CONTROLE DE UM MISTURADOR DE LIQUIDOS EM PROCESSOS INDUSTRIAIS

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA DE SÃO PAULO 
CAMPUS ARARAQUARA 
 
 
EndriusZavanella Navarro 
Everton Araújo de Souza 
Flávio China 
Henrique Rocha dos Santos 
Henrique Arena 
Luiz Gabriel SaroneGonella 
Nelson Dias Peixinho 
Thiago Reinhardt 
 
 
 
 
 
CONTROLE DE UM MISTURADOR DE LÍQUIDOS 
EM PROCESSOS INDUSTRIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
Araraquara 
2014 
 
 
 
 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E 
TECNOLOGIA DE SÃO PAULO 
CAMPUS ARARAQUARA 
 
 
TÉCNICO EM MECATRÔNICA 
 
 
 
EndriusZavanella Navarro 
Everton Araújo de Souza 
Flávio China 
Henrique Rocha dos Santos 
Henrique Arena 
Luiz Gabriel SaroneGonella 
Nelson Dias Peixinho 
Thiago Reinahrtt 
 
 
 
CONTROLE DE UM MISTURADOR DE LÍQUIDOS EM PROCESSOS 
INDUSTRIAIS 
 
 
Relatório Técnico submetido ao Instituto 
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de 
São Paulo – Campus Araraquara como parte 
dos requisitos necessários para a obtenção da 
conclusão do curso Técnico em Mecatrônica. 
 Sob a orientação do Prof.Me. Rafael Manfrin 
Mendes e co-orientação do Prof. Dr. Célio 
Caminaga. 
 
 
 
 
ARARAQUARA 
2014 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca do IFSP – Campus Araraquara 
 
C782 
 
Controle de um misturador de líquidos em processos 
industriais / EndriusZavanella Navarroet al. -Araraquara: [s.n.], 
2014. – 82 f. 
 
Orientador:Prof. Me. Rafael Manfrin Mendes 
Co-orientador: Prof. Dr. Célio Caminaga 
 
 Relatório Técnico (Trabalho de Conclusão de Curso)- 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São 
Paulo – Campus Araraquara. 
 
 1. Controle de Processos . 2. Processos Industriais. 3. 
Automação Industrial. I. Navarro, EndriusZavanella. II. Souza, 
Everton Araújo de. III. China, Flávio. IV. Santos, Henrique 
Rocha dos. V. Arena, Henrique. VI. Gonella, Luiz Gabriel 
Sarone. VII. Peixinho, Nelson Dias. VIII. Reinahrtt, Thiago. IX. 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São 
Paulo – Campus Araraquara. X. Título. 
 
CDD 629.895 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
 
 
O controle de processos industriais é uma das aplicações dos conhecimentos da Mecatrônica, 
além de ser um aspecto importante para a garantia da qualidade dos produtos e exigível para 
empresas que buscam certificação e melhores índices de produtividade. O controle de 
processos se refere a um conjunto de métodos que monitoram as diversas variáveis de 
processos envolvidas na produção manufatureira, tais como temperatura, unidade, pressão 
entre outras. Para este estudo foi elaborado um protótipo de uma planta de processo com o 
qual vazão e volume de armazenamento fossem controlados segundo um programa (algoritmo 
desenvolvido pelo usuário) armazenado no CLP, o Controlador Lógico Programável. 
 
Palavras-chave:1. Controle de processos. 2. Processos industriais. 3. Automação industrial. 
4. Título. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ANSI/ISA – American National Standards Institute (Instituto Nacional Americano de 
Padrões) / The InternationalSocietyof Automation (Sociedade Internacional de Automação) 
CLP – Controlador lógico programável 
CPU – Central processingunit (unidade central de processamento) 
ESA – European Space Agency (Agência Espacial Européia) 
IEC - InternationalElectrotechnicalCommission (Comissão eletrotécnica Internacional) 
INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia 
INPI – Instituto Nacional de Propriedade Industrial 
ISO – InternationalOrganization for Standardization (Organização Internacional para 
Padronização) 
LED – Light EmittingDiode (diodo emissor de luz) 
MIL – United StatesMilitary Standard (Padrão Militar Americano) 
NA – Contato normalmente aberto 
NBR – Norma regulamentadora brasileira 
NF – Contato normalmente fechado 
PID (controladores) – (controladores) proporcional-integral-derivativo 
PME – Pequenas e médias empresas 
PWM – Pulse-widthmodulation (modulação por largura de pulso) 
PV – Processvariable(variável de processo) 
RDC – Resolução de Diretoria Colegiada 
SP – Set point 
VCA – Voltagem em corrente alternada 
VCC – Voltagem em corrente contínua 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 10 
1.1 - Aspectos teóricos quanto à Mecatrônica ....................................................................................... 10 
1.1.1 – O Controle PID ..................................................................................................................... 18 
1.2 - Definição do projeto ..................................................................................................................... 27 
1.3 - Objetivos gerais e justificativas .................................................................................................... 29 
2 - Metodologia de execução ................................................................................................................ 30 
2.1 - Materiais ................................................................................................................................... 32 
2.1.1 – CLP ................................................................................................................................... 32 
2.1.2 - Motores .............................................................................................................................. 35 
2.1.3 - Ponte H simples a relé ........................................................................................................ 37 
2.1.4 -Reed Switch ......................................................................................................................... 39 
2.1.5 - Optoacoplador .................................................................................................................... 41 
2.1.7 - Transistor MOSFET ........................................................................................................... 42 
2.2 - Métodos .................................................................................................................................... 44 
2.2.1 - Procedimentos de montagem da planta .............................................................................. 49 
2.2.2 – Circuito driver de potência ................................................................................................ 52 
2.2.3 – Testes gerais de funcionamento e simulações do CLP ...................................................... 56 
3 - Conclusões e considerações finais ................................................................................................... 66 
Referências bibliográficas ..................................................................................................................... 68 
Apêndice A ............................................................................................................................................ 71 
Apêndice B ............................................................................................................................................ 72 
Apêndice C ............................................................................................................................................ 73 
Apêndice D ............................................................................................................................................74 
Apêndice E ............................................................................................................................................ 75 
Apêndice F ............................................................................................................................................ 79 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
 
1 - INTRODUÇÃO 
1.1 - Aspectos teóricos quanto à Mecatrônica 
 É evidente a importância das inovações dos produtos no mercado 
advindasdosavançosna área micro-eletrônica.Aindústria eletrônica é a que mais agrega valor 
em seus produtos, com um mercado estimado em 800 bilhões de dólares. E para que as 
empresas mantenham-se competitivas na área, garantia fundamental para atuação num 
mercado de amplas demandas, são necessários investimentos em produtos e inovações 
(MOORE apud BARBALHO, 2006, p. 4). 
 O termo mecatrônica, cunhado pelos japoneses na década de 1970, se refere a uma 
integração multidisciplinar entre os ramos de conhecimento das engenharias mecânica e 
eletrônica e do controle computacional em seus produtos e processos (BOLTON, 2010, p.11). 
Como resultados há funções mecânicas desempenhadas por sistemas eletrônicos, por 
exemplo. Isso evidencia-se o conceito de que Bolton (2010, p11) designa por sistema 
mecatrônico – uma abordagem integrada e interdisciplinar entre os conhecimentos das 
engenharias mecânica, elétrica, eletrônica e dos sistemas de controle (BOLTON, 2010, p. 11). 
Os ramos de atuação podem ser elencados em: automotivo, aeroespacial, médico, xerográfico, 
sistemas de defesa, bens de consumo, manufatura e processamento de materiais 
(BARBALHO, 2006, p.4). 
 Os equipamentos e componentes eletroeletrônicos devem estar em boas condições de 
uso e atender, obrigatoriamente, as normas de segurança e os padrões de qualidade. Barbalho 
(2006, p. 52) comenta
1
: 
“O objetivo dessas normas é evitar riscos relacionados com choque por correntes de 
fuga, sobretensões eventualmente decorrentes de instalação elétrica local, resistência 
de aterramento incapaz de proteger operadores e usuários em caso de descargas 
eletrostáticas e um grande número de situações de risco relacionadas com 
grandezas mecânicas, térmicas e químicas” (grifos nossos). 
 
1
 Nessa parte o autor cita as diretrizes das normas estabelecidas pela Comissão Eletrotécnica Internacional 
(InternationalElectrotechnicalCommission –IEC): IEC 60601-1:2010 (referente a requisitos gerais para 
segurança básica e desempenho essencial em equipamentos eletromédicos), IEC 60601-1-2 (referente a 
compatibilidade eletromagnética em equipamentos eletromédicos) e IEC 60825 (referente à segurança em 
produtos que utilizam tecnologia laser). 
11 
 
 
 Quanto à qualidade dos produtos, cabe mencionar que estes devem atender aos 
padrões de qualidade atestados em conformidade com os instrumentos normativos. A norma 
NBR ISO 9001:2008 trata dos requisitos genéricos para implantação de sistemas de gestão da 
qualidade, através de melhorias de processo contínuas e monitoradas, visando aumentar a 
satisfação do cliente. 
 A referida norma sugere para as empresas e organizações que pretendam implantar 
sistemas de gestão da qualidade para seus produtos devem atender: 
 Objetivos da qualidade e requisitos para o produto; (item 7.1 tópico a) 
 A necessidade de estabelecer processos e documentos e prover recursos 
específicos para o produto; (item 7.1 tópico b) 
 Verificação, validação, monitoramento, inspeção e atividades de ensaios 
requeridos, específicos para o produto, bem como os critérios para a aceitação 
do produto; (item 7.1 tópico c) 
 Registros necessários para fornecer evidência de que os processos de realização 
e o produto resultante atendem aos requisitos. (item 7.1 tópico d) 
 
 As normas aplicáveis, afora as generalistas, variam conforme o tipo de produto, de seu 
uso no mercado, da forma como os órgãos públicos homologam a regularizam e exercem o 
controle fiscalizador. Por exemplo, para equipamentos médicos e de uso medicinar existe a 
NBR ISO 13485:2004
2
; para produtos com fins militar ou espacial, nos quais exigência de 
performance e comunicação é maior, existem as normas MIL (padrão militar americano) e 
ESA (padrão aeroespacial europeu) (BARBALHO, 2006, p. 54). 
Para garantir que a execução de um processo transcorra de maneira controlada e com 
precisão é fundamental planejar e documentar como será feita essa atividade. Pois, além de se 
ter um documento mestre (de referência), a parte de documentação indica uma atenção 
gerencial por parte dos gestores e executores. 
 
