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Gilberto Wildson Ribeiro
OTIMIZAÇÃO DA VELOCIDADE DE ACIONAMENTO DE
UMA MÁQUINA DE FABRICAÇÃO DE PAPEL
Dissertação apresentada para obtenção do Título de
Mestre pelo Curso de Pós-Graduação Stricto-Sensu
em Engenharia Mecânica do Departamento de
Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté,
Área de Concentração: Automação e Controle Industrial
Orientador: Prof. Dr. Márcio Abud Marcelino
Taubaté - SP
2004
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Ribeiro, Gilberto Wildson
Otimização da velocidade de acionamento de uma máquina
de fabricação de papel / Gilberto Wildson Ribeiro. - - Taubaté :
UNITAU, 2004.
108f. : il.
Orientador: Márcio Abud Marcelino
Dissertação (Mestrado) – Universidade de Taubaté,
Departamento de Engenharia Mecânica, 2004.
1. Otimização da velocidade. 2. Acionamento de uma
Máquina de fabricação de Papel. 3. Automação e Controle
Industrial – Dissertação. I. Universidade de Taubaté.
Departamento de Engenharia Mecânica. II. Título.
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GILBERTO WILDSON RIBEIRO
OTIMIZAÇÃO DA VELOCIDADE DE ACIONAMENTO DE UMA
MÁQUINA DE FABRICAÇÃO DE PAPEL
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ, TAUBATÉ, SP
Data:_______________________________________
Resultado:___________________________________
COMISSÃO JULGADORA
Prof. Dr.Márcio Abud Marcelino (UNITAU/Taubaté)
Assinatura :__________________________________
Prof. Dr.Francisco José Grandinetti (UNITAU/Taubaté)
Assinatura :__________________________________
Prof. Dr.Samuel E. de Lucena (UNESP/Guaratinguetá)
Assinatura :__________________________________
Dedico este trabalho aos Meus Queridos Pais, Gilberto e Helena,
que tanto incentivaram a sua execução.
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Márcio Abud Marcelino, por orientar o estudo deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Giorgio Eugenio Oscare Giacaglia, Coordenador Geral do Curso de
Mestrado em Engenharia Mecânica, pela oportunidade de estar participando deste
programa de Pós-Graduação.
Ao corpo docente da Universidade de Taubaté, na presença de Prof. Dr. Álvaro
Manuel de Souza Soares, Prof. Dr. Giorgio Eugenio Oscare Giacaglia, Prof. Dr.
Francisco José Grandinetti, Prof. Dr. Wilton Ney do Amaral Pereira,
Prof. Dr. Edilson Hiroshi Tamai e Prof. Dr. Francisco Carlos Parquet Bizarria, por
compartilharem seus conhecimentos e suas experiências pessoais.
À secretaria da Unitau, por seus esforços em nos auxiliar na administração de nossa
vida acadêmica.
À Universidade de Taubaté, que cedeu os laboratórios e acesso à informação.
À Schweitzer-Mauduit do Brasil, na presença do Eng.º Edson Flávio Lima Ferreira,
Gerente do Departamento de Manutenção Industrial, que viabilizou este estudo
através do incentivo à execução e pleno acesso à informação.
RESUMO
RIBEIRO, G. W. Otimização da Velocidade de Acionamento de uma Máquina de
Fabricação de Papel. 2004. 108p. Dissertação (Mestrado, Engenharia Mecânica, área
de Concentração: Automação e Controle Industrial) – Departamento de Engenharia
Mecânica, Universidade de Taubaté, Taubaté.
Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de cálculos para a concepção do
incremento de velocidade e a elaboração do projeto de uma central de comando
totalmente automatizada para os motores do acionamento de uma máquina de
fabricação de papéis. Tem por base o acionamento eletromecânico utilizado na fábrica
de papéis Schweitzer-Mauduit localizada na Cidade de Piraí – Rio de Janeiro.
Aplicaram-se os conceitos de cinemática, automação industrial e básico de
modelagem de sistemas eletromecânicos e controle de processos. O acionamento é
composto por um sistema de formação tipo mesa plana, setor de prensagem com três
prensas, setor de secagem, sendo este dividido em dois grupos, onde o primeiro
possui quatorze cilindros secadores e o segundo possui sete cilindros secadores, uma
calandra e uma bobinadeira, além dos cilindros guia para direcionamento do papel
durante o processo produtivo. O sistema de transmissão mecânica era acionado por
um motor C.C., que mantinha o sincronismo apropriado ao processo entre os vários
setores existentes na máquina. O escopo do estudo foi definido a partir de um
exemplo prático, tendo estabelecido as características técnicas dos componentes do
sistema, associando-o a outras metodologias de concepção disponíveis no mercado,
que pudessem viabilizar o desenvolvimento do projeto. A proposta ainda inclui a
modelagem parcial do sistema em questão. Para obter os resultados teóricos, foram
utilizados conceitos de cinemática e controle de processos, utilizando-se na base de
cálculos as condições de carga mais críticas identificadas no processo produtivo. O
resultado da concepção foi obtido a partir de dados reais da central de comando
atualmente instalada, que serviram de base para atestar a eficácia do projeto.
Palavras-Chave: Desenvolvimento, projeto, central de comando, sistema,
acionamento, velocidade, controle, digital, motor, C.C..
ABSTRACT
RIBEIRO, G. W. Optimization of the Speed of the Activation of a Machine of
Papermaking. 2004. 108p. Dissertation (Master's degree in Mechanical Engineering,
area of Concentration: Automation and Industrial Control) - Department of Mechanical
Engineering, University of Taubaté, Taubaté.
This work has for objective the development of the calculations for the conception of
the increment of speed and the elaboration of the project of a command command
central totally automated for the motors of the main activation of a machine of papers.
Has for base the electromechanical activation
used in the factory of papers located
Schweitzer-Mauduit in the City of Piraí - Rio de Janeiro. The kinematics concepts,
automation industrial and basic of modeling of systems electromechanical and control
of processes were applied. The activation is composed by a system of formation type
table glides, press section with three presses, drying section, being this divided in two
groups, where the first possesses fourteen drying cylinders and the second possesses
seven drying cylinders, a skylark and a bobinadeira, besides the cylinders guide for to
drive of the paper during the productive process. The system of mechanical
transmission was worked by a motor CC, that blanket the appropriate synchronize to
the process among the several existent sections in the machine. The mark of the study
was defined starting from a practical example, having established the technical
characteristics of the components of the system, associating it with other available
conception methodologies in the market, that could make possible the development of
the project.
The proposal still included the partial modeling of the system in subject. To
obtain the theoretical results, kinematics concepts and control of processes was used,
being used in the base of calculations the identified more critical load conditions in the
productive process. The result of the conception was obtained starting from real data of
the last command central installed, that served as base to attest the effectiveness of
the project.
Word-key: Development, project, central of command, system, main activation, speed,
control, digital, motor, DC.
SUMÁRIO
Página
Resumo......................................................................................................................
.
5
Abstract.....................................................................................................................
..
6
Lista de
Figuras..........................................................................................................
12
Lista de
Tabelas...................................................................................................
......
14
Simbologia, Acrônimos e
Abreviaturas.......................................................................
15
1.
Introdução..............................................................................................
.................
18
2. Revisão da
Literatura..............................................................................................
19
2.1 Método
Voith.......................................................................................................
19
2.2 Configuração original da máquina de fabricação de
papel.................................
22
2.2.1 Configuração construtiva da máquina de fabricação de
papel......................
22
2.2.2 Descrição técnica do acionamento elétrico
original.......................................
24
3. Material e
Métodos.................................................................................................
27
3.1
Proposição..........................................................................................................
27
3.2 Determinação do máximo incremento de velocidade do conjunto
original.........
27
3.2.1 Dados coletados do retificador trifásico, nas condições mais
críticas, durante o processo
produtivo......................................................................
27
3.2.2 Estimativa de perdas elétricas no motor C.C. da transmissão
principal........
27
3.3 Determinação da potência dos motores para os acionamentos
eletromecânicos............................................................................................
..
31
3.3.1 Determinação da potência do sistema eletromecânico do setor de
sucção (rolo de
sucção)............................................................................................
31
3.3.1.1
A velocidade da carga com a redução original para uma
velocidade máxima de trabalho de
300m/min.............................................................
32
3.3.1.2 A velocidade da carga e determinação da redução para uma
velocidade de trabalho de
600m/min......................................................
32
3.3.2 Determinação da potência do sistema eletromecânico do setor de
colagem (prensa de
cola)..............................................................................
34
3.3.2.1 Acionamento eletromecânico do rolo fixo da prensa de
colagem............
34
3.3.2.1.1 Cálculo da inércia total do rolo fixo
(wk
2
).............................................
35
3.3.2.1.2 Cálculo da velocidade (
∆
∆∆
∆
n) em RPM para 600m/min na
35
carga...........
3.3.2.1.3 Cálculo do torque na carga
(T)............................................................
36
3.3.2.1.4 Cálculo da potência do motor
(P(HP)).................................................
36
3.3.2.1.5 Cálculo do torque refletido no
motor....................................................
37
Página
3.3.2.2 Acionamento eletromecânico do rolo móvel da prensa de
colagem........
38
3.3.2.2.1 Cálculo da inércia total do rolo móvel
(wk
2
).........................................
38
3.3.2.2.2 Cálculo da velocidade (
∆
∆∆
∆
n) em RPM para 600m/min na
carga...........
39
3.3.2.2.3 Cálculo do torque na carga
(T)............................................................
39
3.3.2.2.4 Cálculo da potência do motor
(P(HP)).................................................
40
3.3.2.2.5 Cálculo do torque refletido no
motor....................................................
40
3.3.3 Determinação da potência do sistema eletromecânico do setor da
calandra
(acetinadeira)................................................................................
42
3.3.3.1 Acionamento eletromecânico do rolo superior
calandra...........................
42
3.3.3.1.1 Cálculo da inércia total do rolo superior
(wk
2
).....................................
42
3.3.3.1.2 Cálculo da velocidade (
∆
∆∆
∆
n) em RPM para 600m/min na
carga...........
43
3.3.3.1.3 Cálculo do torque na carga
(T)............................................................
43
3.3.3.1.4 Cálculo da potência do motor
(P(HP)).................................................
44
3.3.3.1.5 Cálculo do torque refletido no
motor....................................................
44
3.3.3.2 Acionamento eletromecânico do rolo inferior da
calandra........................
45
3.3.3.2.1 Cálculo da inércia total do rolo inferior
(wk
2
).......................................
46
3.3.3.2.2 Cálculo da velocidade (
∆
∆∆
∆
n) em RPM para 600m/min na
carga...........
46
3.3.3.2.3 Cálculo do torque na carga
(T)............................................................
47
3.3.3.2.4 Cálculo da potência do motor
(P(HP)).................................................
47
3.3.3.2.5 Cálculo do torque refletido no
motor....................................................
48
3.4 Descrição técnica do acionamento elétrico otimizado para o incremento
de velocidade de 300m/min para
600m/min...........................................................
49
3.5 Estrutura da rede de comunicação e controle de sincronismo do
acionamento da máquina de fabricação de
papel....................................................................
51
3.6 Modelagem do sistema em
estudo.....................................................................
52
3.6.1 Características de desempenho do motor C.C. controlado por
armadura....
53
3.6.2 Características de desempenho do
tacogerador...........................................
55
3.6.3 Características de desempenho do retificador
trifásico.................................
56
3.6.3.1 Controlador de velocidade PI
microprocessado.......................................
57
3.6.3.1.1 Controlador
PI......................................................................................
57
3.6.3.2 Circuito de
disparo....................................................................................
58
3.6.3.2.1 Circuito do gerador de ângulo de controle
α
αα
α
.......................................
59
3.6.3.2.2 Funcionamento do circuito de sincronização do gerador de
rampa ...
60
Página
3.6.3.3 Circuito de
potência..................................................................................
61
3.6.3.3.1 Características de desempenho do circuito de potência do
retificador
trifásico..............................................................................
62
3.6.4 Características de desempenho do redutor de
engrenagens.......................
64
3.6.5 Análise do Controlador de velocidade de cada um dos retificadores
trifásicos.....................................................................................................
..
65
3.6.6 Diagrama de blocos do novo sistema de controle de velocidade para
600m/min.....................................................................................................
.
66
3.6.7 Simulação matemática a partir da obtenção do diagrama de blocos e
funções de transferência do novo sistema de controle de
velocidade...................................................................................................
.
68
3.6.7.1 Simulação matemática do acionamento do rolo de
sucção.....................
68
3.6.7.1.1 Função de transferência do acionamento do rolo de
sucção..............
69
3.6.7.1.2 Análise gráfica da função de transferência do acionamento do
rolo de
sucção............................................................................................
69
3.6.7.2 Simulação matemática do acionamento dos rolos fixo e móvel da
prensa de
colagem..................................................................................
70
3.6.7.2.1 Função de transferência do acionamento dos rolos fixo e móvel
da prensa de
colagem.............................................................................
72
3.6.7.2.2 Análise gráfica da função de transferência do acionamento dos
rolos fixo e móvel da prensa de
colagem............................................
72
3.6.7.3 Simulação matemática do acionamento dos rolos superior e
inferior da
calandra...................................................................................................
.
73
3.6.7.3.1 Função de transferência do acionamento do rolo superior da
calandra..............................................................................................
.
74
3.6.7.3.2 Análise gráfica da função de transferência do acionamento do
rolo superior da
calandra............................................................................
74
3.6.7.3.3 Simulação matemática do acionamento do rolo inferior da
calandra..
75
3.6.7.3.4 Função de transferência do acionamento do rolo inferior da
calandra..............................................................................................
77
3.6.7.3.5 Análise gráfica da função de transferência do acionamento do
rolo inferior da
calandra..............................................................................
77
3.6.7.4 Simulação matemática do acionamento do line
shaft..............................
78
Página
4. Resultados.............................................................................................................
80
4.1 Avaliação do ponto de vista
financeiro..............................................................
80
4.2 Avaliação do ponto de vista
técnico..................................................................
81
4.2.1 Análise gráfica dos novos acionamentos da máquina de fabricação
de
papéis..........................................................................................................
84
4.2.1.1 Gráfico de velocidade do novo acionamento do rolo de
sucção.............
84
4.2.1.2 Gráfico de velocidade do novo acionamento da prensa de
colagem rolo
fixo....................................................................................................
85
4.2.1.3 Gráfico de velocidade do novo acionamento da prensa de
colagem rolo
móvel................................................................................................
86
4.2.1.4 Gráfico de sincronismo de velocidade entre os acionamentos do
rolo fixo e móvel da prensa de
colagem.........................................................
86
4.2.1.5 Gráfico de velocidade do novo acionamento do rolo superior da
calandra.................................................................................................
.
87
4.2.1.6 Gráfico de velocidade do novo acionamento do rolo inferior da
calandra................................................................................................
.
88
4.2.1.7 Gráfico de sincronismo de velocidade entre os acionamentos do
rolo superior e inferior da
calandra...............................................................
89
5. Conclusão..............................................................................................................
90
6. Referências Bibliográficas.....................................................................................
92
7.
Apêndice................................................................................................................
94
7.1 Detalhamento técnico de uma máquina para fabricação de
papéis..................
94
7.1.1 Caixa de
entrada..........................................................................................
94
7.1.2 Mesa
plana...................................................................................................
95
7.1.3 Parte úmida
(prensagem).............................................................................
96
7.1.4 Seção de
secagem.......................................................................................
96
7.1.5 Prensa de
cola..............................................................................................
97
7.1.6
Calandra.......................................................................................................
97
7.1.7
Enroladeira...................................................................................................
97
7.1.8 Central de comando de
motores..................................................................
97
7.2 Perfil Técnico
Voith............................................................................................
98
7.3 Perfil Técnico
Beloit...........................................................................................
101
Página
7.4 Detalhamento técnico da rede de comunicação
Ethernet..................................
102
7.4.1 Funcionamento das redes
Ethernet...............................................................
102
7.5 Detalhamento técnico da rede de comunicação
Controlnet...............................
104
7.5.1 Principais
vantagens......................................................................................
