tesla inventa o motor CA; 1889: J. H. Northop inventa o tear automático; … a Era industrial teve início.
rio eram adaptados para cada aplicação particular recorrendo a redutores tendo por base a transmissão por correias/polias ou engrenagens. Mesmo quando só era necessário ter uma máquina a funcionar, o motor principal tinha que trabalhar, tornando o sistema bastante ineficiente do ponto de vista energético. Adicionalmente, os eixos rotativos e correias não tinham qualquer blindagem ou proteção, pelo que eram perigosos e extremamente ruidosos. Na Figura 2, apresenta-se essa configuração de transmissão de energia. Após a invenção do motor elétrico as desvantagens acima mencionadas fizeram com que se tornasse imperativo que estes tivessem uma utilização universal. A velocidade e o binário ainda tinham que ser adaptados para a aplicação. Para o fazer eram instalados redutores a jusan-
Com esta nova era assiste-se a um nível inimaginável de mecanização e automatização de processos repetitivos (produção em série). Processos que eram até então desempenhados por pessoas – muitas vezes envolvendo grandes esforços físicos – passam a ser feitos por máquinas. Tratou-se de uma autêntica revolução. Durante os primeiros anos essa mecanização foi obtida sobretudo através de correias de transmissão: a energia era transferida por correias de couro a partir de um motor principal, usando polias reversivas e eixos intermédios. Desta forma disponibilizava-se a energia onde ela era efetivamente necessária: na máquina ferramenta correspondente. O motor central era um motor a gás ou uma roda movida a água. Mais tarde, o motor central passou a ser elétrico. A rotação e o biná-
Figura 2. Máquinas instaladas em nave fabril acionadas através de correias.
O ACIONAMENTO MECATRÓNICO Cada vez mais, a integração e descentralização se apresentam como a chave para o sucesso futuro dos acionamentos. As constantes (e justificadas!) preocupações ambientais ditam novas regras no que respeita a classes de eficiência. Há muito que gerar movimento deixou de ser condição suficiente para definir um acionamento. Obviamente que continua a ser necessário gerar o movimento, mas tem de ser de forma eficiente e com uma maximização da relação performance/custo. É precisamente aqui que entram os acionamentos mecatrónicos: acionamentos tecnicamente evoluídos, munidos “de inteligência própria” e capacidade de adaptação às inconstantes e reais necessidades de aplicação, designadamente em termos de binário. No arranque, o binário solicitado pelas aplicações é elevado e de curta duração. Uma vez vencida esta fase, as exigências são consideravelmente inferiores. É neste regime, designado por contínuo, que o acionamento vai operar a maior parte do tempo. Para cumprir estas imposições, os acionamentos convencionais têm que ser sobredimensionados. O ideal era que as curvas do perfil de carga e do acionamento fossem coincidentes. Ora isto implica uma elevada capacidade de sobrecarga e constante adaptação, ou seja, acionamentos mecatrónicos. Em termos práticos, significa que a potência
instalada pode ser consideravelmente reduzida. Na figura 6 apresentam-se o perfil de carga típico de um transportador e as curvas de binário de um moto-redutor com conversor de frequência e de um acionamento mecatrónico, ilustrando o que anteriormente foi mencionado. Os acionamentos mecatrónicos surgem assim como a evolução natural dos acionamentos descentralizados. São compostos por um motor, redutor e eletrónica de potência, numa unidade extremamente compacta e com elevado rendimento. Figura 7. Acionamento mecatrónico MOVIGEAR® da
De seguida, apresentam-se as principais vantagens deste tipo de acionamentos: –
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Estrutura compacta: motor, redutor e eletrónica estão agrupados num sistema de acionamento mecatrónico; Planeamento e construção mais fáceis; Reduzido número de versões, possibilitando a construção de transportadores padrão com módulos prefabricados e testados; Adaptação otimizada do projeto da engenharia dos acionamentos à aplicação; Redução dos custos de armazenamento através do número reduzido de modelos; Elevado grau de proteção; Isento de circulação de ar; Facilidade de limpeza; Extremamente silenciosos, uma vez que não possuem ventiladores (ade-
Perfil de carga do transportador Curva de binário de moto-redutor com conversor de frequência Curva de binário de acionamento mecatrónico
Binário
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missionamento, operação e manutenção. Tudo isto com vantagens no que respeita aos custos.
Segundos
Alguns minutos
Figura 6. Perfil de carga de um transportador e curvas de binário de acionamentos.
Horas (regime contínuo)
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quado para instalação em locais com presença de pessoas); Redução dos custos de energia devido ao elevado rendimento de todos os componentes (redutor, motor, eletrónica); Redução dos custos totais e operacionais.
CONCLUSÃO Onde existe movimento, existem acionamentos. A geração de movimento através de rodas movidas a água ou a vapor faz parte do nosso álbum de recordações (porque alguém nos disse ou porque vimos em fotos ou filmes!). Os acionamentos eletromecânicos e, recentemente, mecatrónicos apresentamse como a melhor solução para a maior parte das situações. Estes podem ser definidos como sistemas indivisos constituídos por motor, redutor, conversor de frequência e eletrónica de controlo. De facto, o acionamento há muito que deixou de ser apenas músculo. Depois dos circuitos integrados se juntarem às engrenagens, foi a vez dos bits e dos bytes também o fazerem e de coabitarem harmoniosamente no mesmo habitat. Controla-se o movimento que se gera, de forma eficaz e integrando funções e segurança. Não basta mover! É preciso fazê-lo bem, onde for estritamente necessário e, apenas, quando tal se justificar.