 
2
 NBR ISO 13485:2004 – trata dos requisitos para fins regulamentares de sistemas de gestão da qualidade para 
produtos de saúde. 
12 
 
 O caso da suspensão inteligente de um caminhão como um exemplo de sistema 
mecatrônico (BOLTON, 2010, p. 12). Ela pode ajustar (automaticamente) o nivelamento 
quando há carregamento irregular ou no caso de o caminhão fazer uma curva. Os processos 
são realizados automaticamente e com monitoramento em seus estágios. 
 Avançando no estudo dos sistemas mecatrônicos, existem os sistemas embarcados, 
que são elementos onde microprocessadores3 estão embutidos no processo. Um sistema 
embarcado é “um sistema microprocessado para controlar uma gama de funções e que não foi 
projetado para ser programado4 pelo usuário da mesma forma que ocorre com um 
computador” (BOLTON, 2010, p. 13). Exemplifica-se com o caso do uso de 
microcontroladores em um sistema de controle em uma máquina moderna de lavar roupas. O 
microprocessador controla os ciclos de lavagem, o trabalho das bombas e motores e analisa a 
temperatura da água no cesto de lavagem. Outro exemplo de sistema embarcado são os 
controles microprocessados em sistemas de frenagem ABS.A conceituação de sistemas 
mecatrônicos abrange atuadores, controladores e sensores, conforme ilustra a Figura 1. 
 
Figura 1 - elementos básicos de um sistema mecatrônico. 
 
Fonte: BOLTON (2010, p.12). 
 
 A mecatrônica é “como um sistema mecânico com realimentação elétrica” permitindo 
“transferir a complexidade do sistema mecânico para a eletrônica ou o software”, sendo que o 
 
3
 Bolton (2010, p.120 define microprocessador como “essencialmente um conjunto de portas lógicas e elementos 
de memória que são conectados como componentes individuais, mas cujas funções”. Para utilizar os 
microprocessadores são necessários chips (circuitos integrados), memória para armazenar dados e portas de 
entrada/saída. 
4
 Pode-se dizer que também não pode ser reprogramado, e mais uma vez, diferentemente de um computador. 
13 
 
controle eletrônico aumenta a precisão, um aumento na capacidade de implementações e um 
rápido tempo de resposta (HORIKAWA apud BARBALHO, 2006, p. 9). 
 No sistema mecatrônico, o usuário estabelece os parâmetros desejados, os quais são 
monitorados pelos sensores, e estes fornecem o estado das variáveis para o controlador que 
trata os sinais. A partir das informações enviadas pelo controlador, os atuadores podem alterar 
(ou não) o processo. Há que se ressaltar que um sistema mecatrônico envolverá tanto 
grandezas elétricas, como o tratamento de sinais elétricos ou digitais, como grandezas 
mecânicas, por exemplo, a força aplicada por um atuador pneumático linear. A Figura 2 
demonstra essa dinâmica. 
 
Figura 2 - um projeto mecatrônico. Fonte: 
 
Fonte: Horikawa apud Brabalho (2006, p. 9). 
 
 O desenvolvimento de um projeto de sistema passa em consideração aos seguintes 
estágios(BOLTON, 2010, p.13): 
 Necessidade: é a origem para trabalhar o desenvolvimento de um sistema – é ela que o 
determina; 
 Análise do problema: analisar a natureza do problema. É importante ter uma definição 
clara do escopo, caso contrário irá acarretar prejuízos ou retrabalho, não atingindo 
resultados satisfatórios ou mesmo impedir o desenvolvimento do sistema; 
 Definição da especificação: é estabelecer os requisitos necessários para a performance 
do sistema; 
14 
 
 Geração de soluções possíveis: denominada como estágio conceitual. As propostas de 
soluções são implementadas para cada função especificada, e mesmo a busca por 
soluções tidas em problemas similares; 
 Seleção de uma solução adequada: feitas simulações aos sistemas elegíveis, escolhe-se 
aquele(s) mais adequado(s); 
 Construção do projeto detalhado: pode ser necessária a construção de modelos e 
protótipos; 
 Documentação do projeto: é essencial para descrever o projeto em seus detalhes, 
permitindo a guarda de informação e reprodução de resultados. 
 
A abordagem em um sistema mecatrônico abrange a simultaneidade de conhecimentos 
de mecânica, eletrônica, tecnologia de computadores e engenharia de controle.Um sistema 
mecatrônico pode trazer soluções satisfatórias para alguns problemas: 
“(...) considere o projeto de uma balança como as usadas em banheiros. Tais 
balanças podem ser consideradas apenas em termos da compressão de molas e do 
mecanismo usado para converter o movimento em rotação de um eixo e assim em 
movimento de um ponteiro sobre uma escala; um problema que pode ser 
considerado no projeto é que o peso indicado não deve depender da posição da 
pessoa sobre a balança. Entretanto, outras possibilidades podem ser consideradas se 
os conhecimentos aplicados forem além de um projeto puramente mecânico. Por 
exemplo, as molas podem ser substituídas por células de carga com straingauges 
(transdutor usado para medição de força), com indicação digital da medida do peso 
indicada por display de LED através de um microprocessador. (...) A melhoria na 
flexibilidade é uma característica comum dos sistemas6ktr‟ mecatrônicos em 
comparação com os tradicionais.” (BOLTON, 2010, pp.14-15). 
 Em sistemas mecatrônicos, quando na fase de estágio conceitual, são criados modelos 
de sistema, nos quais são previstas as entradas de informações (ou dito como alimentação do 
sistema) e seu comportamento (o processo). O sistema é representado por meio de diagramas 
apresentando necessariamente entrada(s), processo e saída(s). E para representar o 
comportamento do sistema por meio de equações algébricas utiliza-se a modelagem de 
sistema; onde as variáveis dependentes são as informações de entrada, a equação matemática 
é o que descreve o processo do sistema e a variável independente, o resultado do processo, 
são os dados de saída. 
15 
 
 Mas a concepção de sistemas não é apenas, em muitos casos, um processo simples, 
descrito apenas por uma etapa do diagrama; e sim uma sequência de etapas interconectadas, 
cada qual executando uma função específica. A saída de um processo alimentará informações 
para apróximaetapa, num fluxo de informações.Elucida-se com o caso de um aparelho de CD, 
conforme representado na Figura 3. 
 
Figura 3 – um modelo de sistema (simplificado) para um aparelho de CD. 
 
Fonte: BOLTON (2010, p.17). Org. pelos autores. 
 No exemplo, esquematizado na Figura 3,existem três blocos interconectados, com a 
alimentação do sistema sendo a entrada do CD e a saída, o som.Um sistema de controle, 
necessário em muitos processos e máquinas nas indústrias em geral, é projetado para 
desempenhar as seguintes funções: 
 Controle das variáveis de processo em determinados valores. Por exemplo, o controle 
de temperatura e umidade do ar em ambientes climatizados; 
 Controle de uma sequência de eventos. Por exemplo, os ciclos de lavagem de uma 
máquina de lavar roupas ou ciclos de esterilização em autoclaves; 
 Controle de ocorrência de eventos: travas e sistemas de segurança em máquinas 
industriais. 
Em sistemas de controle temos um elemento controlado de processo importante: o 
controle por realimentação. A unidade de controle compara e analisa o valor de saída do 
sistema com o valor de referência-padrão. Caso ocorra um desvio, envia-se um sinal de 
resposta para ajuste. Um exemplo prático disto são as salas climatizadas a partir de 
aquecimento central. Conforme a Figura 4, os dados de temperatura da sala são comparados 
com a temperatura desejada, e a partir disso se determinará a alteração ou não da temperatura 
no ambiente. 
16 
 
 
Figura 4 - controle por realimentação em uma sala climatizada. 
 
Fonte: Bolton (2010, p.19). Org. pelos autores. 
 
 A Figura 5 apresenta um sistema de controle em malha fechada com os seguintes 
elementos básicos: 
 Variável controlada: nível de água no tanque; 
 Valor de referência: ajuste prévio, mediante ao posicionamento da esfera flutuante e 
da alavanca; 
 Elemento de comparação: alavanca; 
 Sinal de erro: a diferença entre o valor real e o ajustado de acordo com a posição da 
alavanca; 
 Unidade de controle: mecanismo alavanca-pivô; 
 Unidade de correção: aleta, a qual controla abertura e fechamento da entrada de água 
no tanque; 
 Processo: nível de água no tanque; 
 Dispositivo de medição: esfera flutuante e alavanca. 
 
 
 
 
 
17 
 
 
Figura 5 - controle automático do nível de água em um tanque. 
 