104
8. Anexos....................................................................................................................
105
8.1 Anexo A – Estudo Voith (lista de potência requerida para
acionamentos).........
105
8.2 Anexo B – Estudo Voith (lista de potência requerida para
acionamentos).........
108
LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1
-
Máquina de fabricação de papel com mesa plana Tipo
Fourdrinier.....
22
Figura 2
-
Transmissão mecânica tipo Line
Shaft.................................................
23
Figura 3
-
Esquemático da disposição do acionamento antigo da
máquina de fabricação de
papel.........................................................................
24
Figura 4
-
Elementos da central de
comando.......................................................
26
Figura 5
-
Diagrama de blocos do retificador
trifásico...........................................
26
Figura 6
-
Rolo fixo da prensa de
colagem............................................................
34
Figura 7
-
Rolo móvel da prensa de
colagem........................................................
38
Figura 8
-
Rolo superior da
calandra.....................................................................
42
Figura 9
-
Rolo inferior da
calandra.......................................................................
45
Figura -
Esquemático da disposição do novo acionamento da
máquina de fabricação de
papel.........................................................................
50
Figura -
Plataforma da rede de
comunicação....................................................
52
Figura -
Diagrama esquemático do motor C.C. controlado por 53
armadura.........
Figura -
Diagrama de blocos do motor C.C. controlado por
armadura..............
54
Figura -
Tacogerador..........................................................................................
56
Figura -
Diagrama de blocos do retificador
trifásico...........................................
57
Figura -
Formas de onda do circuito de disparo e da ponte
tiristorizada...........
59
Figura -
Circuito de disparo da ponte de
tiristores.............................................
61
Figura -
Esquema da ponte tiristorizada do retificador trifásico C.A. /
C.C......
64
Figura -
Redutor de
engrenagens......................................................................
64
Figura -
Diagrama de blocos do sistema em malha fechada de controle
de velocidade de um motor
C.C................................................................
65
Figura -
Diagrama de blocos do sistema em malha fechada de controle
de velocidade de um retificador trifásico com as
funções de transferência de cada
bloco..................................................................
65
Figura -
Diagrama de blocos da central de comando de motores
otimizada para 600
m/min.....................................................................................
67
Figura -
Simulação do controle de velocidade do acionamento
individualizado do rolo de
sucção..................................................................................
70
Figura -
Simulação do controle de velocidade do acionamento
individualizado dos rolos da prensa de
colagem...........................................................
72
Figura -
Simulação do controle de velocidade do acionamento
individualizado do rolo superior da
calandra..................................................................
75
Página
Figura
-
Simulação do controle de velocidade do acionamento
individualizado do rolo inferior da
calandra....................................................................
77
Figura
-
Desempenho do sistema de acionamento original do Line
Shaft.........
78
Figura
-
Desempenho do novo sistema de acionamento do Line
Shaft.............
79
Figura
-
Controle de velocidade do acionamento do rolo de
sucção..................
84
Figura
-
Controle de velocidade do acionamento do rolo fixo da
prensa de
colagem............................................................................................
85
Figura
-
Controle de velocidade do acionamento do rolo móvel da prensa
de
colagem.................................................................................................
86
Figura
-
Sincronismo de velocidade entre os acionamentos dos rolos
móvel e fixo da prensa de
colagem....................................................................
87
Figura
-
Controle de velocidade do acionamento do rolo superior da
calandra.
88
Figura
-
Controle de velocidade do acionamento do rolo inferior da
calandra...
88
Figura
-
Sincronismo de velocidade entre os acionamentos dos rolos
superior e inferior da
calandra............................................................................
89
LISTA DE TABELAS
Página
Tabela 1 -
Dados técnicos dos redutores instalados na configuração
original.......
23
Tabela 2 -
Características do motor do acionamento principal (Line
Shaft)...........
25
Tabela 3 -
Características do retificador
trifásico....................................................
25
Tabela 4 -
Características do
tacogerador..............................................................
26
Tabela 5 -
Dados coletados do retificador
trifásico.................................................
27
Tabela 6 -
Setores com maior consumo de
potência..............................................
30
Tabela 7 -
Especificação técnica do motor do rolo de
sucção................................
34
Tabela 8 -
Especificação técnica do motor do rolo fixo da
colagem.......................
38
Tabela 9 -
Especificação técnica do motor do rolo móvel da
colagem...................
41
Tabela -
Especificação técnica do motor do rolo superior da
calandra................
45
Tabela -
Especificação técnica do motor do rolo inferior da
calandra..................
49
Tabela -
Itenização financeira do projeto com base no estudo
apresentado pelo
80
fabricante........................................................................................
Tabela -
Iten
ização financeira do projeto com base na metodologia
de cálculos apresentados neste
desenvolvimento......................................
81
Tabela -
Consumo de corrente pelo acionamento do Line Shaft
x tipo
de papéis produzidos em
2002...................................................................
82
Tabela -
Consumo de corrente pelo acionamento do Line Shaft
x tipo
de papéis produzidos em
2003...................................................................
83
SIMBOLOGIA, ACRÔNIMOS E ABREVIATURAS
I
DC
- Corrente em corrente contínua
I
AC
- Corrente em corrente alternada
R
a
- Resistência do enrolamento da armadura, ohms;
L
a
- Indutância do enrolamento da armadura, henrys;
i
a
- Corrente do enrolamento da armadura, ampères;
i
f
- Corrente de campo, ampères;
e
a
- Tensão aplicada na armadura, volts;
e
b
- Força contra-eletromotriz, volts;
Θ - Deslocamento angular do eixo do motor, radianos;
T - Torque fornecido pelo motor, N.m;
J - Momento de inércia equivalente do motor e da carga referida
ao eixo do motor, kgf.m;
f - Coeficiente de fricção-viscosa equivalente do motor e da
carga referida ao eixo do motor, kg-m/rad/s;
ψ
- Fluxo de entreferro
τ
- Tempo médio de disparo
V
vt
- Tensão nominal da rede de alimentação
V
c
- Tensão C.C. controlada
V
ut
- Tensão de alimentação da rede
Vac/3~ - Tensão alternada trifásica
α
- Ângulo de disparo
V
DC
- Tensão em corrente contínua
V
máx
- Tensão máxima
V
méd
- Tensão média na carga
V
a
- Tensão fase A
V
b
- Tensão fase B
V
c
- Tensão fase C
V
ab
- Diferença de potencial entre as fases A e B
K - Constante de torque do motor, kgf.m/amp;
K
b
- Constante de força contra-eletromotriz, volts-s/rad;
K
m
- Constante de ganho do motor
T
m
- Constante de tempo do motor
Pu - Por unidade
max - Valor máximo da grandeza
méd - Valor médio da grandeza
min - Valor mínimo da grandeza
pespec - Valor de potência em kW para cada 1 metro de largura de tela,
com 10 m/min de velocidade de papel
Potência NRL - (carga operacional normal), corresponde aos valores médios
que, conforme experiência, ocorrem no eixo de acionamento
(motor / redutor) do grupo com cuidadosa manutenção da
máquina, sob condições normais de funcionamento.
Potência RDC - (capacidade recomendada de acionamento), deve ser
fornecida em condições adversas de operação do motor ou
redutor.
P
aceleração
- Potência de aceleração
N.m - Newton.metro
RPM - Rotações por minuto
m/min - Metro por minuto
kgf.m - Kilograma força.metro
A - Ampére
kg - Kilograma
kW - Kilowatt
mm - Milímetro
in - Polegada
T - Torque
∆
n
- Velocidade em RPM
ω
- Velocidade em m/min
C.C. - Corrente Contínua
C.A. - Corrente Alternada
C.I. - Circuito Integrado
lb.ft - Libra pé
lb.ft
2
- Libra pé quadrado
wk
2
ou J - Momento de inércia
PWM - Pulse Width Modulation – Modulação por Largura de Pulso
Hz - Hertz
IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers
ω
ld
- Lead break frequency
Kp - Ganho proporcional
T
i
- Tempo integral
1.
Introdução
As máquinas para produção de papel estão se tornando cada vez mais eficientes,
seja no aspecto elétrico, mecânico, de automação ou energético. São construídas para
as mais altas possibilidades de produção e eficiência. Com o aumento da concorrência
os investimentos que visam o aumento de produtividade se tornaram extremamente
elevados, visando incremento de velocidade.
Estimulado por este cenário o presente trabalho trata de um conjunto de cálculos,
conceitos técnicos e dispositivos, que, numa máquina de fabricação de papéis
especiais, permitem aumentar a velocidade de trabalho, atualmente cerca de
300m/min, para 600m/min, além do desenvolvimento de uma central de comando para
os motores do acionamento totalmente automatizada, que proporciona maior
confiabilidade, através da redução das intervenções corretivas e preventivas.
O sistema de acionamento de uma máquina para produção de papéis constitui
um item de grande peso no custo operacional, pois, se este for concebido sem critério
adequado, poderá provocar efeitos indesejáveis, tais como consumo excessivo de
energia elétrica, variações de velocidade que acarretará na redução da qualidade do
papel produzido, ocasionando perda de matéria prima e retrabalhos.
No apêndice, são apresentados os detalhamentos técnicos dos setores que
compõem uma máquina para fabricação de papéis.
2. Revisão da Literatura
As técnicas que visam o desenvolvimento de projetos de acionamentos para
máquinas de fabricação de papel foram desenvolvidas a partir de experimentos
práticos.
Os métodos mais utilizados para realizar o dimensionamento da potência dos
motores para máquinas de fabricação de papel e especificação da relação de
transmissão dos redutores são os utilizados pela Voith e Beloit, cujos respectivos
perfis técnicos são detalhados no apêndice. Como os métodos são bem semelhantes,
será apresentado neste trabalho a metodologia Voith.
2.1 Método Voith
A metodologia de cálculo Voith foi concebida a partir da construção de um
protótipo de máquina de fabricação de papel com uma mesa plana de 1 metro de
largura, onde foi aplicada uma velocidade estável de 10m/min. Durante o
funcionamento desta máquina, foram medidas as potências dos motores em regime de
trabalho em vazio. A partir daí foram elaboradas tabelas de potência específica para
os vários setores que compõem uma máquina de fabricação de papel e uma fórmula
(equação 1) para cálculos de NRL, a partir da potência específica em kilowatts, da
largura da tela em metros e da velocidade de trabalho em m/min. É fornecido o valor
da potência NRL dos motores em kilowatts. Conforme a fórmula a seguir [15].
(10)
)
Trabalho
).(
Tela
(NS).(L
NRL
P
ω
=
(1)
onde
P
NRL
=
Potência operacional normal, kW;
NS =
Potência específica (pespec) a vazio, kW;
L
Tela
=
Largura da tela, m;
ω
Trabalho
=
Velocidade de trabalho, m/min.
Após o cálculo da potência NRL, é necessário efetuar o cálculo da potência de
aceleração do motor. Foi definido pela Voith que um motor levará 25 segundos para
atingir a velocidade de 100m/min. A equação 2 fornece a fórmula para obtenção da
potência de aceleração. Conforme a fórmula a seguir [15].
(5252)
Motor
nT.
Aceleração
P
∆
=
(2)
onde
P
Aceleração
=
Potência de aceleração, kW;
T =
Torque, lb.ft;
∆
n
Motor
=
Velocidade do motor, RPM.
Pode-se obter agora a potência necessária para os motores, denominada RDC,
que além de utilizar os valores do produto das equações 1 e 2, são incluídos nos
cálculos fatores de segurança. Utiliza-se a fórmula da equação 3 e algumas
considerações [15].
NRL
P
Aceleração
PP
+=
(3)
onde
P =
Potência necessária, kW;
P
Aceleração
=
Potência de aceleração, kW;
P
NRL
=
Potência operacional normal, kW.
Para obter-se a potência RDC dos motores, é necessário multiplicar o valor da
potência necessária para os motores, conforme a equação 3, por um fator de
segurança definido para cada um dos setores que compõem uma máquina de
fabricação de papel, que foi definido pelo fabricante, após longos anos de experiência
neste seguimento. Estes valores serão demonstrados em uma tabela e agregam um
valor de aproximadamente 40% do valor da potência calculada na equação 3.
Conforme a fórmula a seguir [15].
η=
P.
RDC
P
(4)
onde
P
RDC
=
Potência recomendada de acionamento, kW;
P =
Potência necessária, kW;
η
=
Fator de segurança, %.
Considerações:
a. Se P
RDC
≥∑
(P
Aceleração
+P
NRL
), então o motor calculado atende.
b. Se P
RDC
≤∑
(P
Aceleração
+P
NRL
), então o motor calculado não atende.
Portanto, o valor da potência RDC sempre deverá ser igual ou superior à
somatória da potência de aceleração e a potência NRL. Pois, o motor calculado
deverá suportar condições adversas de operação durante o processo produtivo. Tais
como, falhas de lubrificação, leves desalinhamentos e cilindros secadores alagados
com água [15].
Esta metodologia de cálculos é muito confiável. Porém, agrega um custo final
de projeto muito maior, devido à grande margem de segurança utilizada. A base de
cálculos utilizada neste trabalho visa garantir a mesma confiabilidade e estabilidade do
acionamento, levando-se em consideração os conhecimentos práticos adquiridos junto
aos produtos produzidos na máquina em questão, viabilizando assim a elaboração de
uma nova metodologia de cálculos para este tipo de equipamento.
Este trabalho não visa realizar projetos para concepção de máquinas de
fabricação de papel e, sim, fornecer subsídios para que o profissional envolvido possa
realizar otimizações em máquinas que tenham a mesma configuração física e que já
estejam em funcionamento em um determinado complexo fabril.
2.2 Configuração original da máquina de fabricação de papel
A máquina em questão foi projetada para atingir uma velocidade máxima de
trabalho de 250m/min. Porém, os altos fatores de segurança utilizados pelo fabricante
durante a concepção da máquina permitiram que este equipamento sofresse
pequenas alterações que viabilizaram um incremento de 50m/min na velocidade de
trabalho.
2.2.1 Configuração construtiva da máquina de fabricação de papel
O equipamento possui uma configuração com mesa plana
tipo fourdrinier
,
conforme mostrado na figura 1.
Figura 1
–
Máquina de fabricação de papel com mesa plana
tipo
O acionamento anteriormente instalado era do tipo
line shaft
com apenas um
motor C.C. acionando todos os setores da máquina. O sistema mecânico era dividido
em transmissão primária e transmissão secundária, onde o controle de passe
(tensionamento do papel ao longo dos setores da máquina) era realizado por meio de
mudança de diâmetro em polias cônicas instaladas em cada um dos setores da
máquina, conforme mostrado na figura 2.
Na tabela 1, são apresentados os dados técnicos dos redutores instalados na
máquina na configuração original.
Tabela 1 – Dados técnicos dos redutores instalados na configuração original
SETOR TIPO REDUÇÃO
RPM
(ENTRADA)
RPM
(SAÍDA)
POT. NRL
(HP)
Rolo Sucção D63HX 11,025 810,33 73,5 164,5
1ª Prensa D40HX 9,647 795,88 82,5 41,10
2ª Prensa D46HX 8,333 797,71 95,75 52,9
3ª Prensa D31HX 8,055 799,51 99,25 17,6
1º Grupo 26X 6,375 792,09 124,25 6,8
2º Grupo 26X 6,375 792,09 124,25 6,8
3º Grupo D35HX 6,4 795,2 124,25 23,5
4º Grup D35HX 6,4 800 125 23,5
5º Grupo D35HX 6,4 806,4 126 23,5
Colagem Móvel
D35HX 8 796 99,5 12,9
Colagem Fixa 180KDH 7,833 799 102 14,57
6º Grupo 26X 6,375 808,03 126,75 5,9
7º Grupo 26X 6,375 808,03 126,75 7
Transmissão
Primária
Transmissão
Secundária
Figura 2
–
Transmissão mecânica tipo
line shaft
8º Grupo D35HX 6,4 814,4 127,25 23,5
9º Grupo D35HX 6,4 814,4 127,25 11,8
Calandra D46HX 8,1238 800,19 98,5 58,8
Enroladeira D31HX 8,75 791,87 90,5 20
2.2.2 Descrição técnica do acionamento elétrico original
Na configuração original, a central de comando do motor do acionamento
principal, possuía apenas um retificador trifásico, para acionar todos os setores da
máquina, conforme ilustrado na figura 3.
