aula elementos eletromecanicos

Gestão da Manutenção e Operações de Processos Produtivos

SISTEMAS ELETROMECÂNICOS

Prof. Thabatta Araújo

Uniube

Sistemas eletromecânicos

Demanda

Linha de produção

Produto

Cliente

Uniube

Produtividade

Sistemas eletromecânicos

Conceito: São dispositivos que convertem energia elétrica em energia mecânica, vice versa.

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Sistemas eletromecânicos

Motores, relés, solenoides, geradores.

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Dispositivos eletromecânicos

Sensores

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Detectar, monitorar, “sensorear” a informação ambiente.◦ Posição, temperatura, pressão, umidade,

outros.◦ Padrões de saída de 0 a 5 V ou 4 a 20 mA

Sensores

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SENSORES

ANALÓGICOSBaseiam-se em sinais

analogicos. Sinais analogicossão aqueles que , mesmo limitados entre valores de tensão (0 a 5 V), podem assumir valores infinitos

intermediários

DIGITAISBaseiam-se em niveis de tensão bem definidos, Alto “1”, Baixo “0”

Classificação quanto a forma que o componente responde a variação da condição.

Sensores

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Comparação de um sinal analógico com um digital

Sensores de posicionamento

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São responsáveis por medir posição ou deslocamento linear ou angular

Sensores de posicionamento: ENCODER

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Disco de material transparente com linhas codificadas, tendo como elemento sensor um emissor que envia luz por meio do disco a um receptor , detectando assim o deslocamento angular do equipamento

Sensores de posicionamento: ENCODER

Incremental:◦ Configuração interna apresenta

um disco codificado com milhares de linhas e alguns pontos de referencia. Este encoder inicia sua contagem à partir do ponto zero.

Absoluto◦ Utiliza de codigo Gray. Mais

preciso. Não necessita de atualização de posição em caso de falta de tensão.

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Sensores de posicionamento: REGUA LINEAR

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Medidores de deslocamento linear, principalmente aqueles de deslocamento limitado (injetoras, exaustoras, extrusoras)

Sensores de posicionamento: REGUA LINEAR

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Principais modelos◦ Resistivos: Consistem em uma fina camada de carbono

(grafite) fixada em uma placa. É dotado de umahaste que fica presa geralmente na parte móveldo equipamento e que, ao deslocar, movimentauma espécie de pincel metálico que faz contatoelétrico com o carbono variando a resistênciaelétrica linearmente ao deslocamento.

◦ Régua de vidro Consistem numa espécie de régua de vidro

graduada onde, através de um emissor de luz eum receptor, mede-se o deslocamento devidoaos feixes de luz seccionados.

Sensores de posicionamento: LVDT

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Transformador linear diferenciável Mede pequenos deslocamentos linear Baseado no princípio de funcionamento de

transformador

BOBINASMATERIAL

FERROMAGNÉTICO

LVDT

Sensores de posicionamento: LVDT

Tensão do secundário está ligada proporcionalmente ao deslocamento do núcleo.

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푉푉 =

푁푁

Sensores de posicionamento: POTENCIOMETRO

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Mede deslocamento linear e angular Resistor variável, geralmente de forma circular em

que um cursor deslizante percorre a resistência variando a referência ôhmica com a entrada ou saída.

Divisão da tensão, sendo esta proporcional ao seu deslocamento

Sensores de temperatura

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Sensíveis à variação da temperatura provocando também uma variação de grandezas elétricas como tensão, resistência e corrente elétrica.◦ Termo resistores: sensores que variam o valor ôhmico

devido à variação da temperatura.

◦ Termopares: junção de fios de dois metais diferentes ao receber uma temperatura superior a outra junção dos mesmos metais ligados em um circuito fechado geraria uma corrente elétrica devido ao campo elétrico formado pelo aquecimento.

◦ Pirometros: Medem temperatura por radiação

Sensores de temperatura: TERMORESISTENCIA

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As PT100:◦ Feito de platina. Faixa de trabalho de -100 a 650ºC.◦ Ligações a 3 fios

Ni100, PT500, Ni1000 Ponte de Wheatstone

Sensores de temperatura: TERMOPARES

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• Tipo T:• Cobre + constantan (cobre, niquel)• Faixa de trabalho de -200 a 350ºC.• Atmosferas redutoras, oxidantes, inertes• Baixas temperaturas

• Tipo S• Platina + (rodio, platina)• Faixa de trabalho de 0 a 1600ºC.• Altas temperaturas

Sensores de temperatura: TERMOPARES

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Tipo J◦ Ferro + constantan◦ Faixa de trabalho de -40 a 750ºC.◦ Suporta todas atmosferas, não sendo recomendadas as sulfurosas◦ Altas temperaturas

Tipo K◦ níquel+cromo e níquel+alumínio◦ Atmosferas oxidantes◦ Faixa de trabalho de -200 a 900ºC.