Fonte: BOLTON (2010, p.23). Org. pelos autores. 
 
 Em mecatrônica há duas configurações de sistemas de acordo com o tipo de sinal 
tratado. Primeiramente os sistemas analógicos, que foram os precursores em sistemas de 
controle deprocessos. Neles todos os sinais são funções contínuas no processo. Já os sistemas 
digitais foram desenvolvidos com o avanço da computação. E uma vez que esta trata sinais de 
forma binária (0 ou 1 bit), o valor da variável é convertido para uma sequência de pulsos 
on/off, nos respectivos níveis de tensão. 
 Nas operações de processo existe uma sequência de etapas de operação, na qual as 
ações de controle são ordenadas em tempo/eventos; a isto se chama controle sequencial. Esse 
controle é constituído mediante um circuito elétrico composto de elementos de controle 
(chaves e relés) conectados adequadamente para o propósito de processo. A mesma função 
fazem com eficiência maior os sistemas microprocessados programáveis. 
 Outros elementos muitos empregados na indústria de processos são os sensores e os 
transdutores. Os sensores são elementos capazes de produzir um sinal como reposta a 
determinada grandeza física mensurável. Por exemplo, um termopar gera um valor tensão em 
função da temperatura a qual ele está submetido – têm-se assim um sensor. Similarmente, o 
transdutor retransmite um sinal de determinada natureza recebido respondendo em outra 
grandeza associada, convertendo assim os sinais. Por certo ponto de vista, sensores são 
transdutores. 
18 
 
Em suma, um projeto mecatrônico deve integrar elementos de mecânica, eletrônica e 
computação (software) de maneira integrada e que seu funcionamento parta de um modelo de 
sistema de controle em malha (aberta ou fechada). 
 
1.1.1 – O Controle PID 
 
Os sistemas de controle em malha aberta
5
 são “simples e baratos, mas não compensam 
as possíveis variações internas da planta, nem as perturbações externas inerentes a um 
processo industrial” (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010, p.3). 
Por exemplo: a vazão de um tanque (valor de referência ou setpoint) é determinada 
pela abertura da válvula de purga. Mas, conforme o nível do tanque diminui, para a mesma 
abertura da válvula, a vazão no processovai diminuir – por conta da menor pressão sobre o 
líquido, além de desgastes da válvula.Isto acaba tornando inadequada a resposta da curva de 
calibração (CAMPOS; TEIXEIRA, 2010, p.4). 
Na Figura 6, a temperatura de saída deve ser 70⁰ C. para isto, a válvula foi ajustada em 
15%. Entretanto, acontece uma perturbação na temperatura quando da entrada do fluido de 
aquecimento. O sistema poderá se afastar do SP. O controle em malha aberta se torna 
oneroso. 
 
 
5
São sistemas sem feedback, sem o elemento controlador, que compensa as perturbações possíveis no processo. 
19 
 
Figura 6 - desempenho do controle em malha aberta. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
O controle já é diferente em malha fechada. A Figura 7 mostra a temperatura 
controlada automaticamente em 70⁰ C a partir de 25 segundos, com uma variação controlada 
na temperatura de entrada. O controlador atua na abertura da válvula para trazer a temperatura 
ao valor de SP. Mas o controle em malha fechada traz o problema da instabilidade para o 
sistema ao tentar fazer ajustes de erro na relação PV (variável de processo e SP). 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
 
Figura 7 - um controle em malha fechada. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
 Para redimir tais problemas existem os controladores PID. O controle Proporcional-
Integral-Derivativo (PID) é um dos mais usados em malha fechada. São dois tipos de 
problemas em sistemas em malha fechada: REGULATÓRIO e SERVO. 
 REGULATÓRIO – o SP é fixo e o processo deve ser o mais próximo possível deste 
valor. A solução é minimizar os efeitos das perturbações (FIGURA 8); 
 
21 
 
Figura 8 - controle regulatório. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
 SERVO – A operação deve seguir uma trajetória – típico em processos de produção 
por batelada. O objetivo é seguir o mínimo erro entre SP e PV (FIGURA 9); 
Figura 9 - o controle servo. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
22 
 
 Considere um sistema no qual um fluido frio A passa pelos tubos com uma vazão 
mássica (MA, em kg/h) em uma temperatura de entrada TA1. O objetivo é controlar a 
temperatura de saída (TA2) em função da vazão do fluido quente B (com MB e TB1) (FIGURA 
10). 
 
Figura 10 - modelo de um sistema trocador de calor a ser controlado. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
 Para tal modelagem (FIGURA 11): 
 Considere a quantidade de calor (Q, em kcal/h) fornecida por B sendo proporcional à 
abertura da válvula (Q = K*saída do TIC
6
); 
 Considerando que não há vaporização do fluido A e sua temperatura de saída (TA2) 
possa ser calculada por: TA2 = TA1 + (Q/(cp*MA)), onde cp é o calor específico (em 
kcal/kg.C); 
 Ganho do processo: K = (∆T/ ∆U), onde ∆T é a variação na variável de saída e ∆U é a 
variação na variável de entrada; 
 Constante de tempo (Ƭ) que é o tempo necessário para a temperatura alcançar 63% do 
valor SP; 
 
 
 
6
Segundo norma ISA 5.1, é um indicador e controlador de temperatura. 
23 
 
Figura 11 - modelo dinâmico do sistema. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
 Tempo morto (Ɵ) é o tempo a partir do qual um início da perturbação na variável 
manipulada (PV) traz resposta na variável controlada (SP), ou tempo de transporte. 
 
O controlador proporcional (P) gera a saída proporcionalmente ao erro (e(t)). Kp é o ganho 
do controlador (eq. Algoritmo de posição):u(t) = Kp * e(t) + u0 ,onde u(t) é uma saída, válvula 
p. ex., entre 0% a 100%; u0 é o valor inicial (FIGURA 12). A Figura mostra a ação do 
controlador proporcional para um ajuste de erro em degrau. A ação proporcional é também 
em degrau e nesse caso o ganho (Kp) é 3. Enquanto o erro não variar, a saída permanece 
constante (regime permanente). 
Figura 12 - controle proporcional. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
24 
 
 
Figura 13 - ação proporcional. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
O controlador proporcional e integral (PI) gera a saída proporcional ao erro e à integral 
do erro (I): 
𝒖 𝒕 = 𝑲𝒑 ∗ 𝒆 𝒕 + 𝑲𝒑 ∗
𝟏
𝑻𝟏
∗ 𝒆 𝒕 𝒅𝒕 + 𝒖 
𝟏
𝑻𝟏
é o ganho integral do controlador (número de repetições por segundo), 𝑻𝟏é o 
tempo integral. 
 A Figura 14 mostra a ação do controlador integral (I) quando ocorreu um erro em 
degrau. Ela é a integral do degrau, uma rampa. A ação integral aumenta ou diminui a saída do 
controlador indefinidamente enquanto houver o erro. 
 
25 
 
Figura 14 - ação integral. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
O controlador proporcional, integral e derivativo (PID) gera a saída proporcional ao 
erro, à integral do erro e à derivada do erro: 
𝒖 𝒕 = 𝑲𝒑 ∗ 𝒆 𝒕 + 𝑲𝒑 ∗
𝟏
𝑻𝟏
∗ 𝒆 𝒕 𝒅𝒕 + 𝑲𝒑 ∗ 𝑻𝑫 ∗
𝒅𝒆
𝒅𝒕
 𝒕 + 𝒖𝟎 
𝑻𝑫é o tempo derivativo do controlador. 
A Figura 15 observa-se um erro em rampa. A ação proporcional também é uma rampa 
e a ação derivativa soma um valor constante a esta rampa. O tempo derivativo antecipa a ação 
do proporcional, que só iria ocorrer 5 segundos depois. 
 
26 
 
Figura 15 - ação do controlador PID. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
Se não existisse a ação derivativa, a saída do controlador só seria igual a 15% após os 
5 segundos. Mas, com o derivativo igual a 5, a saída do controlador é igual a 15% no tempo 
inicial (zero). O tempo derivativo estima uma tendência de aumento ou diminuição do erro e 
atua na saída do controlador de forma a eliminar este potencial erro. Ela facilita o controle e 
evita oscilações em processos lentos. 
Estes controles são utilizados, por exemplo, no “balanço de massa” das plantas. i.e., 
para manter um nível de um tanque ou vaso constante é necessário que a vazão mássica de 
entrada (Me) seja igual à de saída (Ms) (FIGURA 16). 
Desta forma, quando acontece um aumento na vazão de entrada a 10L/min, o controle 
de nível (LIC) deve aumentar a vazão de saída também a 10L/min. Mas esta variação entrada-
saída não precisa ser concomitante. Pode-se varia a vazão de saída algum tempo depois das 
mudanças terem acontecido na entrada (tempo de residência): permite isolar áreas da planta, 
como uma capacitância, pulmão. 
 
27 
 
Figura 16 - um modelo para controle de nível. 
 
Fonte: Campos; Teixeira (2010). Org. pelos autores. 
 
O tempo de residência é calculado dividindo o volume disponível do tanque pela 
vazão volumétrica que escoa do mesmo. Por exemplo: um volume de 20L e uma vazão de 
100L/h fornecem um tempo de residência de 0,2 hora (12 minutos). Quanto maior o tempo de 
residência, melhor para o controle – pois se pode amortecer as perturbações mais facilmente e 
trabalhar isoladamente as diversas áreas da unidade. 
A equação do balanço de massa: 𝜌 ∗ 𝐴 ∗
𝑑𝐿
𝑑𝑡
= 𝑀𝑒 −𝑀𝑠, onde 𝑀𝑒 e 𝑀𝑠 são as vazões 
mássicas, 𝐴 a área, 𝜌 a massa específica, 𝐿 o nível e o produto 𝜌 ∗ 𝐴 ∗
𝑑𝐿
𝑑𝑡
 é a acumulação, 
variação da massa no tempo. A massa pode ser obtida pelo produto área-nível-massa 
específica. 
 