O motor C.C. do acionamento principal, seu respectivo alimentador/controlador
(retificador trifásico) e o sensor (tacogerador) que garante a retroação do sistema em
malha fechada, possuem as seguintes características técnicas, mostradas nas tabelas
2, 3 e 4.
Tabela 2 – Características do motor do acionamento principal (
line shaft
)
DESCRIÇÃO DADOS
Modelo G400h500
Fabricante ABB
Potência 420KW
Tensão de Armadura (V) 510
Tensão de Campo (V) 165,7
Corrente de Armadura (A) 875,0
Corrente de Campo (A) 19,5
Velocidade (RPM) 800
Rede de Alimentação 440Vac
Freqüência 60Hz
Classe de Isolação F
Grau de Proteção IP23S
Forma Construtiva B3D
Cos
φ
0,92
Conjugado Máximo 5013,70N.m
Conjugado Máximo de Partida 10027,40N.m
Momento de Inércia 13.000kgm
2
Peso (Motor + Conj. Vent.) 3.495kg
Rendimento Nominal 94,1%
Resistência da armadura 0,502
Ω
Indutância do enr. Da armadura 0,5H
ABB, 1998
Tabela 3 – Características do retificador trifásico
DESCRIÇÃO DADOS
Modelo DCS50xB1200-Y5
Fabricante ABB
Entrada 440Vac – 3~
Saída 500V
DC
I
DC
1200A
I
AC
979A
P 696kW
Peso 150kg
Dimensões 1493x548x447mm
Semicondutor Interno
ABB, 2001
Tabela 4 – Características do tacogerador
DESCRIÇÃO DADOS
Modelo R/100
Fabricante WEG
Tensão a 1000 RPM 100V
Velocidade Máxima 6000RPM
Sentido de rotação Reversível
Erro Máximo 0,5%
WEG, 2001
A figura 4 apresenta os elementos que integravam a central de comando do
acionamento principal da máquina de fabricação de papel.
Na figura 5 é apresentado o diagrama de blocos do retificador trifásico.
Retificador Trifásico
Figura 4 – Elementos da central de comando
3. Material e Métodos
3.1 Proposição
Durante o desenvolvimento foram estabelecidas em primeira instância as
especificações técnicas das partes que compunham o sistema, para a realização dos
cálculos necessários para a viabilização do incremento de velocidade.
Como a seção de acionamento foi projetada originalmente para atingir uma
velocidade máxima de trabalho de 250m/min, tornou-se necessária a realização dos
cálculos que determinariam o limites reais de velocidade para o conjunto original,
como segue, de maneira a viabilizar a metodologia proposta.
3.2 Determinação do máximo incremento de velocidade do conjunto original
3.2.1 Dados coletados do retificador trifásico, nas condições mais críticas,
durante o processo produtivo
Tabela 5 – Dados coletados do retificador trifásico
DESCRIÇÃO DADOS
Corrente de armadura (A) 650
Tensão de armadura (V) 500
Rotação do motor (RPM) 953,5
Velocidade enroladeira (m/min) 296
Figura 5
–
Diagrama de blocos do retificador trifásico
(AUTOMATION, ROCKWELL. Instruction Manual, Setembro 1998)
3.2.2 Estimativa de perdas elétricas no motor C.C. da transmissão principal
A equação 5 apresenta a potência elétrica no motor C.C. da
transmissão principal em kilowatts, para obtenção do fator de
redução dos redutores do acionamento eletromecânico da respectiva
máquina.
(nominal)
.I
(nominal)
V
C.C. Motor
P
=
(5)
onde
V
(nominal)
=
510 =
Tensão nominal do motor da transmissão principal, V;
I
(nominal)
=
875 =
Corrente nominal do motor da transmissão principal, A;
P
Elétrica
=
446,250 =
Potência elétrica do motor da transmissão principal, kW.
Encontrando-se o valor da potência elétrica do motor C.C. da transmissão
principal, a equação 6 apresenta as perdas elétricas.
( )
100x
Elétrica
P
Mecânica
P
Elétrica
P
Perdas
−
=
(6)
onde
P
Elétrica
=
446,250 =
Potência elétrica do motor da transmissão principal, kW;
P
Mecânica
=
420 =
Potência mecânica na ponta do eixo do motor da
transmissão principal, kW;
Perdas =
5,882 =
Perdas elétricas, %.
Para efeito de cálculo, foram consideradas as perdas elétricas no motor
constante e percentualmente igual a 5,882%.
Levando-se em consideração a carga mais crítica durante o processo
produtivo. A equação 7 apresenta a potência solicitada pelo sistema com suas
respectivas perdas. Conforme a fórmula a seguir.
Perdas
(crítica)
.I
(máxima)
V
C.C. Motor
P −=
(7)
onde
V
(máxima)
=
500 =
Tensão de armadura máxima em condições críticas, kW;
I
(crítica)
=
650 =
Corrente de armadura em condições críticas, A;
Perdas =
5,882 =
Perdas elétricas, %;
P
Motor C.C.
=
305,883 =
Potência solicitada pelo sistema, kW.
A equação 8 apresenta o fator de redução para habilitar os redutores para
600m/min.
in
out
r
F
ω
ω
=
(8)
onde
ω
out
=
600
=
Velocidade final desejada, m/min;
ω
in
=
250
=
Velocidade atual, m/min;
F
r
=
2,4 =
Fator de redução.
A equação 9 apresenta o torque total da carga.
n
9550
C.C. Motor
P
c
T
∆
=
.
(9)
onde
P
Motor C.C.
=
305,883 =
Potência solicitada pelo sistema, kW.
∆n =
953,5
=
Velocidade de produção, RPM;
T
c
=
3063,642 =
Torque total da carga, N.m.
A equação 10 apresenta o torque refletido no motor.
r
.F
c
T
rm
T =
(10)
onde
T
c
=
3063,642 =
Torque total da carga, N.m;
F
r
=
2,4 =
Fator de redução;
T
rm
=
7352,740 =
Torque refletido no motor, N.m.
O torque refletido no motor, mantendo-se o sistema na configuração
original, seria de 7352,740N.m, que é superior ao valor máximo
disponibilizado pelo fabricante, conforme demonstrado na tabela 2,
que seria de 5013,70N.m, proporcionando-se uma velocidade de
trabalho máxima de aproximadamente 410m/min.
Assim como o incremento de velocidade, a melhoria da qualidade do produto
também foi um fator determinante para a concepção do desenvolvimento. Portanto, a
melhoria do controle da velocidade durante o processo produtivo foi muito importante
para determinar qual seria a melhor solução para a viabilização do incremento de
velocidade proposto para o trabalho em questão.
Associando-se os embasamentos adquiridos a partir dos cálculos teóricos e o
custo/benefício para o desenvolvimento, tomou-se como solução a retirada de carga
do sistema, a partir da individualização do acionamento eletromecânico de alguns
setores da máquina em questão, através da análise dos valores de potência, NRL
(HP), disponibilizados na tabela 1.
A tabela 6 apresenta os setores que deveriam ser individualizados por exigirem
uma maior quantidade de energia durante a execução do trabalho.
Tabela 6 – Setores com maior consumo de potência
SETOR
POT. NRL (HP)
POT. NRL (KW)
Rolo Sucção 164,5 122,667
Colagem Móvel 12,9 9,619
Colagem Fixa 14,57 10,864
Calandra 58,8 43,847
A individualização do acionamento eletromecânico destes setores proporcionou
uma redução no torque refletido no motor C.C. de 61,13%, utilizando-se as equações
9 e 10, pois, a potência requerida pelo sistema sofreu uma redução de 305,883kW
para 118,886kW.
3.3 Determinação da potência dos motores para os acionamentos
eletromecânicos
Foram aplicados os embasamentos teóricos, para a determinação e seleção da
potência dos motores.
3.3.1 Determinação da potência do sistema eletromecânico do setor de sucção
(rolo de sucção)
Levando-se em consideração que o setor de sucção representa um torque de
1228,599N.m, através da equação 9 e da tabela 6, pôde-se obter o torque real
refletido no acionamento, através da equação 10:
r
.F
c
T
rm
T =
onde
T
c
=
1228,599 =
Torque total do rolo de sucção, N.m;
F
r
=
11,025 =
Fator de redução atual;
T
rm(r.sucção)
=
13544,862 =
Torque refletido no motor do rolo de sucção, N.m.
Para o torque refletido no motor do rolo de sucção encontrado no cálculo
anterior, será necessário encontrar um novo fator de redução para este acionamento,
pois, com o valor atual de 13.544,862N.m seria necessário optar por um motor de
construção especial, cujo custo seria muito elevado.
3.3.1.1 A velocidade da carga com a redução original para uma velocidade
máxima de trabalho de 300m/min
A equação 11 apresenta a velocidade do rolo de sucção em RPM para a
velocidade de 300m/min.
( )
( )
D
sucçãor
r.sucção
n
.
.
π
ω
=∆
(11)
onde
ω
(r.sucção)
=
300
=
Velocidade do rolo de sucção, m/min;
D =
1,0 =
Diâmetro do rolo de sucção, m;
∆n
(r.sucção)
=
95,492
=
Velocidade do rolo de sucção, RPM.
3.3.1.2 A velocidade da carga e determinação da redução para uma velocidade
de trabalho de 600m/min
Levando-se em consideração que a velocidade de trabalho desejada
é de 600m/min, pode-se obter a velocidade do rolo de sucção em
RPM para esta nova condição, através da equação 11.
( )
( )
D
sucçãor
r.sucção
n
.
.
π
ω
=∆
onde
ω
(r.sucção)
=
600
=
Velocidade do rolo de sucção, m/min;
D =
1,0 =
Diâmetro do rolo de sucção, m;
∆n
(r.sucção)
=
190,985
=
Velocidade do rolo de sucção, RPM.
A equação 12 apresenta o novo fator de redução para o redutor do rolo de
sucção.
Observação: O motor a ser utilizado será de 1780 RPM.
( )
( )
( )
r.sucção
n
motor
n
600r
F
∆
∆
=
(12)
onde
∆n
(motor)
=
1780
=
Velocidade do motor, RPM;
∆n
(r.sucção)
=
190,985
=
Velocidade do rolo de sucção, RPM;
F
r(600)
=
9,3201 =
Fator de redução para 600m/min.
De posse do valor do fator de redução para 600m/min, pode-se obter o torque
refletido no motor individualizado para o setor de sucção, utilizando-se a equação 13.
( )
( )
( )
600r
F
r.sucçãorm
T
NRrm
T = (13)
onde
T
rm(r.sucção)
=
13544,862 =
Torque refletido no motor do rolo de sucção, N.m;
F
r(600)
=
9,320 =
Fator de redução para 600m/min;
T
rm(NR)
=
1453,295
=
Torque refletido no motor do rolo de sucção para o
novo fator de redução, N.m;
T
rm(NR)
=
148,090
=
Torque refletido no motor do rolo de sucção para o
novo fator de redução, kgf.m;
É necessário demonstrar o torque refletido em kgf.m, pois os catálogos
técnicos do fabricante só utilizam esta unidade para especificação técnica do motor e
o valor em N.m é utilizado somente na base de cálculos. Além, de utilizar essa
unidade nos cálculos da constante de tempo do motor (T
m
).
De posse do valor do torque refletido no motor individualizado para o setor de
sucção, pôde-se definir a potência e o modelo do motor a ser utilizado. A
especificação do motor está apresentada na tabela 7 [8].
Tabela 7 – Especificação Técnica do Motor do Rolo de Sucção
DESCRIÇÃO DADOS
Potência (kW) 300
Tensão de Armadura (V) 510
Tensão de Campo (V) 165
Corrente de Armadura (A) 588,23
Corrente de Campo (A) 19
Peso (kg) 400
3.3.2 Determinação da potência do sistema eletromecânico do setor de colagem
(prensa de colagem)
A seguir são apresentados os cálculos para definição do motor rolo fixo da
prensa de colagem e, na seqüência, os cálculos referentes ao rolo móvel.
3.3.2.1 Acionamento eletromecânico do rolo fixo da prensa de colagem
A figura 6 apresenta uma vista frontal do rolo fixo da prensa de colagem.
Dados:
Pe =
10,7 =
Peso do rolo, t. =
23593,500
=
Peso do rolo, lbs;
L =
4600 =
Comprimento do rolo inferior, mm;
D =
780 =
Comprimento, mm. =
30,70 =
Comprimento, in;
r =
390 =
Raio, mm. =
15,350 =
Raio, in;
T
acel
=
25 =
Tempo de aceleração, s.
3.3.2.1.1 Cálculo da inércia total do rolo fixo (wk
2
)
A equação 14 apresenta a inércia total do rolo fixo da prensa de colagem que o
motor precisa acelerar [6].
2
2
r
x
386,4
Pe
wk
=
2
(14)
onde
Pe =
23593,500 =
Peso, lbs;
r =
15,350 =
Raio, in;
wk
2
=
7193,529 =
Momento de inércia, in.lb.sec
2
.
Figura 6
–
Rolo fixo da prensa de colagem
3.3.2.1.2 Cálculo da velocidade (∆
∆∆
∆n) em RPM para 600m/min na carga
Levando-se em consideração que a velocidade de trabalho desejada
é de 600m/min, pode-se obter a velocidade do rolo fixo em RPM
para esta nova condição, através da equação 11.
( )
( )
D
fixor
r.fixo
n
.
.
π
ω
=∆
onde
ω
(r.fixo)
=
600
=
Velocidade do rolo fixo, m/min;
D =
0,780 =
Diâmetro do rolo fixo, m;
∆n
(r.fixo)
=
244,853
=
Velocidade do rolo fixo, RPM.
3.3.2.1.3 Cálculo do torque na carga (T)
A equação 15 apresenta o torque na carga (rolo fixo da prensa de colagem) [6].
( )
( )
)
acel
(t . 308
)
r.fixo
n.(
2
wk
r.fixo
T
∆
=
(15)
onde
wk
2
=
7193,529 =
Momento de inércia,
in.lb.sec
2
.
=
19278,567
=
Momento de inércia,
Lb.ft
2
;
∆n
(r.fixo)
=
244,853
=
Velocidade do rolo fixo, RPM;
t
acel
=
25 =
Tempo de aceleração, s;
T
(r.fixo)
=
613,041 =
Torque na carga (rolo fixo), lb.ft.
3.3.2.1.4 Cálculo da potência do motor (P(HP))
A equação 16 apresenta a potência necessária para o motor do rolo fixo da
prensa de colagem, em função do torque e da velocidade presentes na carga (rolo fixo
da prensa de colagem), para uma velocidade de processo de 600m/min [6].
( ) ( )
5252
)
r.fixo
n( .
r.fixo
T
(r.fixo)
P
∆
=
(16)
onde
T
(r.fixo)
=
613,041 =
Torque na carga (rolo fixo), lb.ft;
∆n
(r.fixo)
=
244,853
=
Velocidade do rolo fixo, RPM;
P
(r.fixo)
=
28,580 =
Potência elétrica do
motor do rolo fixo,
HP.
=
21,312 =
Potência elétrica do
motor do rolo fixo,
kW.
3.3.2.1.5 Cálculo do torque refletido no motor
A equação 12 apresenta o fator de redução para o redutor do rolo fixo
da prensa de colagem.
Observação: O motor a ser utilizado será de 1760 RPM.
( )
( )
( )
r.fixo
n
motor
n
600r
F
∆
∆
=
onde
∆n
(motor)
=
1760
=
Velocidade do motor do rolo fixo, RPM;
∆n
(r.fixo)
=
244,853
=
Velocidade do rolo fixo, RPM;
F
r(600)
=
7,1879 =
Fator de redução para 600m/min.
De posse do valor do fator de redução para 600m/min, pode-se obter o torque
refletido no motor individualizado para o setor de colagem (rolo fixo), utilizando-se a
equação 17 [6].
