aula elementos eletromecanicos
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SENSORES, ATUADORES, MOTORESTRANSCRIPT
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.
Uniube
Sistemas eletromecânicos
Motores, relés, solenoides, geradores.
Uniube
Dispositivos eletromecânicos
Sensores
Uniube
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
Uniube
Comparação de um sinal analógico com um digital
Sensores de posicionamento
Uniube
São responsáveis por medir posição ou deslocamento linear ou angular
Sensores de posicionamento: ENCODER
Uniube
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
Uniube
Medidores de deslocamento linear, principalmente aqueles de deslocamento limitado (injetoras, exaustoras, extrusoras)
Sensores de posicionamento: REGUA LINEAR
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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
Uniube
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.
Uniube
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?
Uniube
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%?
Uniube