1.2 - Definição do projeto 
 
 O presente trabalho constituiu-se em elaborar uma máquina que efetuará mistura de 
diferentes tipos de líquidos, que são os reagentes, obedecendo a uma etapa de preparação 
determinada pelo usuário, que corresponde à receita do processo (controlado por um CLP). 
28 
 
Também cabe mencionar que é ampla a abrangência dos misturadores nasindústrias de 
processo, como nas indústrias químicas, farmacêuticas, de alimentos entre outras. 
 A proposta inicialmente sugerida pelo professor orientador era de criar um protótipo 
de uma máquina misturadora
7
 que pudesse trabalhar em três diferentes tipos de controle: 
contínuo, descontínuo (que corresponde ao processo em batelada) e misto. Assim, as 
possibilidades de uso do protótipo seriam de simular processos por batelada, contínuo e o 
PID. 
 O controle por batelada
8
foi implantado como um controle de processo discreto feito 
por etapas de tempo (vide em item „2 – Metodologia de execução‟), alterando-se o nível de 
preenchimento dos tanques. O processo por controle contínuo seria aplicado pelo usuário no 
seletor POT X, da borneira: quando o usuário o alterasse, haveria diferença na vazão de saída 
e o controlador CLP atualizaria o processo, aumentando ou diminuindo a vazão. O controle 
PID já seria uma etapa mais sofisticada para o controle de processos em malha fechada, que 
elimina as oscilações (pela ação proporcional), elimina o desvio de off-set (ação integral) e 
fornece ao sistema uma ação antecipativa (pela derivativa) (SENAI-ES, 1999, p. 39). 
 A mistura foi executada mediante ao programa CLP
9
controlada por ciclos de 
temporização, com a realização da agitação mecânica das hélices no tanque misturador. O 
protótipo foi planejado com a seguinte configuração (FIGURA 17): a partir de três tanques 
isolados (designados A, B e C)os líquidos foram bombeados (pelas bombas A, B e C, 
respectivamente) para o tanque X, seguindo a rotina de tempos, no qual foi feita a mistura 
pelas hélices do agitador, movido através da ação do motor X. Por fim, a bomba do tanque 
misturador (bomba X) feza drenagem da mistura para a saída do sistema. 
 A sequência de tempos é um sistema estático, uma vez que não houve um estado de 
variável física controlada (por exemplo, a vazão ou os níveis dos tanques), o que 
corresponderia a um sistema dinâmico. 
 
 
7
A máquina de referência foi a disponível em mercado pela empresa FESTO: o kit didático MPS® EduKit PA. A 
diferença é que este produto efetua controle por sinais discretos (controle descontínuo), não se faz o controle de 
processo que opere por sinais tipo analógico. 
8
São processos descontínuos (ou também tratados como processos discretos): “é um processo que seu produto 
final é obtido em uma quantidade determinada após todo o ciclo” (SENAI-ES, 1999, p. 16). 
9
No item „2 – Metodologia de execução‟ há uma descrição do processo de mistura. 
29 
 
Figura 17- diagrama10 esquemático do protótipo. 
 
Fonte: elaborado no ambiente do software Lucidchart. 
 
1.3 - Objetivos gerais e justificativas 
 
 O presente trabalho teve como objetivo principal a elaboração, construção e operação 
de um protótipo de ummisturador mecânico de soluções,do qual pudesse ser efetuado o 
controle de tempos de processo.A construção desse equipamento também serviu como uma 
forma de aplicar os conhecimentos e aprendizagens adquiridos ao longo do curso Técnico em 
Mecatrônica no IFSP – Campus Araraquara. 
 O objetivo do protótipo de misturador pode ser aplicações gerais de uma proposta de 
automação industrial. Além da etapa de mistura, o controle de vazão de líquidos foi 
abordado
11
, haja vista que a vazão é uma importante variável de processo, seja por conta de 
ser um parâmetro necessário para controle em uma reação química, por evitar desperdício de 
matéria-prima, por garantir o controle de qualidade ou verificar o rendimento do processo 
(NAKAGAWA, 2009, p. 15). 
 Houve inicialmente a etapa de estudo e pesquisa bibliográfica de termos gerais da área 
mecatrônica a fim de estruturar um entendimento maior da lógica do processo de controle, 
bem como de sua implementação em fase de protótipo. Foi realizado um estudo prévio dos 
 
10
Para a elaboração do diagrama foi utilizada a biblioteca de símbolos de instrumentação do Lucidchart e para a 
identificação dos sensores de alarme e de nível nos tanques seguiu-se as diretivas da norma ANSI/ISA-5.1-1984 
(R1992). 
11
Porém, não houve controle direto da vazão pelo processo PID(proporcional-integrativo-derivativo). Maiores 
esclarecimentos constam neste relatório. 
30 
 
diversos componentes a serem montados no protótipo, sendo posteriormente realizada a 
escolhas dos materiais. 
 
2 - Metodologia de execução 
 
A fim de melhor indicar os procedimentos que o algoritmo do programa proporcionou 
ao protótipo realizar, foi elaborado um Diagrama (de Máquina) de Estados
12
 (FIGURA 18). 
No estado inicial está a transição „FS‟13 (firstscan) para o estado „parado‟. Por acionamento, o 
usuário inicia uma nova transição, indicada por „ciclo‟ na Figura 7. 
Dentro do estado „líquido A‟ é acionada a bomba centrífuga („bomba A‟) por 
temporização controlada pelo CLP para 3 segundos de funcionamento. Contudo, caso algum 
dos níveis dos reservatórios estejam abaixo do limite inferior, fato este indicado pela 
expressão booleana „LA A + LA B + LA C‟14, a programação será automaticamente desviada 
para o estado de alarme. Os tanques de armazenamento B e C seguem a mesma lógica de 
processo do tanque A. 
Terminados os ciclos nos tanques de armazenamento, acontece o estado „misturar 1‟: o 
motor misturador é acionado por 10 segundos em um determinado sentido de rotação, de 
acordo com a configuração da Ponte H (consultar o item 2.1.3 deste relatório). Após os 10 
segundos ocorre o estado „misturar 2‟, com a única diferença no sentido de rotação. A 
transição „T4b‟ passa o processo para o estado „esvaziar‟, quando ocorre o acionamento da 
bomba centrífuga do tanque misturador. A bomba faz o esvaziamento até acionar o alarme de 
nível mínimo (transição „LA X‟). E então acontece o estado final „parado‟, até que seja 
acionado um novo ciclo. 
 
 
12
 Esse diagrama descreve os estados de um processo, mostrando a estrutura do sistema, suas classes e objetos, 
atributos, métodos e relações entre os objetos. Ele é baseado nos conceitos de linguagem de modelagem do 
Diagrama de Classe. Para mais informações sobre o tema, consultar: (1) Guedes, G. T. A. UML Uma 
Abordagem Prática. São Pulo: Novatec, 2005; (2) Larman, Craig. Utilizando UML e Padrões. Porto Alegre: 
Bookman, 2004. 
13
 Essas e outras referências ao funcionamento do CLP podem ser esclarecidas a partir da página 22, item 2.1.1 
deste relatório. 
14
 Seguindo a nomenclatura proposta pela norma ANSI/ISA-5.1-1984 (revisada em 1992), LA indica alarme de 
nível. Os sinais de adição (+) na expressão booleana indicam lógica OU. 
31 
 
Figura 18 - diagrama de estados para o funcionamento do protótipo. 
 
Fonte: elaborado no ambiente do software yEd – Graph Editor. 
 
32 
 
 
2.1 - Materiais 
 Nesta seção estão descritos os materiais empregados na construção do protótipo. Em 
Apêndice B, a tabela „insumos e materiais -acessórios‟ indica uma relação do que foi 
empregado e que não consta nesta seção. 
2.1.1 – CLP 
 
 Um CLP faz uso de uma memória programável na qual são armazenadas instruções 
inseridas pelo operador e são implementadas as funções para o controle de processos. Este 
equipamento faz a varredura de estados (scan) e controle das PVs, através de instruções e 
funções específicas como contagem, de temporização, lógica ou aritmética. 
Ele é um sistema microprocessado, que é constituído por microcontrolador, programa 
Monitor, memória de programa, memória de dados, interfaces de entrada e saída e circuitos 
auxiliares.Uma descrição sumarizada sobrea estrutura interna e o funcionamento de um CLP 
estão na Figura 19 (em um diagrama funcional) e na Tabela1. 
 
Figura 19 - modelo da estrutura interna de um CLP. 
 
Fonte: ANTONELLI (2014). 
 