( )
.(0,85)
600r
F
(r.fixo)
T
rm(r.fixo)
T =
(17)
onde
T
(r.fixo)
=
613,041 =
Torque na carga (rolo fixo), lb.ft;
F
r(600)
=
7,1879 =
Fator de redução para 600m/min;
T
rm(r.fixo)
=
100,338 =
Torque na carga (rolo fixo), lb.ft;
T
rm(r.fixo)
=
13,802 =
Torque na carga (rolo fixo), kgf.m.
De posse do valor do torque refletido no motor individualizado para o setor de
colagem (rolo fixo), pôde-se definir a potência e o modelo do motor a ser utilizado. A
especificação do motor está apresentada na tabela 8 [8].
Tabela 8 – Especificação Técnica do Motor do Rolo Fixo da Colagem
DESCRIÇÃO DADOS
Potência (kW) 30
Tensão de Armadura (V) 510
Tensão de Campo (V) 165
Corrente de Armadura (A) 58,82
Corrente de Campo (A) 19
Peso (kg) 100
3.3.2.2 Acionamento eletromecânico do rolo móvel da prensa de colagem
A figura 7 apresenta uma vista frontal do rolo móvel da prensa de colagem.
Dados:
Pe =
11,215 =
Peso do rolo, t. =
24729,075
=
Peso do rolo, lbs;
L =
4600 =
Comprimento do rolo inferior, mm;
D =
800 =
Comprimento, mm. =
31,49 =
Comprimento, in;
r =
400 =
Raio, mm. =
15,740 =
Raio, in;
T
acel
=
25 =
Tempo de aceleração, s.
3.3.2.2.1 Cálculo da inércia total do rolo móvel (wk
2
)
A equação 14 apresenta a inércia total do rolo móvel da prensa de colagem
que o motor precisa acelerar [6].
2
2
r
x
386,4
Pe
wk
=
2
onde
Pe =
24729,075 =
Peso, lbs;
r =
15,740 =
Raio, in;
wk
2
=
7927,754 =
Momento de inércia, in.lb.sec
2
.
3.3.2.2.2 Cálculo da velocidade (∆
∆∆
∆n) em RPM para 600m/min na carga
Figura 7
–
Rolo móvel da prensa de colagem
Levando-se em consideração que a velocidade de trabalho desejada
é de 600m/min, pode-se obter a velocidade do rolo móvel em RPM
para esta nova condição, através da equação 11.
( )
( )
D
móvelr
r.móvel
n
.
.
π
ω
=∆
onde
ω
(r.móvel)
=
600
=
Velocidade do rolo móvel, m/min;
D =
0,800 =
Diâmetro do rolo móvel, m;
∆n
(r.móvel)
=
238,732
=
Velocidade do rolo móvel, RPM.
3.3.2.2.3 Cálculo do torque na carga (T)
A equação 15 apresenta o torque na carga (rolo móvel da prensa de colagem)
[6].
( )
( )
)
acel
(t . 308
)
r.móvel
n.(
2
wk
r.móvel
T
∆
=
onde
wk
2
=
7927,754
=
Momento de inércia,
in.lb.sec
2
.
=
21246,380
=
Momento de inércia,
Lb.ft
2
;
∆n
(r.móvel)
=
238,732
=
Velocidade do rolo móvel, RPM;
t
acel
=
25 =
Tempo de aceleração, s;
T
(r.móvel)
=
658,726 =
Torque na carga (rolo móvel), lb.ft.
3.3.2.2.4 Cálculo da potência do motor (P(HP))
A equação 16 apresenta a potência necessária para o motor do rolo móvel da
prensa de colagem, em função do torque e da velocidade presentes na carga (rolo
móvel da prensa de colagem), para uma velocidade de processo de 600m/min [6].
( ) ( )
5252
)
r.móvel
n( .
r.móvel
T
(r.móvel)
P
∆
=
onde
T
(r.móvel)
=
658,726 =
Torque na carga (rolo móvel), lb.ft;
∆n
(r.móvel)
=
238,732
=
Velocidade do rolo móvel, RPM;
P
(r.móvel)
=
29,942 =
Potência elétrica do
motor do rolo móvel,
HP.
=
22,327 =
Potência elétrica do
motor do rolo móvel,
kW.
3.3.2.2.5 Cálculo do torque refletido no motor
A equação 12 apresenta o fator de redução para o redutor do rolo móvel
da prensa de colagem.
Observação: O motor a ser utilizado será de 1760 RPM.
( )
( )
( )
r.móvel
n
motor
n
600r
F
∆
∆
=
onde
∆n
(motor)
=
1760
=
Velocidade do motor do rolo móvel, RPM;
∆n
(r.móvel)
=
238,732
=
Velocidade do rolo móvel, RPM;
F
r(600)
=
7,3722 =
Fator de redução para 600m/min.
De posse do valor do fator de redução para 600m/min, pode-se obter o torque
refletido no motor individualizado para o setor de colagem (rolo móvel), utilizando-se a
equação 17 [6].
( )
.(0,85)
600r
F
(r.móvel)
T
)rm(r.móvel
T =
onde
T
(r.móvel)
=
658,726 =
Torque na carga (rolo móvel), lb.ft;
F
r(600)
=
7,3722 =
Fator de redução para 600m/min;
T
rm(r.móvel)
=
105,120 =
Torque na carga (rolo móvel), lb.ft;
T
rm(r.móvel)
=
14,460 =
Torque na carga (rolo móvel), kgf.m.
De posse do valor do torque refletido no motor individualizado para o setor de
colagem (rolo móvel), pôde-se definir a potência e o modelo do motor a ser utilizado. A
especificação do motor está apresentada na tabela 9 [8].
Tabela 9 – Especificação Técnica do Motor do Rolo Móvel da Colagem
DESCRIÇÃO DADOS
Potência (kW) 30
Tensão de Armadura (V) 510
Tensão de Campo (V) 165
Corrente de Armadura (A) 58,82
Corrente de Campo (A) 19
Peso (kg) 100
3.3.3 Determinação da potência do sistema eletromecânico do setor da calandra
(acetinadeira)
3.3.3.1 Acionamento eletromecânico do rolo superior da calandra
A figura 8 apresenta uma vista frontal do rolo superior da calandra.
Dados:
Pe =
21,0 =
Peso do rolo, t. =
46305 =
Peso do rolo, lbs;
L =
4600 =
Comprimento do rolo inferior, mm;
D =
820 =
Comprimento, mm. =
32,28 =
Comprimento, in;
r =
410 =
Raio, mm. =
16,141 =
Raio, in;
T
acel
=
25 =
Tempo de aceleração, s.
3.3.3.1.1 Cálculo da inércia total do rolo superior (wk
2
)
A equação 14 apresenta a inércia total do rolo superior da calandra que o
motor precisa acelerar [6].
2
2
r
x
386,4
Pe
wk
=
2
onde
Pe =
46305 =
Peso, lbs;
r =
16,141 =
Raio, in;
wk
2
=
15610,673 =
Momento de inércia, in.lb.sec
2
.
3.3.3.1.2 Cálculo da velocidade (∆
∆∆
∆n) em RPM para 600m/min na carga
Levando-se em consideração que a velocidade de trabalho desejada
é de 600m/min, pode-se obter a velocidade do rolo superior em RPM
para esta nova condição, através da equação 11.
Figura 8
–
Rolo
superior da calandra
( )
( )
D
r.superior
r.superior
n
.π
ω
=∆
onde,
ω
(r.superior)
=
600
=
Velocidade do rolo superior, m/min;
D =
0,820 =
Diâmetro do rolo superior, m;
∆n
(r.superior)
=
232,909
=
Velocidade do rolo superior, RPM.
3.3.3.1.3 Cálculo do torque na carga (T)
A equação 15 apresenta o torque na carga (rolo superior da calandra) [6].
( )
( )
)
acel
(t . 308
)
r.superior
n.(
2
wk
r.superior
T
∆
=
onde
wk
2
=
15610,673
=
Momento de inércia,
in.lb.sec
2
.
=
41836,603
=
Momento de inércia,
Lb.ft
2
;
∆n
(r.superior)
=
232,909
=
Velocidade do rolo superior, RPM;
t
acel
=
25 =
Tempo de aceleração, s;
T
(r.superior)
=
1265,470 =
Torque na carga (rolo superior), lb.ft.
3.3.3.1.4 Cálculo da potência do motor (P(HP))
A equação 16 apresenta a potência necessária para o motor do rolo superior
da calandra, em função do torque e da velocidade presentes na carga (rolo superior da
calandra), para uma velocidade de processo de 600m/min [6].
( ) ( )
5252
)
r.superior
n( .
r.superior
T
r)(r.superio
P
∆
=
onde
T
(r.superior)
=
1265,470
=
Torque na carga (rolo superior), lb.ft;
∆n
(r.superior)
=
232,909
=
Velocidade do rolo superior, RPM;
P
(r.superior)
=
56,119 =
Potência elétrica do
motor do rolo superior,
HP.
=
41,848
=
Potência elétrica do
motor do rolo superior,
kW.
3.3.3.1.5 Cálculo do torque refletido no motor
A equação 12 apresenta o fator de redução para o redutor do rolo superior da
calandra.
Observação: O motor a ser utilizado será de 1760 RPM.
( )
( )
( )
r.superior
n
motor
n
600r
F
∆
∆
=
onde
∆n
(motor)
=
1760
=
Velocidade do motor do rolo superior, RPM;
∆n
(r.superior)
=
232,909
=
Velocidade do rolo superior, RPM;
F
r(600)
=
7,5565 =
Fator de redução para 600m/min.
De posse do valor do fator de redução para 600m/min, pode-se obter o torque
refletido no motor individualizado para o setor da calandra (rolo superior), utilizando-se
a equação 17 [6].
( )
.(0,85)
600r
F
r)(r.superio
T
ior)rm(r.super
T =
onde
T
(r.superior)
=
1265,470 =
Torque na carga (rolo superior), lb.ft;
F
r(600)
=
7,5565 =
Fator de redução para 600m/min;
T
rm(r.superior)
=
197,020 =
Torque na carga (rolo superior), lb.ft;
T
rm(r.superior)
=
27,103 =
Torque na carga (rolo superior), kgf.m.
De posse do valor do torque refletido no motor individualizado para o setor da
calandra (rolo superior), pôde-se definir a potência e o modelo do motor a ser utilizado.
A especificação do motor está apresentada na tabela 10 [8].
Tabela 10 – Especificação Técnica do Motor do Rolo Superior da Calandra
DESCRIÇÃO DADOS
Potência (kW) 45
Tensão de Armadura (V) 510
Tensão de Campo (V) 165
Corrente de Armadura (A) 88,23
Corrente de Campo (A) 19
Peso (kg) 125
3.3.3.2 Acionamento eletromecânico do rolo inferior da calandra
A figura 9 apresenta uma vista frontal do rolo inferior da calandra.
Dados:
Pe =
10,1 =
Peso do rolo, t. =
22270,5 =
Peso do rolo, lbs;
L =
4600 =
Comprimento do rolo inferior, mm;
D =
580 =
Comprimento, mm. =
22,83 =
Comprimento, in;
r =
290 =
Raio, mm. =
11,417 =
Raio, in;
F
igura 9
–
Rolo inferior da calandra
T
acel
=
15 =
Tempo de aceleração, s.
3.3.3.2.1 Cálculo da inércia total do rolo inferior (wk
2
)
A equação 14 apresenta a inércia total do rolo inferior da calandra que o motor
precisa acelerar [6].
2
2
r
x
386,4
Pe
wk
=
2
onde
Pe =
22270,5 =
Peso, lbs;
r =
11,417 =
Raio, in;
wk
2
=
3756,356 =
Momento de inércia, in.lb.sec
2
.
3.3.3.2.2 Cálculo da velocidade (∆
∆∆
∆n) em RPM para 600m/min na carga
Levando-se em consideração que a velocidade de trabalho desejada
é de 600m/min, pode-se obter a velocidade do rolo inferior em RPM
para esta nova condição, através da equação 11.
( )
( )
D
r.inferior
r.inferior
n
.π
ω
=∆
onde
ω
(r.inferior)
=
600
=
Velocidade do rolo inferior, m/min;
D =
0,580 =
Diâmetro do rolo inferior, m;
∆n
(r.inferior)
=
329,286
=
Velocidade do rolo inferior, RPM.
3.3.3.2.3 Cálculo do torque na carga (T)
A equação 15 apresenta o torque na carga (rolo inferior da calandra) [6].
( )
( )
)
acel
(t . 308
)
r.inferior
n.(
2
wk
r.inferior
T
∆
=
onde
wk
2
=
3756,356 =
Momento de inércia,
in.lb.sec
2
.
=
10067,034
=
Momento de inércia,
Lb.ft
2
;
∆n
(r.inferior)
=
329,286
=
Velocidade do rolo inferior, RPM;
t
acel
=
15 =
Tempo de aceleração, s;
T
(r.inferior)
=
717,518 =
Torque na carga (rolo inferior), lb.ft.
3.3.3.2.4 Cálculo da potência do motor (P(HP))
A equação 16 apresenta a potência necessária para o motor do rolo inferior da
calandra, em função do torque e da velocidade presentes na carga (rolo inferior da
calandra), para uma velocidade de processo de 600m/min [6].
( ) ( )
5252
)
r.inferior
n( .
r.inferior
T
r)(r.inferio
P
∆
=
onde
T
(r.inferior)
=
717,518 =
Torque na carga (rolo inferior), lb.ft;
∆n
(r.inferior)
=
329,286
=
Velocidade do rolo inferior, RPM;
P
(r.inferior)
=
44,986 =
Potência elétrica do
motor do rolo inferior,
HP.
=
33,546
=
Potência elétrica do
motor do rolo inferior,
kW.
3.3.3.2.5 Cálculo do torque refletido no motor
A equação 12 apresenta o fator de redução para o redutor do rolo inferior da
calandra.
Observação: O motor a ser utilizado será de 1770 RPM.
( )
( )
( )
r.inferior
n
motor
n
600r
F
∆
∆
=
onde
∆n
(motor)
=
1770
=
Velocidade do motor do rolo inferior, RPM;
∆n
(r.inferior)
=
329,286
=
Velocidade do rolo inferior, RPM;
F
r(600)
=
5,3752 =
Fator de redução para 600m/min.
De posse do valor do fator de redução para 600m/min, pode-se obter o torque
refletido no motor individualizado para o setor da calandra (rolo inferior), utilizando-se
a equação 17 [6].
( )
.(0,85)
600r
F
r)(r.superio
T
ior)rm(r.super
T =
onde
T
(r.inferior)
=
717,518 =
Torque na carga (rolo inferior), lb.ft;
F
r(600)
=
5,3752 =
Fator de redução para 600m/min;
T
rm(r.inferior)
=
157,043 =
Torque na carga (rolo inferior), lb.ft;
T
rm(r.inferior)
=
21,6036 =
Torque na carga (rolo inferior), kgf.m.
De posse do valor do torque refletido no motor individualizado para o setor da
calandra (rolo inferior), pôde-se definir a potência e o modelo do motor a ser utilizado.
A especificação do motor está apresentada na tabela 11 [8].
Tabela 11 – Especificação Técnica do Motor do Rolo Inferior da Calandra
DESCRIÇÃO DADOS
Potência (kW) 38
Tensão de Armadura (V) 510
Tensão de Campo (V) 165
Corrente de Armadura (A) 74,5
Corrente de Campo (A) 19
Peso (kg) 110
3.4 Descrição técnica do acionamento elétrico otimizado para o incremento de
velocidade de 300m/min para 600m/min
Na nova configuração, foram integrados à central de comando da máquina de
fabricação de papel mais 5 inversores de freqüência, além do retificador trifásico que
compunha o sistema original, para acionar todos os setores da máquina, conforme
mostrado na figura 10.
CONTINUA
3.5 Estrutura da rede de comunicação e controle de sincronismo do
acionamento da máquina de fabricação de papel
Para a realização da comunicação entre os inversores de freqüência
e o retificador trifásico, foi elaborada uma rede de comunicação
industrial, com sincronismo de velocidade entre os “drives”,
conforme mostrado na figura 11.
