César Cassiolato (*)

Muitas vezes, a confiabilidade de um sistema de controle é colocada em risco devido às suas más instalações. Comumente, os usuários fazem vistas grossas e, em análises mais criteriosas, descobrem-se problemas com as instalações, envolvendo cabos e suas rotas e acondicionamentos, blindagens e aterramentos.

É de extrema importância que haja a conscientização de todos os envolvidos e, mais do que isso, o comprometimento com a confiabilidade e segurança operacional e pessoal em uma planta.

Este breve artigo provê dicas sobre a minimização do efeito de acoplamento capacitivo e vale sempre a pena lembrar das regulamentações locais e, em caso de dúvida, elas prevalecem sempre.

Controlar o ruído em sistemas de automação é vital, porque ele pode se tornar um problema sério mesmo nos melhores instrumentos e hardware de aquisição de dados e atuação. Qualquer ambiente industrial contém ruído elétrico em fontes, incluindo linhas de energia AC, sinais de rádio, máquinas e estações etc.

Felizmente, dispositivos e técnicas simples, tais como a utilização de métodos de aterramento adequado, blindagem, fios trançados, os métodos de média de sinais, filtros e amplificadores diferenciais, podem controlar o ruído na maioria das medições.

A figura 1 nos mostra vários tipos de acoplamento gerando ruído em instalações industriais: 

Fig. 1 - Vários tipos de acoplamento gerando ruído em instalações industriais

Os sinais podem variar basicamente devido a:

• Flutuação de tensão;
• Harmônicas de corrente;
• RF conduzidas e radiadas;
• Transitórios (condução ou radiação);
• Campos eletrostáticos;
• Campos magnéticos;
• Reflexões;
• Crosstalk;
• Atenuações;
• Jitter (ruído de fase).

As principais fontes de interferências são: 

• Acoplamento capacitivo (interação de campos elétricos entre condutores);
• Acoplamento indutivo (acompanhado de um campo magnético. O nível de perturbação depende das variações de corrente (di /dt) e da indutância de acoplamento mútuo);
• Condução através de impedância comum (aterramento): Ocorre quando as correntes de duas áreas diferentes passam por uma mesma impedância. Por exemplo, o caminho de aterramento comum de dois sistemas

Acoplamento por impedância comum ou condutivo

É o acoplamento por transferência de energia elétrica tendo-se contato físico através de um meio condutor, em contraste com acoplamento indutivo e capacitivo. Pode ser via um fio, resistor ou um terminal comum, linha de transmissão, contato com a carcaça, aterramento etc.

O acoplamento condutivo vai além do espectro de frequências e inclui o DC. A interferência acontece entre as linhas de sinal e o terra. O ruído é provocado pela resistência existente e comum ao sinal e ao retorno.

Fig. 2 - Aterramento e impedância comum

Fig. 3 - Aterramento em série resultando em acoplamento condutivo

A ligação ao terra em série é muito comum porque é simples e econômica. No entanto, esse é o aterramento que proporciona um terra sujo, devido à impedância comum entre os circuitos. Quando vários circuitos compartilham um fio terra, as correntes de um circuito (que flui através da impedância finita da linha de base comum) podem provocar variações no potencial de terra dos demais circuitos. Se as correntes são grandes o suficiente, as variações do potencial de terra podem causar sérias perturbações nas operações de todos os circuitos ligados ao terra comum de sinal.

Fig. 4 - Impedância comum

Medidas para reduzir o efeito do acoplamento condutivo entre cabos

- Separe as alimentações e os retornos de aterramentos;

Esse tipo de ruído acoplado existe porque os condutores têm impedância finita. O efeito pode ser eliminado ou minimizado pela quebra de loops de terra (se houver) e proporcionando retornos ao terra. Veja a figura 5.

Fig. 5 - Aterramento e conexões adequadas, evitando-se o acoplamento condutivo

- Minimize caminhos comuns, especialmente de alta corrente, correntes comutadas e sinais com transientes;

- Em caminhos comuns, use sempre que possível a menor resistência (para altas correntes) e a mais baixa indutância (para alta di/dt’s);

- Use planos de baixa impedância para fontes DCs e seus retornos. É comum usar um capacitor de bypass entre a fonte, mantendo as frequências altas em seus circuitos.

Conclusão

Vimos nesse artigo vários detalhes sobre os efeitos do acoplamento condutivo e como minimizá-lo.

Todo projeto de automação deve levar em conta os padrões para garantir níveis de sinais adequados, assim como a segurança exigida pela aplicação.

Recomenda-se que, anualmente, ocorram ações preventivas de manutenção, verificando cada conexão ao sistema de aterramento, em que se deve assegurar a qualidade de cada conexão em relação à robustez, confiabilidade e baixa impedância (deve-se garantir que não haja contaminação e corrosão).

Sempre que possível, consulte as regulamentações físicas, assim como as práticas de segurança de cada área.

Referências bibliográficas

• Artigos técnicos - César Cassiolato
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(*) César Cassiolato é presidente & CEO da Vivace Process Instruments