33 
 
Tabela 1- descritivo dos principais itens de um CLP. 
Dispositivo Função 
Fonte de 
alimentação 
1 – converte a tensão da rede (110/220 VCA) para valores 
apropriados à alimentação dos circuitos eletrônicos. Antonelli 
(2014) aponta os valores de +5VCC para o microprocessador e 
memórias; 2 – fornecer valores tensão às unidade de 
entrada/saída, em valores de 12 ou 24 VCC; 
Unidade de 
processamento 
central (CPU) 
É responsável pelo controle lógico e aritmético dos circuitos. 
Para CLPS modulares, ela fica em placas separadas (módulos). 
E em CLPs de menor porte, fica com os demais componentes e 
circuitos em um módulo apenas. 
Baterias Servem para manter os parâmetros ou programas (esses 
executáveis em memória RAM) quando houver corte de energia 
elétrica da fonte, além de guardar informações do equipamento. 
Usualmente utilizam-se baterias recarregáveis. 
Memória do 
programa Monitor 
O programa Monitor gerencia todas as atividades do CLP 
(dentre elas o controle da comunicação do terminal de 
programação (computador) e CLP, estado da bateria etc), 
ficando armazenado em memórias
15
 do tipo PROM, EPROM ou 
EEPROM. Não pode ser modificada pelo usuário. 
Memória do usuário Onde fica armazenado o programa (algoritmo) desenvolvido 
pelo usuário, sendo a memória tipo RAM, de cartuchos de 
memória, por exemplo. 
Memória de dados Região do mapa da memória RAM do CLP especificada para 
armazenar os dados do programa do usuário, tais como valores 
de temporizadores, de controladores, código de erros. E por isso 
mesmo são consultados e alterados no decorrer da execução do 
programa. 
Memória imagem 
das entradas/saídas 
São retidas as informações sempre que CPU executa ciclos de 
leitura de entradas (scan) ou modificações das saídas. 
 
15
 PROM: programmableread-onlymemory, memória programável de leitura. 
EPROM: erasableprogrammableread-onlymemory, memória programável apagável somente de leitura 
EEPROM: electrically-erasableprogrammableread-onlymemory, pode ser reprogramada várias vezes 
eletricamente. 
34 
 
Circuitos auxiliares Atuam em casos de falha no CLP. Sendo alguns: 
-POWER ON RESET: desliga todas as saídas no instante em 
que se energiza o equipamento, para evitar algum acionamento 
indevido; 
-POWER DOWN: para quando for desenergizado, preparar a 
CPU para armazenar os dados na memória em tempo hábil; 
-WATCH-DOG TIMER: garante que, em caso de falha na 
CPU, o programa entre em processamento repetitivo contínuo 
(loop). Para isso, este circuito é solicitado em intervalos de 
tempo. Caso não seja acionado, ele assume controle do circuito, 
indicando falha geral. 
Fonte: compilado a partir de ANTONELLI (2014). 
 
 Os primeiros CLPs foram desenvolvidos na indústria automobilista, implementados 
pela HydronicDivisionda General Motors, sob a liderança do engenheiro Richard Morley. O 
projeto visava substituir o uso de painéis de controle a relés
16
, uma vez que para cada 
mudança da linha de montagem era necessário reestruturar os circuitos elétricos e mecânicos. 
Por conta de versatilidade de aplicações e facilidade de uso, os CLPsestão difundidos em 
muitas aplicações de controle de processos em diversos ramos industriais. Dentre algumas de 
suas vantagens estão: requerem menor potência elétrica, são programáveis, manutenção fácil e 
rápida e flexibilidade, efetua controle de informações de entrada e saída, robustez que garante 
operar em ambientes com variação de temperatura, umidade, vibração e ruídos 
(ANTONELLI, 2014; NAKAGAWA, 2009, p. 19). 
 Quando o CLP é inicializado acontece uma série de rotinas pré-determinadas 
arquivadas na memória do programa Monitor. Elas verificam o funcionamento eletrônico da 
CPU, da memória interna e dos circuitos auxiliares, verifica o estado das chaves principais 
(RUN/STOP, PROG etc), desativa todas as saídas, verifica existência de algum programa de 
usuário e, quando houver alguma falha, emite aviso de erros. A seguir ocorre o ciclo de 
varredura (scan), no qual são verificados os estados das entradas. 
 Após a varredura, o CLP armazena os dados de entrada e saída na memória imagem 
das entradas e saídas. O CLP consulta a esta memória da imagem das entradas no decorrer da 
 
16
 Estes painéis de comando empregavam relés, temporizadores entre outros dispositivos. 
35 
 
execução do programa do usuário, e atualiza o estado da memória imagem das saídas em 
função dos parâmetros e definições estabelecidos no programa desenvolvido pelo usuário. 
Sendo então atualizados os valores na memória das saídas e atualiza os módulos de saída. 
Assim, inicia-se um movo ciclo de varredura, conforme ilustra a Figura 20. 
 
Figura 20 - diagrama do princípio de funcionamento de um CLP. 
 
Fonte: ANTONELLI (2014). 
 
2.1.2 - Motores 
 
 Foram adquiridasquatro bombas centrífugas 12 VCC, com especificações descritas na 
Tabela 2. Tentou-se contato com o fabricante das bombas a fim de obter informações técnicas 
adicionais
17
, porém não houve retorno. 
 
 
 
 
17
 As informações solicitadas vias questionário por e-mail eram: fluxo impulsionado (em L/h), vazão de 
alimentação (em cm3 por segundo), consumo de corrente máximo (em ampères) e potência nominal (em W). 
36 
 
Tabela 2 - características técnicas das bombas centrífugas 
Identificação: Bomba do reservatório de gasolina da 
partidaà frio 
Modelo: DK.820 
Número de saídas: 1 
Aplicação: Universal 
Fabricante/distribuidor: Drift do Brasil 
Tensão de alimentação: 12 V 
Fonte: org. pelos autores. 
A bomba é um mecanismo que proporciona a transferência de um determinado fluído 
de um reservatório para outro local de uso. Por definição, motores são máquinas que 
convertem alguma forma de energia de alimentação (por exemplo, elétrica, hidráulica) em 
energia mecânica. Neste protótipo, as bombas terão a função de uma bomba hidráulica. Na 
Figura 21, uma imagem da bomba modelo DK.820, em escala, utilizada no protótipo. As 
bombas farão as transferências programadas de líquidos dos reservatórios para o tanque de 
mistura. 
 
Figura 21 – Bomba centrífuga 12 VCC, modelo DK.820, da Drift do Brasil . 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
37 
 
 Também foi reaproveitado o motor usado em uma micro-retífica (modelo S1J-180B 
Rothenberger, da fabricante austríaca Walter Werkzeuge Salzburg GmbH
18
) para que seja 
utilizado como misturador (mixer) no protótipo, conforme a Figura 22. 
 
Figura 22 – Motor de uma micro-retífica S1J-180B Rothenberger, da Walter Werkzeuge Salzburg GmbH. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
2.1.3 - Ponte H simples a relé 
 
 Um circuito ponte H tem a finalidade de controlar a direção de giro e potência 
transferida de algum motor de corrente contínua determinadas através das saídas do CLP 
(PATSKO, 2014). Sabe-se que o sentido de rotação de um motor pode ser alterando 
invertendo-se a ligação nos terminais de alimentação. E para que a operação de inversão do 
sentido de rotação seja implementada, ao invés de proceder apenas com uma sequência de 
mudança das polaridades da ligação no motor de forma manual, utiliza-se a ponte H junto 
com alguns componentes, tais como transistores, relés ou chaves liga-desliga. 
 O motor funcionará quando as chaves diagonalmente opostas(S1 e S3 ou S4 e S2) 
forem acionadas, permitindo assim que a corrente percorrao motor (vide Figura 23). E 
conforme o par de chaves é acionado, a alternância do sentido de rotação acontece. Por 
exemplo, enquanto as chaves S1 e S3 ficam acionadas, acontece a rotação do motor em 
sentido horário; e com a ligação S4 e S2, há rotação em sentido anti-horário. As chaves de S1 
 
18
 Informações técnicas também foram solicitadas, via e-mail, à sede da Werkzeuge Salzburg GmbH, porém se 
resposta até o fechamento desse relatório. 
38 
 
a S4 funcionam semelhante aos relés de dois contatos reversíveis (DPDT, double pole 
doublethrough). 
 
Figura 23 - O diagrama de um circuito ponte H. 
 
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores. 
 
 Na Figura 24, o relé automotivo RAS-1210, da Sun Hold Electric Incutilizado no 
protótipo. 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
Figura 24 - ponte H simples a relé. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
2.1.4 -Reed Switch 
 
 São sensores componentes que têm a função de interruptores, chaves de contato. 
Consistem em uma ampola de vidro dopada com óxido de ferro, para garantir a dissipação de 
calor (o que apresenta uma coloração azul ao invólucro de vidro). Dentro da ampola estão 
duas lâminas flexíveis, que são os contatos, envoltas por um gás nobre, que é inerte e evita à 
oxidação e à deformação mecânica (FIGURA 25). 
Figura 25 - estrutura de um reed switch. 
 
Fonte: INSTITUTO NEWTON C. BRAGA, 2014. 
40 
 
 Comercialmente, existem várias especificações para um reed switch, tais como o comprimento 
do bulbo de vidro (medido em mm) e o comprimento total (em mm), os tipos de contato (reversível ou 
NA,NF), a corrente e potência máximas de comutação, a rigidez dielétrica entre os contatos (em mΩ) 
entre outras. Na Figura 26 estão dispostos alguns reed switches, sendo que alguns apresentam 
coloração azul na ampola por conta da dopagem com óxido de ferro no vidro, o que garante maior 
capacidade de dissipação de calor. 
 
Figura 26 - reed switches comerciais da empresa Metaltex. 
 
Fonte: disponível em <http://www.metaltex.com.br/downloads/AMPOLAS.pdf>. Acesso em: 25 mai 2014. 
 