Figura 10
–
Esquemático da disposição do novo acionamento da máquina de
fabricação de papel
Os perfis técnicos das redes Ethernet e Controlnet são detalhados no apêndice.
3.6 Modelagem do sistema em estudo
Neste tópico foram abordados os modelos matemáticos e as funções de
transferência dos blocos que compõem a central de comando dos motores do
acionamento da máquina de fabricação de papéis.
Com este modelamento, puderam-se realizar simulações em computador, para
verificar o desempenho do sistema antes da implementação física.
Figura 11
–
Plataforma da rede de comunicação
3.6.1 Características de desempenho do motor C.C. controlado por armadura
O motor C.C. foi empregado, por ser um equipamento eletromecânico
destinado ao acionamento de cargas que exigem uma quantidade apreciável de
potência no eixo e elevado torque de aceleração. Os circuitos equivalentes do motor e
da carga estão apresentados na figura 12 [3].
onde
R
a
= Resistência do enrolamento da armadura, ohms;
L
a
= Indutância do enrolamento da armadura, henrys;
i
a
= Corrente do enrolamento da armadura, ampères;
i
f
= Corrente de campo, ampères;
e
a
= Tensão aplicada na armadura, volts;
e
b
= Força contra-eletromotriz, volts;
Θ = Deslocamento angular do eixo do motor, radianos;
T = Torque fornecido pelo motor, N.m;
J = Momento de inércia equivalente do motor e da carga referida ao eixo
do motor, kgf.m;
F = Coeficiente de fricção-viscosa equivalente do motor e da carga
referida ao eixo do motor, kg-m/rad/s;
Quando a armadura está girando, é induzida na armadura uma tensão
proporcional ao produto do fluxo pela velocidade angular. Para um fluxo constante, a
tensão induzida, e
b
, é diretamente proporcional à velocidade angular
d
θ
/dt. Portanto,
dt
d
b
K
b
e
θ
=
.
(18)
onde K
b
é a constante da força-contra-eletromotriz.
Figura 12
–
Diagrama esquemático do motor C.C. controlado por armadura
([3] OGATA, K. Engenharia de Controle Moderno. 3ª Edição. Rio de Janeiro, 2000.)
A velocidade de um motor C.C. controlado por armadura é controlada pela
tensão de armadura, e
a
. A tensão de armadura, e
a
, é suprida por um amplificador (ou
por um gerador, que é suprido por um amplificador). A equação diferencial para o
circuito de armadura é:
a
e
b
e
a
i
a
R
dt
a
di
a
L =++
..
(19)
A corrente de armadura produz o torque que é aplicado à inércia e à fricção;
portanto,
a
iKT
dt
d
f
2
dt
2
d
J .. ==+
θθ
(20)
Supondo que todas as condições iniciais são nulas e considerando as
transformadas de Laplace das equações 18, 19 e 20, obtemos as seguintes equações:
)()(. s
b
Ess
b
K =Θ
(21)
)()()(). s
a
Es
b
Es
a
I
a
Rs
a
(L =++
(22)
)()()() s
a
KIsTs
s
f
2
(Js ==Θ+
(23)
Considerando
Ea(s)
como a entrada e
Θ
(s)
como a saída, podemos construir
os diagramas de blocos das Eqs. 21, 22 e 23, como indicado na figura 13. O efeito da
força-contra-eletromotriz é visto como sendo o sinal de realimentação proporcional à
Figura 13
–
Diagrama de blocos do motor C.C. controlado por armadura
([3] OGATA, K. Engenharia de Controle Moderno. 3ª Edição. Rio de Janeiro, 2000.)
velocidade do motor. Esta força-contra-eletromotriz aumenta o amortecimento efetivo
do sistema. Portanto, a função de transferência deste sistema é dada por:
]..).(
2
.
)(
b
KKf
a
RsJ
a
R.f
a
LJs
a
s[L
K
s
a
E
(s)
++++
=
Θ
(24)
A indutância,
L
a
, no circuito de armadura normalmente é pequena e pode ser
desprezada. Se
L
a
for desprezada, então a função de transferência dada pela equação
24 reduz-se a:
)1)( +
=
Θ
s
m
s(T
m
K
s
a
E
(s)
(25)
onde
K
m
= K/(R
a
.f+K.K
b
) = Constante de ganho do motor
(26)
T
m
= Ra.J/(R
a
.f+K.K
b
) = Constante de tempo do motor
(27)
A partir das equações 24 e 25, pode ser visto que as funções de transferência
envolvem o termo 1/s. Portanto, este sistema possui uma propriedade de integração.
Na equação 25, pode-se notar que a constante de tempo do motor é menor para um
Ra menor e J menor. Com J pequeno, conforme a resistência Ra é reduzida, a
constante de tempo do motor se aproxima de zero, e o motor atua como um integrador
ideal [3].
3.6.2 Características de desempenho do tacogerador
O tacogerador é um dos transdutores de velocidade mais utilizados no meio
industrial. Consiste num dínamo que gera um sinal de amplitude proporcional à
velocidade de rotação do seu eixo, figura 14 [2].
A função de transferência do tacogerador é dada por:
t
K(s)
2
V
ω(s) 1
=
(28)
onde
K
t
é uma constante [2].
3.6.3 Características de desempenho do retificador trifásico
Este retificador, cujo diagrama de blocos é apresentado na figura 15, permite
um ajuste contínuo da velocidade e torque do motor, dentro de uma faixa de operação.
O retificador trifásico é alimentado por uma tensão C.A. que é convertida para uma
tensão C.C., através de uma ponte tiristorizada [6].
Nesta aplicação, o controle é realizado sobre a armadura, mantendo a
excitação de campo fixa.
Este método de controle apresenta uma série de vantagens, tais como:
resposta rápida e precisão de controle, baixas perdas, ausência das partes móveis
sujeitas a desgastes, versatilidade, etc.
O retificador trifásico é dividido, como ilustra a figura 15, em:
-
Controlador microprocessado PI (controle de velocidade);
-
Circuito de disparo;
Ө(s),
ω(s)
Figura 14
–
Tacogerador
([2] Dorf, R.C. Bishop, R.H. Sistemas de Controle Modernos. 8ª Edição. Rio de Janeiro, 2001.)
-
Circuito de potência.
3.6.3.1 Controlador de velocidade PI microprocessado
O bloco controlador é o responsável por comparar o nível de sinal desejado
com o sinal do motor e minimizar o erro apresentado.
Nesta aplicação, o controlador utilizado foi o que associa características de
dois tipos específicos, proporcional e integral.
3.6.3.1.1 Controlador PI
O controlador PI é um compensador por atraso de fase. Ele possui um zero em
s=-1/T
i
e um pólo em s=0. Os valores de K
p
e de T
i
devem ser escolhidos
cuidadosamente de modo a assegurar uma resposta transitória conveniente. Através
do projeto adequado do controlador PI, é possível fazer com que a resposta transitória
a uma excitação degrau apresente pequeno ou nenhum sobresinal. A velocidade de
resposta, contudo, se torna mais lenta. Isto se deve ao fato de que o controlador PI
atenua as componentes de altas freqüências do sinal [2].
A equação 29 apresenta a função de transferência do controlador PI.
+=
s
i
T
p
K(s)
c
G
1
1.
(29)
onde
Kp é o ganho proporcional;
T
i
é o tempo integral.
Figura 15
–
Diagrama de blocos do retificador trifásico
Para esta aplicação foi utilizada a função de transferência do controlador PI,
apresentada pela equação 30, fornecida pelo fabricante do equipamento [9].
+
=
s
ωlds
.
p
K(s)
c
G
(30)
onde
Kp é o ganho proporcional;
ωld
denominado
lead break frequency
, representa um filtro para as altas freqüências,
e apresenta grande influência na resposta do controle. Quanto menor este valor,
menor será a influência do tempo integral no sistema. Este parâmetro pode
variar de 0 a 282,74 rad/s, para controle pela armadura [9].
3.6.3.2 Circuito de disparo
O circuito de disparo, apresentado na figura 17, se incumbe de aplicar uma
tensão nos terminais de controle dos tiristores, sendo que a este existe um transistor
de potência conectado num circuito lógico do tipo CMOS ou TTL de coletor aberto. O
circuito de geração de pulso também envolve um oscilador (CI-2) da figura 17, de
freqüência em aproximadamente 10kHz. O sinal de disparo atua nos terminais dos
tiristores através dos transformadores de pulso, cuja finalidade é isolar o circuito de
geração de pulsos de disparo do circuito de potência [6].
Na figura 16, tem-se as formas de onda do circuito de disparo e da ponte
tiristorizada.
3.6.3.2.1 Circuito do gerador de ângulo de controle α
O circuito de geração de ângulo de gatilhamento deve gerar um
período de retardo de tempo em relação ao ponto em que a tensão
da rede cruza o zero. Este valor de tempo corresponde ao ângulo
de gatilhamento dos tiristores. O ângulo de disparo dos tiristores é
dado pela equação 31 [6].
=
.10
ut
V
c
.V
vt
V
arccosα
(31)
onde
Figura 16
–
Formas de onda do circuito de disparo e da ponte tiristorizada
([6] ALLEN BRADLEY Inc. Drives & Motion Controllers Catalog. Allen Bradley,1985.)
α é o ângulo de disparo;
V
vt
é a tensão nominal da rede de alimentação;
Vc tensão C.C. controlada;
V
ut
tensão de alimentação da rede;
10 volts é a tensão de pico ajustada.
A equação 32 apresenta a função de transferência do circuito de disparo,
fornecida pelo fabricante.
s
eF(s)
τ
−
=
(32)
onde
τ
é o tempo médio de disparo, variando entre 1,2 a 1,5 ms.
3.6.3.2.2 Funcionamento do circuito de sincronização do gerador de rampa
O circuito de sincronização do gerador de rampa deve gerar pulsos estreitos
de modo a provocar a saturação do transistor do gerador de rampa invertida e,
conseqüentemente, a carga plena do capacitor no menor período de tempo possível
[14].
Os pulsos devem estar sincronizados com o momento do tempo em que a
tensão da rede passa pelo valor zero. Neste ponto o diodo do foto-acoplador que ficar
diretamente polarizado deve conduzir e acionar a base do fototransistor associado.
Isto leva o fototransistor para a saturação (um valor alto foi adotado para o resistor de
coletor do transistor do foto-acoplador, para forçar a saturação nesta condição),
fazendo com que a tensão do coletor caia a zero [6]. Esta variação da tensão de
coletor deve acionar o multivibrador mono-estável associado ao fototransistor de modo
que o mesmo gere um pulso estreito, que é enviado à base do transistor para
comparação com a rampa invertida [6].
3.6.3.3 Circuito de potência
O circuito de potência, apresentado na figura 18, é constituído de tiristores
conectados em configuração de ponte trifásica de onda completa. Os tiristores são
Figura 17
–
Circuito de disparo da ponte de tiristores
([6] ALLEN BRADLEY Inc. Drives & Motion Controllers Catalog. Allen Bradley,1985.)
disparados pela seqüência de pulsos formada pelo circuito de disparo e podem ser
atrasados ou adiantados conforme a necessidade [6].
Inicialmente, os tiristores 5 e 6 estão conduzindo, sendo que o próximo pulso
dispara o tiristor 1. O disparo do tiristor 1 corta a corrente que circularia através do
tiristor 5, pois seu potencial de catodo passa a ser maior que o potencial de catodo do
tiristor 5. Este processo de transferência da corrente de um tiristor para outro
(comutação) repete-se a cada 60º, e o ângulo de condução de cada tiristor é de 120º
[10].
Todos os tiristores recebem outro pulso após 60º do pulso de disparo, para
garantir a condução do tiristor quando a corrente na carga for descontínua [10].
O retificador trifásico estará com a tensão máxima de saída, quando o ponto de
disparo coincidir com os pontos de interseção das fases da linha. Este é o ponto de
referência de controle de fase e denomina-se ângulo mínimo (α = 0º) [10].
O valor médio da tensão na carga varia de acordo com o ângulo de disparo, α,
dos tiristores. Portanto, aumentando-se o ângulo de disparo, varia-se a tensão C.C. de
saída do retificador trifásico [10].
O ângulo mínimo de disparo, α = 10º, evita oscilações nos motores C.C.,
quando a corrente for descontínua.
Para uma alimentação de 440Vac/3~, e ângulo de disparo α = 10º, tem-se os
seguintes valores [6]:
• Tensão de saída em vazio = 585Vdc
• Tensão de saída com carga nominal = 560Vdc
• Tensão de saída com 10% de sobrecarga = 505Vdc
3.6.3.3.1 Características de desempenho do circuito de potência do retificador
trifásico
Conforme as figuras 16 e 18, as equações das tensões de fase são [12],
.senθ
max
V
a
v =
(33)
−=
3
2π
θ.sen
max
V
b
v
(34)
+=
3
2π
θ.sen
max
V
c
v
(35)
como
b
v
a
v
ab
v −=
(36)
então
+=
6
π
θ.sen
max(linha)
V
ab
v
(37)
a tensão média na carga é:
.cos
α
π
max(linha)
3.V
médio
V =
(38)
Ou seja, função apenas da variável α.
No diagrama de blocos, os circuitos de disparo e potência podem ser
representados por uma constante, K
1
, pois nestes blocos ocorrem pulsos contínuos de
disparo.
3.6.4 Características de desempenho do redutor de engrenagens
O redutor de engrenagem permite que o motor opere próximo a sua velocidade
nominal quando a carga necessitar de uma velocidade de trabalho inferior. O redutor
transmite potência através das diferentes formas de engrenagens. Isto permite
mudanças de velocidade, direção e torque eficientes, pois, serve como um
amplificador de torque, ou seja, quanto maior o fator de redução menor será o torque
da carga refletido no motor [6]. A figura 19 apresenta a disposição externa e interna do
redutor de engrenagens.
Figura 18
–
Esquema da ponte tiristorizada do reti
ficador trifásico CA / CC
([6] ALLEN BRADLEY Inc. Drives & Motion Controllers Catalog. Allen Bradley,1985.)
Figura 19
–
Redutor de engrenagens
([6] ALLEN BRADLEY Inc. Drives & Motion Controllers Catalog. Allen Bradley,1985.)
A função de transferência do redutor de engrenagens é dada por [2]:
R
K
ω
(s)
(s)
m
ω
1
=
(39)
onde
K
R
é uma constante [2].
3.6.5 Análise do controlador de velocidade de cada um dos retificadores
trifásicos
Após serem analisados os blocos que compõem o sistema em estudo,
obtendo-se suas funções de transferência individuais, foi concebido o sistema global
para o acionamento eletromecânico dos setores que compõem a máquina para
fabricação de papéis, conforme apresentado nas figuras 20 e 21.
Figura 20
–
Diagrama de blocos do sistema em malha fechada de controle de velocidade
de um motor C.C.
Figura 21
-
Diagrama de blocos do sistema em
malha fechada de controle de velocidade
de um retificador trifásico com as funções de transferências de cada bloco
3.6.6 Diagrama de blocos do novo sistema de controle de velocidade para
600m/min
Após o dimensionamento dos novos motores que integram o acionamento
individualizado do sistema eletromecânico da máquina de fabricação de papéis e da
definição do diagrama de blocos do sistema de controle de velocidade em malha
fechada, foi realizado o desenvolvimento da nova central de comando de motores,
habilitada a funcionar até 600m/min, conforme apresentado na figura 22.
Nesta configuração os ajustes de parâmetros de controle de velocidade de
cada um dos setores cujos acionamentos foram individualizados são realizados
através do terminal de engenharia, que, por sua vez, está interligado a uma rede de
comunicação ethernet, que tem como principal função efetuar a comunicação do
terminal de engenharia com o controlador lógico programável (CLP). No CLP os
parâmetros serão direcionados aos seus respectivos retificadores trifásicos,
conduzidos através da rede de comunicação controlnet, onde posteriormente os dados
são aquisitados pelo controlador de sinais. A retroação do sistema é realizada pelo
tacogerador instalado em cada um dos retificadores trifásicos, onde os dados são
enviados via rede de comunicação para o CLP e posteriormente para o terminal de
engenharia, viabilizando a visualização da velocidade real do sistema ao operador.