Tipo N◦ níquel+cromo+silício e níquel+silício◦ Resistente a oxidação◦ Faixa de trabalho de -200 a 1200ºC.

Sensores de temperatura: TERMOPARES

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Invólucros, junções e cabeamentoJU

NÇ

ÕES

EXPOSTA: Resposta rápida, pequena vida útil

ATERRADA: Maior proteção em relação ao ambiente

ISOLADA: pouco suscetível a interferências

eletromagnéticas, menor tempo de resposta

TIP

OS BA

ION

ETA

BAST

ÃO

Sensores de temperatura: PIROMETRO INFRAVERMELHO

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Captam o sinal da energia no espectro infravermelho conseguem medir a temperatura através da radiação

Faixa de trabalho de 0 a 4000ºC. Medição sem contato

Sensores de pressão

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Medem a grandeza, ainda convertem a pressão em sinais analógicos. Obedecem a lei física:

푃 =퐹퐴

Sensores de pressão: TUBO DE BOURDON

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Seção recebe a pressão do fluído e se deforma. Neste movimento, o tubo de Bourdon desloca um dispositivo que converta este movimento em simples medição ou em tensão elétrica.

Sensores de pressão: CÉLULA DE CARGA

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Resistencia interna tipo strain gage que varia linearmente com a pressão.

Suscetíveis a temperatura, compensação nos resistores da ponte de wheatstone.

Modelo quanto a capacidade de medição◦ Flexão: 0.5 e 200kg◦ Cisalhamento 200 kg e 50 toneladas◦ Compressão acima de 50 toneladas

Sensores proximidade

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Detectam a presença de um objeto ou um ponto a ser medido após deslocamento.◦ Vantagens: vida util longa baixo tempo de resposta versatilidade de aplicações

◦ Desvantagens: baixas distancias de detecção baixa proteção a choques

Sensores proximidade: CAPACITIVOS

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Detectam materiais NÃO METALICOS Têm uma forma cilíndrica e na sua face um

elemento capacitivo gera um campo eletrostático. A detecção se faz com a presença de objetos ou matérias que interferem neste campo eletrostático ativando um circuito oscilador.

Sensores proximidade: CAPACITIVOS

Vantagens: ◦ fácil instalação; ◦ baixo custo (em

relação aos indutivos e ópticos); ◦ fácil manuseio e

regulagem; ◦ grande aplicabilidade.

Desvantagens: ◦ Acionamento

indesejado em ambientes com sólidos ou líquidos em suspensão; ◦ distância de detecção

muito baixa

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Sensores proximidade: INDUTIVOS

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Detectam a presença de MATERIAIS METÁLICOS Sua face sensora recebe um sinal eletromagnético

de alta frequência provindo de um circuito interno e, ao aproximarmos um elemento metálico da face do sensor, este campo eletromagnético sofre variação, que é detectada pelo circuito interno e comuta os transistores.

Sensores proximidade: INDUTIVOS

Vantagens: ◦ são produtos blindados,

podendo ser imersos em líquidos, desde que não corrosivos

◦ não sofrem interferências de líquidos e sólidos em suspensão, desde que não sejam metálicos;

◦ faixa de alcance bem diversificada e elevada em relação ao capacitivo.

Desvantagens: ◦ montagem e

manutenção mais criteriosa;

◦ custo mais elevado

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Sensores proximidade: MAGNÉTICOS

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TIPOS:◦ Simples (Reed switch) são acionados por materiais magnéticos

que ao passarem pelo sensor imantamos seus terminais, produzindo polosinversos que se atraem fechando ocontato, podendo acionar diretamentea carga, caso o sensor suporte acorrente elétrica, ou acionar umcircuito de chaveamento com relé outransistor.

◦ Eletronicos

Sensores proximidade: MAGNETICOS

Vantagens: ◦ baixo custo; ◦ pequena dimensão; ◦ manutenabilidade

baixa e fácil instalação.