 As lâminas formam um interruptor simples NA, e sendo feitas de material ferroso, 
uma liga especial de ferro-níquel, elas reagem na presença de um campo magnético, fechando 
assim o contato do interruptor no circuito. As características físico-químicas da liga garantem 
a concentração do fluxo magnético e ao mesmo tempo não trazem o prejuízo de uma maior 
retenção magnética
19
 (FIGURA 27). 
 
 
 
 
 
 
 
19
 A retenção magnética significa a característica de o material ficar magnetizado tempo após que o campo 
magnético externo deixa de atuar no componente. Essa característica não é interessante em um sensor reed 
switch. 
41 
 
Figura 27 - um reed switch NA em estado de condução. 
 
Fonte: INSTITUTO NEWTON C. BRAGA (2014). 
 
 O campo magnético necessário para acionar o reed switch pode ser um imã natural ou 
uma bobina induzida (com a qual designa-se relé reed). Uma característica construtiva do 
reedswitch é a sensibilidade, expressa em AT (ampère-turn, ou ampère espira) – ela é a 
intensidade do campo magnético externo (do imã ou bobina) necessário para acionar o 
dispositivo. 
 A utilidade de um reedswitché para aplicações que exigem contagem, elementos fim 
de curso, sensor de aproximação (desde que o objeto a ser detectado tenha um imã fixo em 
sua estrutura) entre outros automatismos. O manuseio deste componente exige cuidados: a 
quebra do vidro da ampola faz perder o gás inerte; cortes muito curtos nos terminais; 
soldagem inadequada e carga excessiva também afetam a vida útil. 
 No protótipo, a função do reedswitchfoi como a de um sensor de nível baixo. Para os 
quatro tanques (os três de armazenamento e o misturador) os reeds switches entram em 
atuação quando o nível do reservatório passar pelo mesmo plano onde eles estão conectados. 
Ímãs fixados em rolhas serviram como os elementos utilizados para fechar os contatos. 
 
2.1.5 - Optoacoplador 
 
 Também chamado de acoplador ótico, é formado por um LED e um fototransistor 
dentro de um CI, transmitindo a informação elétrica entre dois circuitos que estejam isolados, 
seja com fontes geradoras diferentes ou diferentes aterramentos. São utilizados como sensores 
e em fontes chaveadas, entre outras aplicações que exijam a “transferência de sinais entre 
42 
 
circuitos de forma isolada” (INSTITUTO NEWTON C. BRAGA, 2014b). Alguns destes 
dispositivos comerciais são o 4N27 ou o 4N25, de diversos fabricantes. 
 Na Figura 28 está o diagrama para um optoacoplador tipo N no qual os pinos 1 e 2 
pertencem ao LED, que será ligado ao circuito elétrico à esquerda (ou circuito de entrada) do 
optoacoplador; e os pinos 4, 5 e 6, que são, respectivamente, o emissor, o coletor e a base do 
fototransistor, semelhante a um transistor bipolar tipo NPN. 
 
Figura 28 - um diagrama esquemático para optoacopladores 4NXX de 6 pinos. 
 
Fonte: Datasheet FAIRCHILD Semiconductor ®. 
 Para este trabalho foramutilizadosoptoacopladores 4N27 na placa do driver de 
potência (descrito no item 2.2.2) com o intuito de separar as saídas de sinal do CLP e os 
atuadores, que no caso são as bombas e o motor misturador, uma vez que eles fazem parte de 
circuitos diferentes e, com isso, podem receber diferentes tensões e aterramentos. 
2.1.7 - Transistor MOSFET 
 
 Da sigla MOS (metal oxide semiconductor – metal óxido semi-condutor) e FET 
(fieldeffect transistor – transistor de efeito de campo) é um transistor semicondutor unipolar, 
ou seja, ele emprega ou cargas positivas (onde os portadores de carga são as lacunas, chamado 
tipo P) ou cargas negativas (elétrons, tipo N – como na Figura 29), formado por três 
terminais: G (gate – porta), S (source – fonte) e D (drain – dreno), sendo que a porta (G) é 
isolada dieletricamente do canal SD (fonte-dreno). 
 
 
43 
 
Figura 29 - a estrutura de um MOSFET. 
 
Fonte: INSTITUTO NEWTON C. BRAGA, 2014c. 
 Desta forma, a corrente elétrica do circuito passa pelos terminais fonte e dreno, 
contudo é controlada e ativada pela ação do controle da voltagem aplicada no gate, que gera 
um campo elétrico. Os MOSFETSs são aplicados em circuitos CMOS bem como em 
resistência controlada por tensão, circuitos de comutação de potência entre outras utilidades. 
 Paras este trabalho foi utilizado o MOSFET de potência FQP 10N20C tipo N utilizado 
para aplicações como controladores de motor, drivers de relé, entre outras, operando a partir 
de CIs. A ilustração do FQP 10N20C no datasheet do fabricante (FIGURA 30) mostra a 
forma de localizar corretamente os três terminais (G, S e D). 
 
Figura 30 - ilustração do FQP10N20C tipo N. 
 
Fonte: Datasheet FAIRCHILD Semiconductor ®. 
 
 
 
44 
 
2.2 - Métodos 
 
 A montagem do protótipo foi realizada no Laboratório de Elétrica do Instituto Federal 
de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, campus de Araraquara
20
. 
 Primeiramente, o grupo fez experimentos para a determinação da vazão volumétrica 
(em L.h
-1
 ou L.min
-1
) das bombascentrífugas. A vazão é a terceira grandeza física mais 
mensurada em processos industriais. Ela fica atrás apenas das medidas de temperatura e 
pressão, dois tipos de grandeza consideradas críticas para o controle de processos (FIGURA 
31). 
 
Figura 31 - pesquisa sobre utilização de transmissores em controle de processos. 
 
Fonte: ControlEngineering(2002) apudCassiolato e Alves (2010). Organização: autores. Obs.: os valores totais são 
maiores que 100% devido às múltiplas respostas. 
 
 A vazão volumétrica é definida como “a quantidade em volume que escoa através de 
certa secção em um intervalo de tempo considerado” (CASSIOLATO; ALVES, 2010). As 
 
20
 Para informações dos materiais e equipamentos disponíveis pertencentes ao patrimônio do laboratório, 
consulte a tabela „descritivo dos equipamentos do Laboratório de Elétrica‟ em Anexos. 
93 92
88 86
60
48
36 34
10
u
so
 (
em
 %
 d
o
s 
p
es
q
u
is
ad
o
s)
grandeza física
45 
 
unidades comumente empregadas são m
3
.s
-1
, m
3.
h
-1
, l.h
-1
, l.min
-1
, GPM (galões por minuto), 
Nm
3
.h
-1
 (normal metro cúbico por hora). A Equação 1 demonstra sua fórmula algébrica: 
 
Equação 1 - fórmula para o cálculo de vazão volumétrica 
𝑄 =
𝑉
𝑡
 , 𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝑉 − 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒; 𝑡 − 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜;𝑄 − 𝑣𝑎𝑧ã𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 Com um cronômetro e uma proveta graduada de dois litros, obtiveram-seos dados 
empíricos utilizando água potável como fluído, com valores de tensão e corrente controlados 
e mensurados pelos equipamentos fonte de alimentação e multímetro digital disponíveis no 
Laboratório de Elétrica. Os dados obtidos constam na Tabela 3. 
 
Tabela 3 - dados experimentais para a bomba centrífuga preencher uma proveta graduada de 2L. 
Corrente elétrica aplicada 
(em ampères) 
Tensão elétrica (em volts) Tempo de preenchimento 
da proveta (em segundos) 
1,3 6 45 
3 12 26 
Fonte: org. pelos autores. 
 Estabelecendo a relação tensão elétrica fornecida versus tempo de preenchimento 
como diretamente proporcional, induziram-se as seguintes equações de proporcionalidade: 
 Para uma tensão de 6 volts, o tempo de encher os dois litros da proveta graduada foi 
de 45 segundos, o que resulta em um quociente volume (em litros) por tempo (em 
segundos) 0,04 (EQUAÇÃO 2): 
Equação 2 - cálculo da vazão volumétrica em litros por segundo, com tensão de 6V. 
2𝐿
45 𝑠𝑒𝑔
= 0,04𝑙/𝑠𝑒𝑔 
Fonte: org. pelos autores. 
 
46 
 
Ou na unidade padronizada em litros por minuto, em 2,67 (EQUAÇÃO 3). 
 
Equação 3 - correspondente vazão volumétrica em litros por minuto, para uma tensão de 6V. 
2𝐿
 
45
60
 ∗ min
=
2
0,75
= 2,67𝑙/𝑚𝑖𝑛 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 Portanto, a equação que fornece o tempo de preenchimento para um determinado 
volume(em litros),com uma tensão de alimentação de6 volts,mantém (2.67)
-1
 como fator de 
proporcionalidade (EQUAÇÃO 4): 
 
Equação 4 – equação para o tempo de preenchimento em função do volume desejado (sob tensão de alimentação de 
6V). 
𝑦 =
𝑥
2,67
 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑥 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿 𝑒 𝑦 é 𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑒𝑚 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠) 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 A função linearparametrizada pela Equação 4 pode ser plotada em um gráfico 
cartesiano, tornando possível a dedução do tempo de preenchimento para os diversos valores 
de volume (vide plotagem na Figura 32). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
47 
 
Figura 32 - gráfico para a função tempo de preenchimento com umatensão de alimentação de 6V. 
 
Fonte: org. pelos autores. Elaborado no ambiente http://rechneronline.de/funktionsgraphen/ 
 
 Para uma tensão de alimentação de 12 volts, a razão proporcional litros por segundo é 
de 0,08 (EQUAÇÃO 5). 
 