Figura 22 – Diagrama de blocos da central de comando de motores otimizada para 600m/min
3.6.7 Simulação matemática a partir da obtenção do diagrama de blocos e
funções de transferência do novo sistema de controle de velocidade
Neste item são apresentadas as simulações realizadas em computador, para
verificar o desempenho individual de cada um dos diagramas de bloco em malha
fechada, dos controladores de velocidade dos retificadores trifásicos dos
acionamentos individualizados, antes da implementação física. Nesta simulação foram
obtidos os gráficos teóricos, que foram comparados com os gráficos de velocidade
coletados após a implementação dos novos acionamentos individualizados.
3.6.7.1 Simulação matemática do acionamento do rolo de sucção
Primeiramente são calculadas as constantes de ganho e de tempo do motor do
rolo de sucção.
Dados:
Ra
=
2,48 =
Resistência de enrolamento da armadura (ohms);
K
=
87,63x10
-
1
=
Constante de torque do motor (kgf.m/amp);
f =
1,74 =
Coeficiente de fricção-viscosa equivalente do motor e da
carga ao eixo do motor (kg-m/rad/s);
K
b
=
17,97x10
-
1
=
Constante de força-contra-eletromotriz (volts-s/rad);
J =
134,35 =
Momento de inércia equivalente do motor e da carga ao
eixo do motor (kgf.m);
Kp =
400 =
Ganho proporcional;
Ti =
25,0 =
Tempo integral (segundos).
Os ganhos Kp e Ti foram ajustados para obter uma resposta de forma a
proporcionar uma condição satisfatória ao sistema.
Utilizando-se a equação 26, a constante de ganho do motor é
(
)
0,4367=
1
.17,97x10
1
87,63x10+2,48.1,74
1
87,63x10
=
)
b
K.K+.f
a
(R
K
=
m
K
Utilizando-se a equação 27, a constante de tempo do motor é
(
)
16,6076=
1
.17,97x10
1
87,63x10+2,48.1,74
52,48.134,3
=
)
b
K.K+.f
a
(R
.J
a
R
=
m
T
Os valores utilizados na base de cálculo das constantes de ganho e de tempo
do motor foram obtidos do fabricante e de cálculos realizados neste estudo [8].
3.6.7.1.1 Função de transferência do acionamento do rolo de sucção
Usando-se as equações 25, 26, 27, 28, 30 e 39, pôde-se calcular a função de
transferência do acionamento do rolo de sucção:
7,84+32s+
2
26,784s+
3
16,6076s
4912,87+196,515s
3.6.7.1.2 Análise gráfica da função de transferência do acionamento do rolo de
sucção
O gráfico da figura 23, apresenta o resultado da simulação em computador do
tempo de resposta versus o erro em regime do controle de velocidade do acionamento
individualizado do rolo de sucção.
A resposta ao degrau obtida através da simulação mostrada na figura 23
apresentou melhor resultado utilizando-se Kp igual a 400 e Ti de 25,0 segundos,
mantendo-se uma rampa de aceleração de 20 segundos, semelhante ao memorial de
cálculos deste documento.
3.6.7.2 Simulação matemática do acionamento dos rolos fixo e móvel da prensa
de colagem
Para o acionamento dos rolos fixo e móvel da prensa de colagem, foi utilizada
apenas uma simulação representando os dois motores individualizados, pois as duas
posições utilizam motores com as mesmas características técnicas, cujos os
comportamentos em regime de trabalho são semelhantes.
Primeiramente são calculadas as constantes de ganho e de tempo dos motores
do rolo fixo e móvel da prensa de colagem.
Figura 23
–
Simulação do controle de velocidade do acionamento individualizado do rolo de sucção
Dados:
Ra
=
0,43 =
Resistência de enrolamento da armadura (ohms);
K
=
8,93x10
-
2
=
Constante de torque do motor (kgf.m/amp);
f =
0,9 =
Coeficiente de fricção-viscosa equivalente do motor e da
carga ao eixo do motor (kg-m/rad/s);
K
b
=
5,38x10
-
1
=
Constante de força-contra-eletromotriz (volts-s/rad);
J =
13,820 =
Momento de inércia equivalente do motor e da carga ao
eixo do motor (kgf.m);
Kp =
360 =
Ganho proporcional;
Ti =
39,0 =
Tempo integral (segundos).
Os ganhos Kp e Ti foram ajustados para obter uma resposta de forma a
proporcionar uma condição satisfatória ao sistema.
Utilizando-se a equação 26, a constante de ganho do motor é
(
)
0,2052=
1-
.5,38x10
2-
8,93x10+0,43.0,9
2-
8,93x10
=
)
b
K.K+.f
a
(R
K
=
m
K
Utilizando-se a equação 27, a constante de tempo do motor é
(
)
13,6597=
1-
.5,38x10
2-
8,93x10+0,43.0,9
00,43.13,82
=
)
b
K.K+.f
a
(R
.J
a
R
=
m
T
Os valores utilizados na base de cálculo das constantes de ganho e de tempo
do motor foram obtidos do fabricante e de cálculos realizados neste estudo [8].
3.6.7.2.1 Função de transferência do acionamento dos rolos fixo e móvel da
prensa de colagem
Usando-se as equações 25, 26, 27, 28, 30 e 39, pôde-se calcular a função de
transferência do acionamento dos rolos fixo e móvel da prensa de colagem:
6,811+28s+
2
19,3223s+
3
13,6597s
4004,6011+102,60s
3.6.7.2.2 Análise gráfica da função de transferência do acionamento dos rolos
fixo e móvel da prensa de colagem
O gráfico da figura 24, apresenta o resultado da simulação em computador do
tempo de resposta versus o erro em regime do controle de velocidade do acionamento
individualizado dos rolos fixo e móvel da prensa de colagem.
Figura 24
–
Simulação do controle de velocidade do acionamento individualizado dos rolos da
prensa de colagem
A resposta ao degrau obtida através da simulação mostrada na figura 24
apresentou melhor resultado utilizando-se Kp igual a 360 e Ti de 39,0 segundos,
mantendo-se uma rampa de aceleração de 20 segundos, ao invés dos 25 segundos
do memorial de cálculos.
3.6.7.3 Simulação matemática do acionamento dos rolos superior e inferior da
calandra
Para o acionamento dos rolos superior e inferior da calandra, foram realizadas
simulações individuais, pois o rolo superior possui dimensões totalmente diferentes do
rolo inferior, levando a especificação de motores com momento de inércia equivalente
diferentes para estas posições.
Primeiramente são calculadas as constantes de ganho e de tempo do motor do
rolo superior da calandra.
Dados:
Ra
=
0,67 =
Resistência de enrolamento da armadura (ohms);
K
=
15,36x10
-
2
=
Constante de torque do motor (kgf.m/amp);
f =
0,9 =
Coeficiente de fricção-viscosa equivalente do motor e da
carga ao eixo do motor (kg-m/rad/s);
K
b
=
5,86x10
-
1
=
Constante de força-contra-eletromotriz (volts-s/rad);
J =
26,87 =
Momento de inércia equivalente do motor e da carga ao
eixo do motor (kgf.m);
Kp =
601 =
Ganho proporcional;
Ti =
42,0 =
Tempo integral (segundos).
Os ganhos Kp e Ti foram ajustados para obter uma resposta de forma a
proporcionar uma condição satisfatória ao sistema.
Utilizando-se a equação 26 a constante de ganho do motor do rolo superior é
( )
0,1291=
1-
.5,86x10
2-
15,36x10+0,67.0,9
2-
15,36x10
=
)
b
K.K+.f
a
(R
K
=
m
K
Utilizando-se a equação 27, a constante de tempo do motor do rolo superior é
( )
25,9778=
1-
.5,86x10
2-
15,36x10+0,67.0,9
0,67.26,87
=
)
b
K.K+.f
a
(R
.J
a
R
=
m
T
Os valores utilizados na base de cálculo das constantes de ganho e de tempo
do motor foram obtidos do fabricante e de cálculos realizados neste estudo [8].
3.6.7.3.1 Função de transferência do acionamento do rolo superior da calandra
Usando-se as equações 25, 26, 27, 28, 30 e 39, pôde-se calcular a função de
transferência do acionamento do rolo superior da calandra:
7,84+32s+
2
23,1157s+
3
25,9778s
3799,693+90,468s
3.6.7.3.2 Análise gráfica da função de transferência do acionamento do rolo
superior da calandra
O gráfico da figura 25, apresenta o resultado da simulação em computador do
tempo de resposta versus o erro em regime do controle de velocidade do acionamento
individualizado do rolo superior da calandra.
A resposta ao degrau obtida através da simulação mostrada na figura 25
apresentou melhor resultado utilizando-se Kp igual a 601 e Ti de 42,0 segundos,
mantendo-se uma rampa de aceleração de 25 segundos, semelhante ao memorial de
cálculos deste documento.
3.6.7.3.3 Simulação matemática do acionamento do rolo inferior da calandra
Neste momento são apresentados os resultados da simulação matemática do
acionamento individualizado do rolo inferior da calandra.
Primeiramente são calculadas as constantes de ganho e de tempo do motor do
rolo inferior da calandra.
Figura 25
–
Simulação do controle de velocidade do acionamento individualizado do rolo
superior da calandra
Dados:
Ra
=
0,5 =
Resistência de enrolamento da armadura (ohms);
K
=
9,31x10
-
2
=
Constante de torque do motor (kgf.m/amp);
f =
0,9 =
Coeficiente de fricção-viscosa equivalente do motor e da
carga ao eixo do motor (kg-m/rad/s);
K
b
=
5,50x10
-
1
=
Constante de força-contra-eletromotriz (volts-s/rad);
J =
21,629 =
Momento de inércia equivalente do motor e da carga ao
eixo do motor (kgf.m);
Kp =
410 =
Ganho proporcional;
Ti =
40,0 =
Tempo integral (segundos).
Os ganhos Kp e Ti foram ajustados para obter uma resposta de forma a
proporcionar uma condição satisfatória ao sistema.
Utilizando-se a equação 26, a constante de ganho do motor do rolo inferior é
( )
0,1815=
1-
.5,50x10
2-
9,31x10+0,50.0,9
2-
9,31x10
=
)
b
K.K+.f
a
(R
K
=
m
K
Utilizando-se a equação 27, a constante de tempo do motor do rolo inferior é
( )
21,5769=
1-
.5,50x10
2-
9,31x10+0,5.0,9
0,5.21,629
=
)
b
K.K+.f
a
(R
.J
a
R
=
m
T
Os valores utilizados na base de cálculo das constantes de ganho e de tempo
do motor foram obtidos do fabricante e de cálculos realizados neste estudo [8].
3.6.7.3.4 Função de transferência do acionamento do rolo inferior da calandra
Usando-se as equações 25, 26, 27, 28, 30 e 39, pôde-se calcular a função de
transferência do acionamento do rolo inferior da calandra:
7,84+32s+
2
23,1157s+
3
21,5769s
4167,24+104,181s
3.6.7.3.5 Análise gráfica da função de transferência do acionamento do rolo
inferior da calandra
O gráfico da figura 26, apresenta o resultado da simulação em computador do
tempo de resposta versus o erro em regime do controle de velocidade do acionamento
individualizado do rolo inferior da calandra.
Figura 26
–
Simulação do controle de velocidade do acionamento individualizado do rol
o
inferior da calandra
A resposta ao degrau obtida através da simulação mostrada na figura 26
apresentou melhor resultado utilizando-se Kp igual a 410 e Ti de 40,0 segundos,
mantendo-se uma rampa de aceleração de 20 segundos, ao invés dos 15 segundos
do memorial de cálculos.
3.6.7.4 Simulação matemática do acionamento do line shaft
Para o acionamento do line shaft não foram realizadas simulações prévias.
Foi procedida apenas a substituição do retificador trifásico, que estava obsoleto, por
um equipamento novo com as mesmas características técnicas, onde os parâmetros já
eram conhecidos e os mesmos parâmetros foram reaproveitados durante a realização
dos ajustes deste novo retificador trifásico.
Para análise da performance deste novo retificador trifásico, foi realizada uma
análise comparativa entre os gráficos de estabilidade de velocidade antes da
instalação do novo retificador e após a instalação do novo retificador, respectivamente
apresentados nas figuras 27 e 28.
Figura 27
–
Desempenho do sistema de acionamento original do
line shaft
No gráfico da figura 27 são apresentadas a velocidade e corrente de armadura
durante o processo produtivo do tipo E1302/65, utilizando-se o acionamento
originalmente instalado no line shaft da máquina de fabricação de papéis. Através da
figura 28, pôde-se constatar que o gráfico mostrado apresenta os mesmos valores de
escala, porém as variações foram eliminadas, melhorando a estabilidade do processo
produtivo.
Figura 28
–
Desempenho do novo sistema de acionamento do
line shaft
4. Resultados
Para avaliação do projeto em questão, foram utilizadas duas linhas de análise,
sendo uma do ponto de vista técnico e outra relacionada ao impacto financeiro
proporcionado pela utilização do embasamento técnico apresentado neste documento.
Para atestar a eficiência da especificação técnica da modelagem desenvolvida
e do diagrama de blocos em malha fechada, foram utilizadas análises gráficas do
controle de velocidade dos equipamentos instalados (rolo de sucção, prensa de
colagem rolos fixo e móvel e calandra rolos superior e inferior) em tempo real, durante
o regime normal de produção, atendendo todos os itens propostos neste trabalho.
Portanto, todos os resultados alcançados puderam servir de referência para a
conclusão do projeto.
4.1 Avaliação do ponto de vista financeiro
Conforme apresentado no anexo A, foi contratada uma consultoria, junto ao
fabricante da máquina, para avaliação dos custos envolvidos na implementação do
incremento de velocidade de 300m/min para 600m/min. Na tabela 12, são
apresentados os custos envolvidos nesta implementação em dólares.
Tabela 12 – Itenização financeira do projeto com base no estudo apresentado pelo
fabricante
ÍTEM
DESCRIÇÃO
EQUIPAMENTO (COM ICMS)
01 Acionamento elétrico line shaft US$ 45.015,57
02 Acionamento elétrico rolo de sucção US$ 94.556,07
03 Acionamento elétrico rolos prensa de colagem US$ 44.998,26
04 Acionamento elétrico calandra US$ 58.667,01
05 Motores elétricos US$ 63.343,71
06 Modificações físicas US$ 46.728,97
07 Redutores US$ 173.070,26
TOTAL DO INVESTIMENTO
US$ 526.379,85
Valor referência: R$2,889/Dólares
Com a apresentação do trabalho em questão, foi solicitado ao setor de projetos
do fabricante que fossem considerados os novos valores calculados na planilha
apresentada no anexo A. As modificações foram aceitas pelo fabricante, porém os
valores de potência ainda ficaram acima dos cálculos fornecidos neste trabalho,
ocasionado pela necessidade de se manter os índices mínimos de fatores de
segurança, gerando desta forma uma nova planilha que foi apresentada no anexo B
deste documento.
Os resultados deste trabalho proporcionaram um novo impacto financeiro ao
projeto, conforme mostrado na tabela 13.
Tabela 13 – Itenização financeira do projeto com base na metodologia de cálculos
apresentado neste desenvolvimento.
ÍTEM
DESCRIÇÃO
EQUIPAMENTO (COM ICMS)
01 Acionamento elétrico line shaft US$ 42.282,45
02 Acionamento elétrico rolo de sucção US$ 43.129,11
03 Acionamento elétrico rolos prensa de colagem US$ 30.875,73
04 Acionamento elétrico calandra US$ 35.440,29
05 Motores elétricos US$ 44.029,07
06 Modificações físicas US$ 38.075,45
07 Redutores US$ 96.919,34
TOTAL DO INVESTIMENTO
US$ 330.751,44
4.2 Avaliação do ponto de vista técnico
Para atestar a eficiência do trabalho concebido e atender aos requisitos de
incremento de velocidade proposto neste trabalho, foi realizada a avaliação técnica
dos novos acionamentos instalados, através da análise dos gráficos de velocidade
aquisitados durante o regime normal de produção, que puderam ser comparados com
os gráficos adquiridos através da simulação apresentada no item 3.6.7 deste trabalho,
além da realização de comparativo do consumo de corrente do acionamento do line
shaft antes e após a substituição do acionamento desta posição.