Desvantagens: ◦ Suscetíveis a

interferências eletromagnéticas

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Sensores presença

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São utilizados para detectar objetos. São largamente usados nas áreas de segurança

por detectarem com precisão objetos a vários metros de distância. Usados também em processos onde o objeto a ser medido é muito pequeno e um feixe de laser direcionado pode resolver este problema.

Sensores presença: OPTICOS

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Detecta vários tipos de material Não aconselhado:◦ Superficies irregulares◦ Refletiva◦ Transparente

Vantagens: ◦ alguns modelos com supressão de fundo detectam

materiais em diferentes distâncias. (ex: Duas folhas A4 sobrepostas, o sensor pode ser regulado para acionar com a primeira e ignorar a segunda).

Desvantagens: ◦ podem ser susceptíveis a poeira nas lentes emissora

e receptora; ◦ alto custo; ◦ grande manutenabilidade (limpeza e regulagem

constantes); ◦ difícil instalação, uma vez que precisa estar alinhado

com o espelho refletor.

Sensores proximidade: MAGNÉTICOS

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TIPOS:◦ Retroflexão Este modelo usa um espelho refletor que

retorna a luz para o sensor quando este nãoestá transpassado por um objeto.

◦ Transmissão Têm o seu emissor separado do receptor.

Caso haja um objeto na frente da onda de luzemitida, o receptor não receberá esta luz eassim detecta um objeto.

◦ Cortina de luz Cortina de luz feitas de um conjunto de LEDs

emissores de luz infravermelha de um lado ereceptores em uma barreira do outro lado,sentem a presença de qualquer objetoquandoseus feixes de luz são interrompidos.

Chave fim-de-curso

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Quando acionado por um objeto comuta os seus contatos tornando-os abertos ou fechados.

Há modelos simples de apenas um contato NA ou NF e há modelos que possuem combinações NA e NF.

Eletroválvulas ou válvulas solenoides

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Dispositivos eletromecanicos que permitem passagem ou não de gas ou fluido após acionamento da bobina. Podem ser simples ou proporcional a depender da abertura

Contatores

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São dispositivos que quando possuem sua bobina energizada tem a capacidade de chavear a tensão. Possui contatos normalmente NA e NF e contatos auxiliares.

PLC

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Controlador Lógico Programável◦ Equiapemto que que permite logica de relés atraves

de programação. Possui temporizadores, e numero de entradas e saidas limitados, mas contatos internos via programação ilimitados

Motores

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Os motores são classificados como máquinas porproduzirem trabalho através de sua própriaconfiguração sem a necessidade de mais componentesexternos. Chamados de máquinas elétricas rotativaspor converterem energia elétrica em energia mecânicaaplicada ao seu eixo.

Motores

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Motores sincronos

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Eixo do rotor na mesma velocidade do campo girante. Seu estator é alimentado por tensão CA, enquanto seu rotor é alimentado por tensão CC, com isso se obtém um motor que não varia sua velocidade com a variação da carga aplicada até o limite de torque.

푛 =120푓2푝

Motores assíncronos

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Os motores assíncronos são motores que não acompanham a mesma velocidade de rotação que o campo girante apresenta, por isso sua velocidade é assíncrona. Mas apresentam como qualidade sua robustez e custo mais baixo.

푛 =120푓(1 − 푠)

2푝

MIT : Motor de Indução Trifásico

Tipos:◦ motor de rotor bobinado: usado em locais onde se necessita

de grande torque; ◦ motor de rotor tipo gaiola de esquilo: uso geral. Seu rotor é

feito de barras laterais ao longo dos anéis curto-circuitando-os.

As 3 fases de alimentação são defasadas em 120º para que o movimento ocorra.

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Motor monofásico

Enrolamento principal+ enrolamento auxiliar

Partida auxiliada por capacitor para criar o desafsamento entre as correntes do principal e do auxiliar

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Motor de passo

Os servomotores, assim como o motor de passo, são da família dos motores de corrente contínua. São acoplados em caixas de engrenagens (redutores) para se obter torque, menor velocidade e comando de sentido e direção.

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Exemplo

Um sensor de temperatura opera com faixa de valores de -20 a 350º C e com saída entre 4 e 20 mA.

A) qual o valor da corrente quando a temperatura é 100º ?

B) caso seja a saída de 0 a 5V qual o valor da temperatura quando a tensão na saída dos terminais do sensor é de 2V?

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Exemplo

Um motor de indução trifásico possui 4 polos trabalhando a frequencia de 60 hertz.

A) qual a velocidade rodando a vazio?B) qual a velocidade quando opera com escorregamento de 5%?

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