Equação 5 - cálculo da vazão volumétrica em litros por segundo, com tensão de 12V. 
2𝐿
26𝑠𝑒𝑔
= 0,08𝑙/𝑠𝑒𝑔 
Fonte: org. pelos autores. 
 
Ouem 4,61 litros por minuto (EQUAÇÃO 6). 
 
Equação 6 - correspondente vazão volumétrica em litros por minuto, com tensão de 12V. 
2𝐿
 
26
60
 ∗ min
=
2
0,43
= 4,61𝑙/𝑚𝑖𝑛 
Fonte: org. pelos autores. 
 
48 
 
Portanto, a equação para o tempo de preenchimento a 12Vemprega (4,61)
-1
 como fator 
de proporção na relação tempo-volume (EQUAÇÃO 7). 
 
Equação 7 - equação para o tempo de preenchimento em função do volume desejado (sob tensão de alimentação de 
12V). 
𝑦 =
𝑥
4,61
 𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑥 é 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿 𝑒 𝑦 é 𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑒𝑚 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠) 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 A Figura 33 apresenta o gráfico semelhante ao anterior, porém um menor coeficiente 
angular. 
 
Figura 33 - - gráfico para a função tempo de preenchimento com uma tensão de alimentação de12V. 
 
Fonte: org. pelos autores. Elaborado no ambiente http://rechneronline.de/funktionsgraphen/ 
 
 Aplicando os dados de vazão calculadas para as tensões de 6Vcc e 12 Vcc junto com 
os tempos programados (T1 para a transferência do tanque A, T2 do tanque B, T3 do tanque C 
e T4a mais o T4b para etapa de mistura), foi feita uma estimativa de volume transferido, a ser 
subtraída dos tanques de origem e somadas ao tanque de mistura (FIGURA 34). 
49 
 
 
Figura 34 - cálculo dos níveis dos reservatórios com base nas equações lineares dos modelos. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 
2.2.1 - Procedimentos de montagem da planta 
 
 No Laboratório de Elétrica, após a determinação empírica da vazão da bomba 
centrífuga, foram realizadas as etapas de montagem do protótipo do misturador. 
 Com a micro retificadora na função furadeira e com uma broca de 1/8”, foram feitos 
os furos para passar as mangueiras nos reservatórios de fluídos (tanques de polietileno de (I) a 
(IV) da Figura 35). Para aumentar o diâmetro desses furos e proporcionar o adequado ajuste 
das mangueiras de silicone,foi utilizada uma broca com pedra cônica (ou pedra de retífica). 
As mangueiras têm um diâmetro externo de 1mm, ou 3/64 polegadas (medida obtida por 
paquímetro manual em escala de milímetros) e servem para conectar os diversos reservatórios 
do sistema misturador. 
 No reservatório de mistura final foram feitos furos na tampa: um furo para suportar o 
motor do misturador, um para entrada de fluído e outro para o respiro. 
 
50 
 
Figura 35 - montagem da base fixadora com os tanques reservatórios e as bombas fixadas por braçadeiras. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 As bombas foram fixadas na base de madeira por braçadeiras, cada uma servindo de 
saída do seu respectivo tanque. A seguir, foi feita a hélice do agitador que será usada no 
tanque de mistura (item (I) da Figura 36);sendo construída partir do recorte de folha de 
alumínio de 0,5 mm de espessura (FIGURA 36 e FIGURA 37). 
 
Figura 36 - recortes em chapa de alumínio para construção dahélice do misturador. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
51 
 
Figura 37 - hélice do misturador construída. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 Foi construída uma placa para servir de borneira para as entradas e saídas da 
integração CLP e circuitos de motores (FIGURA 38 e Apêndices C e D). 
 
52 
 
Figura 38 – borneira. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 
2.2.2 – Circuito driver de potência 
 
 Este circuito tem a função de controlar a intensidade de corrente (contínua) a ser 
fornecida para o motor, ao invés da ligação direta da saída do CLP, uma vez que este 
componente fornece valores baixos de corrente para o motor da bomba. Então o controle 
segue a sequência de comandos: CLP para driver de potência e deste para o motor, ou seja, é a 
ligação entre o circuito de controle com o circuito de potência. 
 O sinal de acionamento vindo da saída do CLP é detectado pelo optoacoplador (item A 
da Figura 40). Ressalta-se novamente que o optoacaplador permitiu o isolamento das saídas 
do CLP como driver de potência e atuadores (motor agitador e bombas). A partir disso, o 
MOSFET faz o controle de potência dos motores. O nível dos sinais nos contatos do driver 
53 
 
determinam o sentido de rotação do motor e o PWM define, através da intensidade de 
corrente elétrica, a velocidade de giro do motor. 
 A partir do diagrama da Figura 40 foi elaborado o layout para a construção da placa do 
circuito, que está na Figura 41. O esquema da placa foi feito no software ISIS, e em seguida 
exportado para o programa ARES, para confeccionar o circuito na placa de fenolite. Os 
softwares ISIS e ARES fazem parte do pacote Proteus versão 7.1 SP2. 
A placa, com as informações impressas estampadas (pelo método de transferência 
térmica), ficou em solução de percloreto de ferro. O percloreto age no cobre exposto, 
corroendo toda a placa, com exceção dos locais onde havia as marcas de tinta. Por último, 
foram efetuadas furação e solda
21
 dos componentes (Tabela 4) na placa. 
 
Tabela 4– componentes da placa driver de potência. 
Algarismo 
identificador na 
Figura 39 
Componente Marca Quantidade 
I Conector (borne) cor 
verde duas vias 
*** 05 unidades 
II Resistores *** 11 unidades 
III Pino conector *** 04 unidades 
IV LED vermelho *** 04 unidades 
V Dissipador de calor *** 04 unidades 
VI MOSFET de 
potência FQP 
10N20C 
FAIRCHILD 04 unidades 
VII Diodo retificador 
1N5406 
*** 08 unidades 
VIII Optoacoplador 
F817B 
FAIRCHILD 04 unidades 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 
21
Foi utilizada solda em fio marca BEST (rolo de 500 gramas) da CooksonElectronics. 
 
54 
 
Figura 39 - placa montada do driver de potência do motor, com indicação dos respectivos componentes. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 
Figura 40 - diagrama para o circuito driver de potência do motor 
 
Fonte: : elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores. 
 
55 
 
 
Figura 41 - diagrama para impressão(layout) do circuito driver de potência. 
 
Fonte: elaborado no software ARES, pacote Proteus v. 7.1 SP2. Org. pelos autores. 
 
 Também houve a hipótese de se implementar um circuito para limitar a tensão para as 
bombas e motores, apenas como um elemento adicional para divisão de tensão. Esse circuito 
seria formado por 12 diodos retificadores montados em série numa placa. Tendo cada diodo 
uma queda de tensão de 0,7 V; haveria no total 8,4 V de queda – o que traria 3,6 V para cada 
bomba e o motor (FIGURA 42 e FIGURA 43). 
 
56 
 
Figura 42 - diagrama para um circuito diminuidor de tensão sobre os motores. - 
 
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores. 
 
Figura 43-ilustração para um circuito diminuidor de tensão sobre os motores. 
 
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores. 
 
 
2.2.3 – Testes gerais de funcionamento e simulações do CLP 
 
 Os testes do programa (vide Apêndice E) foram realizados no CLP WEG Clic02 
modelo CLW-02/2OHT-D da bancada didática FESTO junto com o uso de outros módulos 
(TABELA 5). 
 
57 
 
Tabela 5- módulos da banca didática FESTO 
Módulo Componentes/características 
Fontes  Tensão: 110/220 VCA; 
 Fonte de 10 VCC. 
Chaves  Entradas digitais (chave ON/OFF) de E1 até E8 – 
servem de controle do nível dos reservatórios. 
Botões  Entradas digitais de E9 a E16, sendo E9 para o 
FirstScan e E10 para iniciar o ciclo. E1 a E4 para 
sensores de nível dos quatro tanques. 
Indicação luminosa  Chave em modo de condução PNP,sendo L1 para 
temporizador do tanque 1 (segue o mesmo 
raciocínio para L2, L3 e L4). L5 e L6 para o 
sentido de rotação do misturador e L7 para o 
alarme. 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 Na programação Ladder para este protótipo o rang 002 inicia-se com a associação 
direta (lógica E) entre o estado de memória interna „parado‟ e a instrução de entrada „ciclo‟, 
esta solicitada pelo usuário. Com ambas as condições acontecem o reset para o estado de 
memória „parado‟ e o set para o M03 (liq. a). M03 e seu respectivo temporizador („timer 1‟) 
resultam na passagem para o estado reset para liq. a e set para liq. b. isso indica que a etapa no 
tanque A acabou; e prossegue-se assim para os demais tanques – até esvaziar o tanque X, fato 
que aciona o estado „parado‟ (FIGURA 44). 
 
 
58 
 
Figura 44 - programa Ladder. 
 
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores. 
 
 
 A Figura 45 exemplifica a situação de alarme de nível baixo para o tanque B (situação 
semelhante para os tanques A e C). A retirada de líquido do tanque B cessa e o alarme é 
acionadocaso o nível esteja abaixo do permitido, tanto nesse tanque como nos tanques A e C; 
o que é garantido pela lógica OU, na ligação em paralelo formada pelas instruções de entrada 
I02, I01 e I03. 
 
59 
 
Figura 45 – programa Ladder. 
 
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores. 
 