Valor referência: R$2,889/Dólares
Durante o período compreendido entre os anos de 2002 e 2003, foram levantados
os valores de corrente consumidos pelo acionamento do line shaft originalmente
instalado na máquina, conforme mostrado na tabela 14, e os valores de corrente
consumidos pelo novo acionamento do line shaft, conforme mostrado na tabela 15.
Tabela 14 – Consumo de corrente pelo acionamento do line shaft x tipos de papéis
produzidos em 2002
Tabela 15 – Consumo de corrente pelo acionamento do line shaft x tipos de papéis
produzidos em 2003
Para facilitar a compreensão do impacto causado pela substituição do
acionamento do line shaft, basta observar os valores de corrente nas figuras 27 e 28,
que foram obtidos durante a produção do tipo E1302/65, onde pode-se constatar que
houve uma redução média de 25,70% no consumo de corrente.
4.2.1 Análise gráfica dos novos acionamentos da máquina de fabricação de
papéis
Neste momento são apresentados os gráficos de velocidade dos novos
acionamentos (rolo de sucção, prensa de colagem rolos fixo e móvel e calandra rolos
superior e inferior).
Vale ressaltar que todos os gráficos foram aquisitados com a máquina de
fabricação de papéis a uma velocidade de 300m/min, apesar da mesma estar
habilitada a funcionar até 600m/min. Porém, por solicitação do setor de matéria prima
e pela área técnica de processos da empresa, foi estabelecida uma meta de
incremento de velocidade de 50m/min para o primeiro semestre deste ano, com o
objetivo de evitar grandes impactos na qualidade do produto produzido.
4.2.1.1 Gráfico de velocidade do novo acionamento do rolo de sucção
O gráfico da figura 29 apresenta a rampa de velocidade e estabilização de
velocidade no valor requerido pelo processo, para o acionamento do rolo de sucção.
Figura 29
–
Controle de velocidade do acionamento do rolo de sucção
Apesar da máquina estar ajustada para a velocidade de 300m/min, o setor do
rolo de sucção possui um decréscimo de velocidade, necessário para a manutenção
do esticamento do papel. O valor real de Kp foi ajustado em 411 e Ti igual a 36,0
segundos.
4.2.1.2 Gráfico de velocidade do novo acionamento da prensa de colagem rolo
fixo
O gráfico da figura 30 apresenta a rampa de velocidade e estabilização de
velocidade no valor requerido pelo processo, para o acionamento do rolo fixo da
prensa de colagem.
O gráfico da figura 30 mostra a estabilidade da corrente e torque do motor
durante a aceleração e após a estabilização da velocidade. O valor real de Kp foi
ajustado em 300 e Ti igual a 27,0 segundos.
Figura 30
–
Controle de veloc
idade do acionamento do rolo fixo da prensa de colagem
4.2.1.3 Gráfico de velocidade do novo acionamento da prensa de colagem rolo
móvel
O gráfico da figura 31 apresenta a rampa de velocidade e estabilização de
velocidade no valor requerido pelo processo, para o acionamento do rolo móvel da
prensa de colagem.
O gráfico da figura 31 mostra a estabilidade da corrente e torque do motor
durante a aceleração e após a estabilização da velocidade. Para o acionamento do
rolo móvel, os valores de Kp e Ti são semelhantes aos ajustados para o acionamento
do rolo fixo.
4.2.1.4 Gráfico de sincronismo de velocidade entre os acionamentos do rolo
fixo e móvel da prensa de colagem
Para a área de colagem, um fator de grande importância é o sincronismo de
velocidade entre os acionamentos do rolo fixo e móvel, pois este sincronismo tem
influência direta na uniformidade da aplicação de cola na superfície da folha. O
gráfico da figura 32 mostra o sincronismo de velocidade entre os rolos fixo e móvel
Figura 31
–
Controle de velocidade do acionamento do rolo móvel da prensa de colagem
durante a aceleração e após a estabilização da velocidade, além do comportamento
da corrente e torque dos motores.
4.2.1.5 Gráfico de velocidade do novo acionamento do rolo superior da
calandra
O gráfico da figura 33 apresenta a rampa de velocidade e estabilização de
velocidade no valor requerido pelo processo, para o acionamento do rolo superior da
calandra.
Figura 32
–
Sincronismo de velocidade entre os acionamentos dos rolos mó
vel e fixo da
prensa de colagem
O valor real de Kp foi ajustado em 600 e Ti igual a 32,0 segundos.
4.2.1.6 Gráfico de velocidade do novo acionamento do rolo inferior da calandra
O gráfico da figura 34 apresenta a rampa de velocidade e estabilização de
velocidade no valor requerido pelo processo, para o acionamento do rolo inferior da
calandra.
Figura 33
–
Controle de velocida
de do acionamento do rolo superior da calandra
Figura
34
–
Controle de velocidade do acionamento do rolo inferior da calandra
O valor real de Kp foi ajustado em 447 e Ti igual a 18,4 segundos.
4.2.1.7 Gráfico de sincronismo de velocidade entre os acionamentos do rolo
superior e inferior da calandra
O sincronismo de velocidade entre os acionamentos do rolo superior e inferior,
possui relevância pelo fato da calandra ter como uma das principais funções a melhora
do perfil transversal da folha. O gráfico figura 35 mostra o sincronismo de velocidade
entre os rolos superior e inferior durante a aceleração e após a estabilização da
velocidade.
Figura 35
–
Sincronismo de velocidade entre os acionamentos dos rolos superior e inferior da
calandra
5. Conclusão
Analisando-se os resultados apresentados pelo estudo do impacto financeiro
relacionados às duas propostas apresentadas nas tabelas 12 e 13, para o incremento
de velocidade da máquina de fabricação de papéis, pôde-se concluir que utilizando-se
a base de cálculos proposta por este trabalho alcançou-se uma economia de 37,16%,
em relação à proposta inicial apresentada pela consultoria do fabricante.
Conclui-se também que ao comparar o consumo de corrente do acionamento do
line shaft originalmente instalado, durante a fabricação do tipo E1302/65, em relação
ao consumo pós-instalação do novo acionamento, foi possível perceber uma redução
média de 25,70% no consumo de corrente, para as mesmas condições de ajuste de
máquina e processo.
Nas simulações apresentadas nas figuras 29 a 35, pôde-se concluir que a
implementação dos novos acionamentos eletromecânicos viabilizou um incremento de
300m/min para 600m/min, sem sobrepor os valores máximos especificados pelos
fabricantes para os motores do rolo de sucção, prensa de colagem rolos fixo e móvel,
calandra rolos superior e inferior e line shaft. Além do fato de que mesmo o novo
acionamento do line shaft seja ajustado para a velocidade de 600m/min, este ainda
poderá ser otimizado para velocidades superiores, pois mesmo que a velocidade na
ponta do eixo do motor atinja os 800 RPM, o fabricante garante ainda uma sobre
velocidade de 15% acima da velocidade nominal especificada para o equipamento.
Realizando-se a análise comparativa entre os gráficos das figuras 23 a 26 da
simulação matemática dos acionamentos, com os gráficos das figuras 29 a 35
aquisitados durante o processo produtivo, pôde-se concluir que a resposta obtida na
análise teórica condiz com o resultado obtido na prática, o que garante a eficácia do
embasamento teórico utilizado neste trabalho.
Analisando-se os gráficos das figuras 27 a 35, pôde-se concluir que após a
instalação dos novos acionamentos eletromecânicos, obteve-se uma maior
estabilidade no que diz respeito ao controle de velocidade, que por conseqüência
reduziram sensivelmente variações de corrente apresentadas no gráfico da figura 27
e a garantia de estabilidade demonstrada nos gráficos das figuras 29 a 35. Esta
variação é prejudicial às características do papel fabricado, tais como: estabilidade do
perfil longitudinal e transversal, perfil de espessura e orientação de fibras.
Pelos resultados apresentados pelo presente trabalho, concluiu-se que a
metodologia desenvolvida apresenta eficácia e confiabilidade para o processo
produtivo, garante a melhoria das características dos produtos fabricados, além da
viabilização da concepção de um projeto que apresentou custos reduzidos com
garantia de qualidade técnica e robustez.
Não foi possível avaliar, durante o período posterior a implementação dos novos
acionamentos, o aspecto de redução das intervenções pela área de manutenção e a
validação da redução de consumo de energia elétrica, em função do curto espaço de
tempo em que o sistema foi instalado.
Proposta para futuros trabalhos:
• Efetuar uma avaliação para substituição dos retificadores trifásicos por
conversores de freqüência e motores C.A..
6. Referências Bibliográficas
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Científicos S.A., Rio de Janeiro, 2000, 809p., 85-216-1243-5.
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do Brasil Editora Ltda., São Paulo, 1997, 558p., 85-346-0596-3.
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ALLEN BRADLEY Inc. Automation Today. Allen Bradley,2002.
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microprocessor-based SCR-
DC motor drives”, IEEE Industry Applications,
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Salmon, J.C. “A three-phase PWM strategy using a stepped reference
waveform”, IEEE Industry Applications, pp 914-920, Oct 1991.
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Yao, G. “New transfer function model for PWM power converter”, IEEE Industrial
Electronics Society, vol.2, pp 1135-1142, Nov 1990.
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convertor for DC motor drive
s”, IEEE Industrial Electronics Society,
vol.2, pp 1169-1175, Nov 1990.
[14]
Christiansen, C.F. “Digital measurement of angular velocity for speed control”,
IEEE Industrial Electronics, pp 78-83, Feb 1989.
[15]
VOITH. NRJ 4143/2003, Lista de Potência Requerida Máquina de Papel, São
Paulo, 2003.
Sites:
•
http://www.weg.com.br/
•
http://www.abb.com/
•
http://www.rockwellautomation.com/
Marcas Registradas
Todos os nomes registrados, marcas registradas ou direitos de uso citados
nesta dissertação pertencem aos seus respectivos fabricantes.
7. Apêndice
7.1 Detalhamento técnico de uma máquina para fabricação de papéis.
É um equipamento projetado para realizar a formação de diversos tipos de papéis,
conforme as necessidades do mercado consumidor, através de um processo contínuo
e estável a partir de um material fibroso bruto (Polpa de Celulose), proveniente da
madeira.
A máquina para fabricação de papéis pode ser dividida em alguns setores, que
são responsáveis pela formação, qualidade e uniformidade do papel a ser produzido,
são eles:
7.1.1 Caixa de entrada,
7.1.2 Mesa plana,
7.1.3 Parte úmida (prensagem),
7.1.4 Seção de secagem,
7.1.5 Prensa de cola,
7.1.6 Calandra,
7.1.7 Enroladeira,
7.1.8 Central de comando de motores.
7.1.1 Caixa de entrada
É um dos principais setores para o desenvolvimento da estrutura da folha de
papel, no processo de fabricação.
A uniformidade do papel produzido em uma máquina de fabricação de papéis
depende da dispersão uniforme das fibras e partículas de carga mineral em suspensão
que formarão a folha. Por isso, o projeto e a operação da caixa de entrada são
elementos absolutamente críticos para o sucesso da fabricação do papel.
A caixa de entrada tem duas funções principais:
A primeira: puramente hidrodinâmica, é de distribuir o fluxo de um tubo circular em um
jato fino, largo, de espessura e velocidade constantes ao longo de toda largura da
máquina de fabricação de papel.
Esta função determina a macro distribuição das fibras na folha de papel e pode
ser interpretada através da distribuição de gramatura.
A segunda: É de distribuir as fibras uniformemente no jato.
Esta última determina a micro distribuição ou formação da folha de papel.
7.1.2 Mesa plana
É o setor da máquina onde a folha de papel é formada pela deposição de
fibras, de uma suspensão aquosa com consistência variando de 0,2 a 0,5%, sobre
uma tela onde a água é drenada. Existem 2 processos principais de formação da
folha: mesa plana (máquina Fourdrinier) e forma redonda ou tambor rotativo.
A tela é suportada, primeiramente, pelo rolo cabeceira e, a partir daí, já com a
massa, é apoiada nos "hidrofoils" e nos roletes esgotadores, os quais ajudam na
retirada da água da massa.
A tela passa então pelas caixas e rolos de sucção, onde a retirada de água da
massa atinge a faixa de 93 a 99% da água inicial. Nesse ponto, a folha formada já com
certa resistência mecânica é destacada da tela, entrando na seção de prensagem da
máquina de fabricação de papel.
7.1.3 Parte úmida (prensagem)
A função primordial da prensagem úmida de uma máquina de fabricação de
papel é remover a quantidade máxima possível de água da folha de papel antes de
submete-la a secagem por calor. Concomitantemente tem-se a redução do volume
específico e o aumento da lisura da folha. A capacidade da prensa, ao desempenhar
estas funções, sem causar danos ao papel, como esmagamento, perda de finos,
rearranjo das fibras e enrugamento, depende do projeto da prensa, do feltro e das
características operacionais.
7.1.4 Seção de secagem
Divide-se em 1º setor de Secagem e 2º setor de Secagem, onde a folha de
papel sai da seção de prensas com umidade que pode variar de 50 a 75% (base
úmida), dependendo do tipo de papel, da máquina de fabricação de papéis e da seção
de prensas. Entretanto, na produção de papel procura-se obter um produto com
umidade próxima à de equilíbrio com o ambiente, ou seja, com menos de 10% de
umidade.
Na prática, nenhum método de extração direta de líquido foi desenvolvido de
forma a reduzir a umidade a valores abaixo de 50% (base úmida), sendo necessário
recorrer ao processo de evaporação, cujo o custo é superior, quando comparado com
o custo de extração de água por prensas.
A seção de secagem de uma máquina de fabricação de papéis convencional é
formada por uma série de cilindros secadores. A folha de papel é aquecida através do
contato com a superfície externa dos cilindros e a energia necessária à secagem é
fornecida por meio de vapor que entra no interior dos cilindros.
7.1.5 Prensa de cola
A principal função deste setor é gerar resistência a penetração de líquidos no
papel produzido.
7.1.6 Calandra
Este setor possui a função de melhorar a qualidade do perfil transversal da
folha produzida e em alguns casos prover certa quantidade de brilho ao papel.
7.1.7 Enroladeira
Como o próprio nome diz, destina-se a efetuar o enrolamento do papel
produzido.
7.1.8 Central de comando de motores
Define-se como um alojamento devidamente dimensionado para acondicionar
todos os componentes que integram o acionamento elétrico de máquinas girantes
(Motores elétricos).
7.2 Perfil Técnico Voith
O primeiro contato do Brasil com a Voith foi no início do século quando, em
1903, a empresa enviou para o país uma turbina hidráulica de 46 KW. Depois disso,
em 1912, vieram três turbinas com potência unitária de 12880 KW, que com 195
metros eram na época as turbinas Francis de mais alta queda no mundo.
Depois seguiram-se mais e mais fornecimentos, marcando a presença da
empresa na área de turbinas e de papel também, a partir de 1923.
Até 1957, a Voith alemã exportou para o Brasil 330 turbinas, com potência de
700.000 KW e 10 máquinas de fabricação de papel completas. Esta demanda mostrou
potencial de desenvolvimento industrial do país, despertando interesse por parte da
matriz para atuar localmente.
Assim sendo, em 57 a Voith associou-se à Bardella, tradicional empresa
brasileira de bens de capital. O departamento Voith da Bardella contava com
funcionários da matriz e outros contratados no Brasil registrando um número
expressivo de equipamentos produzidos parcialmente na Alemanha e complementado
no Brasil.
Passados alguns anos, a Voith já tinha adquirido profundo conhecimento sobre
o mercado local e suas necessidades, o que fez com que fosse tomando corpo a idéia
de fundar uma empresa própria no Brasil, mais ágil e mais competitiva, oferecendo
produtos com tecnologia de ponta para os brasileiros.
Já no início do ano de 64, o presidente do Grupo Voith, Dr. Hugo Rup,
convenceu a família Voith a investir na construção de uma fábrica própria no Brasil.
Ele acentuou que esta seria uma indústria planejada para o final do século, afirmando
que o Brasil foi criado por Deus para a Voith, numa alusão ao imenso potencial
hidráulico e florestal do país.
A partir desta decisão foi feito um acordo de separação entre a Bardella e a
Voith.
Um pouco menos de 100 anos depois da fundação da Voith na Alemanha, em
16 de julho de 1964 foi realizada a assembléia geral de constituição da Voith no Brasil,
conforme publicado no diário Oficial do Estado de São Paulo.
Assim sendo, em 1964 foi adquirida uma área de 300.000 m² no bairro do
Jaraguá. Afastada do centro da cidade, a área era praticamente dominada pelo mato,
de difícil acesso, sem ruas pavimentadas nem rede de água e esgoto muito menos
rede de telefonia e de alta tensão - a comunicação da obra com o escritório instalado
no centro de São Paulo era feita apenas por meio de um transmissor de rádio.
Durante as obras, tiveram de ser abertos 2,2 km de ruas e deslocados 400.000
m³ de terra. O verão de 1965 trouxe muitas chuvas: às vezes, num mesmo dia, até dez
caminhões atolavam na lama. Os mais velhos se lembram bem que havia uma
motoniveladora unicamente para rebocar os veículos encalhados. A cena era mais
parecida com uma barragem que com uma instalação fabril em construção, mas
acabou resultando em uma área construída de 134.000 m².
Os problemas não apareciam só na obra. As equipes de montagem externa de
turbina também passaram por grandes dificuldades. Pela distância das usinas e total
falta de estrutura existente na época, eles chegavam a ficar até 6 meses na obra,
isolados do mundo, distantes de suas famílias e da civilização. Para chegar às usinas,
andavam mata adentro, atravessando terrenos perigosos, dormiam em redes, sem
falar das comidas estranhas com que ser deparavam. Às vezes, para se comunicar
com a empresa ou com a família, precisavam viajar até 14 horas para chegar até um
telefone. Esses são os verdadeiros heróis cujos nomes não ficaram registrados em
nenhum livro de história, mas que possibilitaram o desenvolvimento da Voith no Brasil.
Depois desta grande aventura, já no primeiro semestre de 66 a Voith tinha um
parque industrial considerável onde era possível soldar, recozer e usinar peças de até
100 toneladas. Em 22 de setembro de 66 a fábrica foi oficialmente inaugurada pelo
então governador do Estado de São Paulo, Laudo Natel, tornando-se a maior filial do
Grupo em todo o mundo.
Apesar de ter nascido num cenário político adverso, em um país dominado por
uma inflação de 90% ao ano - assustadora para a época, a nova empresa pôde contar
com a iniciativa de pessoas jovens, com pouca experiência, mas muito dinâmicas e
com grande entusiasmo.
O fato mais marcante deste início de vida no Brasil foi uma encomenda feita no
ano da inauguração, quando a fábrica mal começara suas operações: as quatro
primeiras turbinas da usina de Estreito (Furnas). Cada turbina, com capacidade de
gerar 160 MW, tinha um rotor com diâmetro de seis metros que pesava cerca de 100
toneladas. Na ocasião eram os maiores rotores do tipo Francis projetados, produzidos
e instalados no mundo ocidental.
Se a década de 60 foi a da implantação da empresa, a de 70 foi a do seu
desenvolvimento, quando foi inaugurada a fundição para suprir a grande demanda do
mercado. O setor de papel também se desenvolveu no mesmo ritmo da indústria
brasileira que conheceu pela Voith as mais modernas tecnologias para fabricação de
papel de boa qualidade, colocando o país como fornecedor para todo o mundo. Nesta
fase também se firmaram as exportações para Europa, América do Norte e América
Latina.
O setor de turbinas também teve importante crescimento nessa década. O mais
importante pedido dessa época e um dos mais significativos de toda a história do
grupo Voith foi Itaipu, uma das maiores hidrelétricas do mundo e que teve participação
nacional superior a 80%. Dos 18 rotores, cada um pesando 300 toneladas e com
capacidade de geração de 715 MW, 12 foram produzidos pela Voith.
7.3 Perfil Técnico Beloit
O primeiro projeto de uma máquina destinada a produção de polpa de celulose
integrada foi em meados da década de 60, na Índia.
Harry Moore Beloit se tornou um dos principais construtores de máquinas de
fabricação de papel dos Estados Unidos e do mundo. Como a demanda relacionada
ao produto era muito grande as vendas cresciam ano após ano. A dianteira técnica
adquirida pela Beloit era surpreendente. Então a grande quantidade de patentes e
inovações técnicas, levaram Moore a se tornar o presidente ao término de 1974, o
cargo que ele ocupou até a aposentadoria dele em 1978.
Crescimento de companhia continuou com a compra de Lenox Machine
Company, as Companhias Rader e a divisão de rolos de cobre da Raybestos
Manhattan. Uma nova sociedade foi firmada e uma planta industrial foi instalada no
Brasil em 1980.
Em 1987, a Beloit e seus afiliados, possuíam escritórios de vendas de produtos
de floresta, polpa e indústrias de papel ao redor do mundo. Suas plantas estavam
situadas na Inglaterra, Itália, Canadá, Brasil e EUA, além das representações no
Japão, Índia, Polônia e Austrália.
7.4 Detalhamento técnico da rede de comunicação Ethernet
O padrão Ethernet é, atualmente, o padrão de redes locais (LANs) que conheceu
maior difusão.
É definido fundamentalmente ao nível da camada de Ligação de Dados
(Data-Link Layer) e a sua implementação começa por ser feita nas próprias placas de
rede.
O protocolo Ethernet é propriedade de um consórcio formado pela DEC Intel e
Xerox.
Existe um protocolo aberto (desenvolvido no âmbito do modelo OSI) muito
semelhante ao Ethernet, com o qual por vezes é confundido - o padrão IEEE802.3.
As redes Ethernet conheceram grande difusão em topologias bus com cabos coaxiais.
Entretanto, com a difusão da tecnologia dos hubs, tornaram-se mais comuns em
topologias, com cabos UTP.
As taxas de transmissão das redes Ethernet situam-se, à partida, na casa dos
10 Mbits/seg. Porém, à medida que aumenta o tráfego na rede, essa taxa baixa
drasticamente.
7.4.1 Funcionamento das redes Ethernet
As redes Ethernet qualquer que seja a sua topologia física (bus ou estrela),
têm uma topologia lógica do tipo bus, ou seja, as transmissões de cada computador
são feitas por difusão (broadcast), através de um cabo comum - meio físico
compartilhado. O acesso ao meio físico, por parte dos computadores, é feito por um
método baseado em contenção, conhecido como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple
Access / Colision Detection).
As interfaces (placas) que ligam os computadores ao cabo da rede estão
sempre a receber a informação que circula pelo canal comum (o bus). Num dado
instante em que está em curso uma transmissão, todos os outros computadores da
rede são obrigados a ficar em estado de contenção, isto é, sem poderem transmitir.
Apesar das mensagens transmitidas serem detectadas por todas as interfaces dos
computadores ligados á rede, apenas aqueles a quem essas mensagens se destinam
se encarregarão de as receber e interpretar-las. Se um computador pretende iniciar
uma transmissão, terá de esperar por um momento em que o canal (bus) esteja livre.
Pode acontecer que dois ou mais computadores iniciem uma transmissão num
mesmo lapso de tempo, sem que nenhum deles tenha detectado que o canal já estava
a ser ocupado com uma transmissão. Neste caso, ocorrerá uma colisão.
Uma vez que o canal é partilhado por todos os nós da rede e em baseband,
isto é, ocupando toda a largura de banda disponível, quando dois computadores
iniciam transmissões sem se terem detectado um ao outro, os sinais colidem no meio
físico de transmissão e nenhuma das transmissões terá sucesso. Quando ocorre uma
colisão, as interfaces dos computadores que tinham tentado iniciar a sua transmissão,
detectam o ruído e ficam em contenção por um pequeno período de tempo (gerado
aleatoriamente pela interface de rede); em seguida, voltam a tentar, afim que a
transmissão seja bem sucedida.
Este é, em suma, o método CSMA/CD (Cauier Sense Multiple Access /
Colision Detection). Os computadores ligados ao meio físico estando atentos à onda
portadora (carrier); a ocorrência de mais do que um acesso ao mesmo tempo dá
origem a colisões; as colisões terão de ser detectadas e resolvidas, por forma a
viabilizar as transmissões.
O modo de funcionamento das redes Ethernet, como acabamos de ver, coloca
um problema potencial que é precisamente o das colisões.
Em redes de pequenas dimensões ou em que o tráfego de mensagens não
seja muito intenso, o método de resolução dessas colisões é perfeitamente satisfatório
(e uma prova disso é o sucesso que este padrão conheceu).
Todavia, em redes de maiores dimensões, com grande intensidade de tráfego
ou com exigências de taxas de transmissão elevadas, o padrão Ethernet poderá não
satisfazer inteiramente. Recentemente foi criada uma nova versão muito mais rápida
do Ethernet, chamada
Fast Ethernet, que consegue taxas de transmissão na ordem
dos 100 Mbits/s. Isto é, conseguido graças à utilização de hubs evoluídos e um novo
método de acesso ao meio de transmissão chamado Denand Priority Access Method -
um hub central controla o acesso à rede, conferindo prioridades a certas mensagens
relativamente a outras, em conformidade com critérios lógicos.
7.5 Detalhamento técnico da rede de comunicação Controlnet
Estável, previsível e segura para as aplicações mais exigentes, tais como: lógica
e movimento.
É uma rede que assim como a Devicenet utiliza modelo produtor/consumidor para
a realização da transmissão de informações, ou seja:
• Um dispositivo (produtor) informa a hora marcada em seu relógio (dado) a todos os
presentes (consumidores)
• Todas os dispositivos recebem a informação simultaneamente
• Alguns dispositivos decidem utilizar os dados (consumi-los) para ajustar seu relógio,
verificar alguma pendência etc.; outros ignoram (não consomem).
• Altamente determinístico
O tempo que os dados necessitam para chegar aos dispositivos não depende
do número destes que estão presentes na rede, nem se estão entrando ou saindo.
7.5.1 Principais vantagens:
NÍVEL DO DISPOSITIVO
Permite aos usuários reduzir em fiações, em tempo e custos de
instalação, e obter diagnósticos valiosos dos diversos sensores,
atuadores e outros dispositivos que se conectem ao sistema de
controle.
NÍVEL DE CONTROLE
Oferece desempenho previsível e repetitivo para E/S, programação,
comunicação peer-to-peer e coleta de dados, pois abrange todo o processo de
produção, da matéria prima até o produto final.
NÍVEL DA EMPRESA
Oferece a vários sistemas IS, MES e de Arquivamento de Dados o acesso aos
dados do chão-de-fábrica para fins financeiros, de qualidade, produção e desenvolvimento.
8. Anexos
8.1 Anexo A – Estudo Voith (lista de potencia requerida para acionamentos)
PIRAHY VI
V = 600 m/min.
LISTA DE POTÊNCIA REQUERIDA
Dados da Máquina
Largura da tela S
Largura do papel-enrol. Pu
Tipo de papel CIGARRO,
XEROX
E HELIOGRÁFICO
Gramatura papel base Fg min. [g/m
2
] 15,0
máx. 80
Gramatura papel pintado Fg min. [g/m
2
] máx.
Esquema de Acio. No. VP 1.12 - 337
Revisão Data Nome Modificações
2003-08-06 HOLF
Plant Engineering
Página 3
VOITH PAPER
Lista de Potência Requerida
Código: PIRAHY VI
1. As abreviaturas constantes da coluna 3 referentes a rolos e cilindros tem o seguinte significado:
W =
Rolo P =
Secador de papel K =
Resfriador
SW =
Rolo Flutuante PL =
Rolo Guia Papel FL =
Rolo Guia Feltro
Br =
Rolo Abridor SFL =
Rolo Guia Feltro de Sucção
2. Os diâmetros indicados na figura 3 referem-se a rolos ou cilindros em estado novo.
3. Quando a transmissão do acionamento do eixo de entrada do grupo para o rolo ou cilindro correspondente é
efetuado por correia, corrente ou engrenagem, neste caso a proporção de velocidade, assim como os
diâmetros das polias ou o número de dentes são especificados na coluna 4.
4. O avanço ou recuo indicados na coluna 5, referem-se ao 1º grupo secador.
5. As rotações indicadas na coluna 6, referem-se ao eixo de acionamento do grupo e correspondem a rolos em
estado novo. Quando na coluna 12 houver indicação de motor ou motoredutor direto, a rotação do motor ou a
saída do motoredutor, corresponde a indicada na coluna 6. Quando na coluna 12 não houver indicação, para
se chegar à rotação do motor selecionado, será utilizado redutor mecânico e preliminarmente a rotação do
motor deve ser considerada em torno de 1800 RPM. Em alguns casos, a rotação dos motores, podem estar
indicadas na coluna 12. Em caso de reaproveitamento de motores, as considerações acima podem ser
alteradas.
6. Sob designação “pespec” na coluna 8 estão indicados os valores de potência em kW para cada 1 metro de
largura de tela. Com 10m/min de velocidade do papel. Estes valores não recebem de forma alguma
acréscimos dependentes da velocidade (aumento do momento torsor).
7. A potência NRL (carga operacional normal), indicada na coluna 9, corresponde, aos valores médios que
conforme experiência ocorrem no eixo de acionamento do grupo com cuidadosa manutenção e revisão da
máquina já amaciada e sob condições normais de funcionamento.
Quando na coluna 6, sob Vmin e Vmáx, forem indicadas respectivamente 2 rotações, a potência indicada se
refere à ambas rotações.
As potências min. e máx., são determinadas conforme o torque máximo resultante, de modo que resulta
basicamente um torque constante, mesmo que isto, na realidade, nem seja o caso.
8. A potência RDC (capacidade recomendada de acionamento), especificada na coluna 10, deve ser fornecida
pelo motor em condições normais de operação, a qualquer instante.
9. A potência PHo para elevar a velocidade da máquina em operação, indicada na coluna 10, a soma da
potência de aceleração mais a NRL (PHo – Pcel+NRL). O motor dimensionado desta forma não trabalhará
em sobrecarga. Caso o motor admita sobrecarga, o fornecedor do motor poderá propor motores de potências
menores. Desde que não seja abaixo da potência RDC. A potência de aceleração Pcel é calculada em
função do momento de inércia do grupo acionado e do tempo de aceleração escolhido. Normalmente para
máquina de papel, o tempo de aceleração previsto é de 25 segundos/100/m/min.
10. Para o acionamento dos diversos grupos individuais da máquina, são necessários motores de corrente
contínua ou alternada com regulagem de freqüência. Sendo utilizado motores de corrente alternada, cada
motor deverá ser equipado com um conversor de freqüência. Além, disso deve-se observar que a potência
do conversor de freqüência deve corresponder no mínimo a potência RDC.
11. As pontas de eixo dos motores deverão ser providas de furos pequenos, para os dispositivos de montagens
e desmontagens dos elementos de acionamentos.
12. Todas as indicações foram determinadas e verificadas de acordo com o nível atual da técnica. Entretanto,
também o fornecedor elétrico em conjunto com o cliente, com base nas respectivas experiências, devem
analisar as potências e demais informações da presente lista e definir da melhor forma possível o escopo do
fornecimento elétrico.
13.
Outras especificações sobre o controle de tensão, operação conjunta, distribuição de cargas, momento de
partida, tempo de aceleração, operação como gerador, condições de regulagem e notas de regulagem e de
modo de operação, só serão fornecidos com listas de potência requerida definitivas (status final F).
Plant Engineering
8.2 Anexo B – Estudo Voith revisado conforme características eletromecânicas em
regime produtivo (lista de potencia requerida para acionamentos)
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