 M06 e M07 são os estados do misturador, o qual tem o sentido de rotação controlado 
pela ponte H. ambos atuam na instrução de saída Q05 („motor x‟) e cada uma tem um 
temporizador de 10 segundos associado (FIGURA 46). 
 
Figura 46 - programa Ladder. 
 
Fonte: desenvolvido no software LAD versão 3.3.100303. Org. pelos autores. 
 
 
Os sensores de nível reed switch (LA A ao LA X) constituem as entradas para leitura 
de parâmetros no CLP. Para limitar a tensão no LT X e POT, fez-se o cálculo para o uso de 
resistores de 1k5 ohms (FIGURA 47). 
60 
 
 
Figura 47 - circuito para os sensores de entrada. 
 
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores. 
 
 
E então, daborneira (B1, B2 até Vcc) passando pelos drivers de potência das bombas 
que alimentam para tanque. As conexões PH1 e PH2 determinam os sentidos de rotação 
(FIGURA 48). 
 
61 
 
Figura 48 - circuito de saída CLP. 
 
Fonte: elaborado no software Fritzing v. 0.8.3. Org. pelos autores. 
 
 Houve um teste com para limitar a tensão de alimentação da fonte para o motor do 
misturador. Sob uma tensão 12 Vcc e corrente de 0,66 A, o resistor precisou ser 18 ohms. O 
teste foi executado com a associação do resistor em série com o motor (FIGURA 49 e 
FIGURA 50). 
 
62 
 
Figura 49 - – parâmetros para cálculo de alternativa (uso de resistores nas bombas) ao uso do circuito diminuidor de 
tensão. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
Figura 50 - ilustração para um resistorcomercial filme de carbono no valor de 18 ohms, 5% de tolerância. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 Mas as bombas funcionaram adequadamente para uma tensão de alimentação de 9Vcc 
e uma corrente de 0,85A. Cada bomba foi testada nessa condição e apresentou funcionamento 
adequado (FIGURA 51). 
 
63 
 
Figura 51- teste de trabalho das bombas. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 
 O teste dos sensores reed switch foram executados com o multímetro na função Teste 
de Diodos. O sinal sonoro (beep) indica circuito fechado, que corresponde a situação 
adequada, variando os valores de resistência no display. As pontas de prova do multímetro 
foram conectadas aos pólos do reed switch (FIGURA 52). 
 
64 
 
Figura 52 - testede continuidade para o sensor de aproximação reed switch. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 Mesmo não tendo implementado o controle contínuo do processo, o sensor analógico 
LT X (sensor de nível contínuo do tanque de mistura) foi testado (FIGURA 53). Ele é 
constituído pelo potenciômetro operado por uma boia, responde às variações de nível notanque pela variação nos valores de resistência. Seria como um “ohmímetro calibrado para a 
escala do nível do tanque” (FRANCHI, De CAMARGO, 2009, p. 69). As conexões do 
potenciômetro seguem o padrão (I) e (III) como entrada ou terra e (II) como saída 
(obrigatoriamente) (FIGURA54). Proporciona-se saídas de 0 a 10 V. 
 
65 
 
Figura 53 - teste de tensão para o sensor LT X. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
Figura 54 - um potenciômetro. 
 
Fonte: org. pelos autores. 
 
 
66 
 
3 - Conclusões e considerações finais 
 
 Esse trabalho proporcionou ao grupo de alunos a elaboração de um protótipo, em 
escala de ensaios, de controle de processos. Foram confeccionadas as partes mecânicas 
(disposição dos tanques, braçadeiras e conexões hidráulicas) e componentes eletrônicos (placa 
driver de motor, ponte H e sensores reed switch), finalizando com a programação do CLP. 
 Este protótiposimulou apenas os processos discretos (que são descontínuos, batelada, 
por manufatura). Uma sugestão para as próximas turmas de mecatrônica seria de desenvolver 
os controles contínuo ou PID, que perfazem os sistemas dinâmicos, para este protótipo, uma 
vez que a planta de simulação já está construída. Seria assim possível para as próximas turmas 
também alterar a lógica de controle do processo: ao invés de utilizar o controle discreto por 
tempos, programar o controle pelo LT X E POT X, o ajuste do nível contínuo no tanque de 
mistura (X). 
 O protótipo funciona como um sistema estático, no qual a lógica de controle segue 
uma sequência temporal fixa. Os testes efetuados com as bombas (item „2 – Metodologia de 
execução‟) permitiram apenas demonstrar que elas são proporcionais (FIGURA 21 e 
FIGURA 22). Um ensaio com o protótipo em funcionamento ofereceria mecanismos de 
medicação e acuraria: a partir do momento que se estabelecesse uma relação algébrica entre o 
tempo de distribuição dos tanques para o distribuidor e a quantidade exata, seria possível 
estipular o nível ou o volume retirado do tanque em um determinado instante de tempo. 
 Um problema detectado pelo grupo foi o que o CLP em uso apresentar somente duas 
saídas PWM, limitando o controle de velocidade do motor misturador e das bombas 
centrífugas.Seriam necessárias cinco saídas. Uma vez que as bombas são proporcionais, a 
técnica PWM possibilitaria o controle dos tanques A, B e C simultaneamente
22
. 
Para aplicações em sistemas de testes existe a possibilidade de executar o controle por 
microcontroladores da família PIC (CORTELETTI, 2014). Para este caso especificamente 
existe a linguagem LDMICRO, desenvolvida por Jonathan Westhues, que permite aplicar a 
programação Ladder em microcontroladores. Nela, existe a instrução SET PWM DUTY 
 
22
Reiterando que esse trabalho fez uso do protótipo seguindo a lógica como um sequenciador de tempos: tempos 
específicos de transferência dos tanques A, B e C, nesta ordem, para o misturador. 
67 
 
CYCLE, com o parâmetro DUTY CYCLE a conversão proporcional pode variar de 0 (sempre 
desligado) a 100 (sempre ligado). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
68 
 
 
Referências bibliográficas 
 
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Janeiro: ABNT, 2000. 30 p. Versão uso exclusivo para fins didáticos. Disponível em: 
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Apostila. Disponível em: <http://www.ejm.com.br/download/Introducao%20CLP.pdf>. 
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<http://dedalus.usp.br/F/XS98EPDXC98NLF5VYAF7PH6H9KRYKTSKR42QJCJSGEJSBE
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Acesso em: 06 mar. 2014. 
 
BOLTON, W. Mecatrônica: uma abordagem multidisciplinar. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 
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CAMPOS, Mário Cesar M Massa de; TEIXEIRA, Herbert C G. Controles típicos de 
equipamentos e processos industriais. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2010. 365 p. 
 
CASSIOLATO, C; ALVES, E O. Medição de vazão. 2010. Série artigos técnicos Smar 
Equipamentos Industriais Ltda. Disponível em: 
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69 
 
 
CORTELETTI, D. Linguagem Ladder para microcontroladores Microchip PIC. 
Disponível em: 
<http://www.mecatronica.org.br/disciplinas/cuscopic/artigos/ladder/LDMICRO_TUTORIAL.
pdf >. Acesso em: 28-jun. 2014. 
 
FAIRCHILD Semiconductor Corporation. FQP10N20C/FQPF10N20C: 200V N-Channel 
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pdf/view/94313/FAIRCHILD/FQPF10N20C.html >. Acesso em: 26 mai. 2014. 
 
FRANCHI, C.M., De CAMARGO, V.L.A.. Controladores Lógicos Programáveis: 
Sistemas Discretos. São Paulo: Ed. Érica, 2009. 
 
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Automação, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2009. 
 
70 
 
PATSKO, L. F. Tutorial montagem da ponte H. Maxwell Bohr Instrumentação Eletrônica. 
Disponível em: 
<http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/robotica/mec1000_kdr5000/tutorial_eletronica_
-_montagem_de_uma_ponte_h.pdf>. Acesso em: 11 mai. 2014. 
 
SENAI-ES. Instrumentação: fundamentos de controle de processos. Vitória: SENAI-
ES/CST, 1999. Disponível em: <http://www.dequi.eel.usp.br/~felix/Controle.pdf>. Acesso 
em: 28 jun. 2014. 
 
 
71 
 
Apêndice A 
 
Descritivo dos equipamentos do Laboratório de Elétrica. 
Equipamento Fabricante/importador Modelo Características técnicas 
Fonte de alimentação (em corrente 
direta) 
Minipa MPL-
3303M 
Voltagem: 115VCA; frequência: 50/60 Hz; fonte tripla com duas 
saídas variáveis (CH1 e CH2, em tensão/corrente variáveis a 
0~32V/0~3A) e uma fixa em 5V/3A; precisão do display em 1%; 
Gerador de funções digital de 
bancada 
Instrutherm GF-220 Escala de 0,1 a 2 MHz; 110VAC 
Osciloscópio digital Minipa MO-2061 Banda de frequência: 60 MHz; voltagem: 100-240VCA 
Multímetro digital Minipa ET-2652 Display 4 ½ dígitos; alimentação:1*9V; tensões DC: 
200m/2/20/200/1000V; tensões AC: 2/20/200/750V; corrente DC: 
200μ/2m/20m/200m/20A; corrente AC: 20m/200m/20A; 
resistência: 200/2k/20k/200k/2M/200MΩ 
Ferro de solda de 40W NSMF Ltda IPXO 
Brasfort ® 
Potência de 40W; voltagem: 220V, certificação de segurança 
INMETRO pelo ICBr OCP 0052 
Fonte: org. pelos autores. 
 
72 
 
Apêndice B 
 
Insumos e materiais-acessórios 
(Quantidade/unidade) 
Material/equipamento