EL 71D - Introdução à Engenharia Mecatrônica

Prof. Sérgio Leandro Stebel

Prof. Gilson Yukio Sato

Aula 5

• Sensores industriais

• Acionamentos industriais

Atuadores

sato<at>utfpr.edu.br

Atuadores: o que são

• Transformam um tipo de energia em outro • Movimento: elétrica em mecânica

• Temperatura: elétrica em térmica

• São usados para intervir no processo

Sistema digital no “mundo” analógico

Temperatura

Sensor Interface

Atuador Interface

Sistema Digital

“Mundo” Analógico

A/D PS

D/A

Atuadores e Automação

http://cloverdigital.com.my/author/admin/

Atuadores: tipos comuns

• Hidráulicos • Fonte de energia: líquido sob pressão em duto (óleo)

• Pneumáticos • Fonte de energia: gás sob pressão (ar comprimido)

• Elétrico • Fonte de energia: eletricidade

Acionamento hidráulico • Utiliza motor de movimento rotativo e cilindro para

movimento deslizante

• Características

• Torque alto e constante em ampla faixa de velocidade

• Precisão de operação (óleo não é compressível)

• Fonte de energia cara

• Manutenção cara e intensa

• Válvulas de precisão caras

• Sujeito a vazamento de óleo

http://www.industriahoje.com.br/o-que-e-e-como-funciona-um-cilindro-

hidraulico/

http://wdc65xx.com/thexxcelr8racademy/wp-content/uploads/2015/08/linear-

actuator_650x387.jpg/

Acionamento pneumático • Utiliza motores pneumáticos de movimento rotativo e

cilindros pneumáticos de movimento deslizante

• Características

• Velocidades extremamente altas

• Custo relativamente baixo

• Fácil manutenção

• Momento constante para uma ampla faixa de velocidade

• Baixa precisão

• Sujeito a vibrações quando para

http://pointing.spiraxsarco.com/images/resources/steam-engineering-tutorials/6/6/fig6.6.01.gif

http://www.designworldonline.com/uploads/Imagegallery/festo-actuator.jpg

Acionamento elétrico • Utiliza motor de corrente contínua, motor de passo

e motor de corrente alternada

• Características

• Eficiência calculada, com controle preciso

• Estrutura simples e fácil manutenção

• Fonte de energia barata

• Custo relativamente baixo

• Danos para cargas que param o eixo do motor

• Baixa relação de potência de saída por peso

http://machinedesign.com/site-files/machinedesign.com/files/uploads/2015/02/308MADa22.gif

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Comparação

Tipo Precisão Carga Velocidade Custo

Elétrico Alta 20 kg Alta Alto

Hidráulico Média/Alta 1.000 kg Média/Alta Médio/Alto

Pneumático Baixa 10 kg Alta Baixo

Aplicação de atuadores

Video 1 – https://youtu.be/oDGNmoC229Y

Video 2 – https://youtu.be/MmYpzgh6Gok

Video 3 – https://youtu.be/_imyybhZV80

Video 4 – https://youtu.be/MjfBXeoPKsU

Video 5 – https://youtu.be/c4KXmR8QuPo

Video 6 – https://youtu.be/2EDNwUOcdrM

Video 7 – https://youtu.be/tKAJNI--Du4

Motores Elétricos

Energia Elétrica

Energia Mecânica

Motor

Gerador

Tipos

• Motores de corrente contínua (CC)

• Motores de corrente alternada (CA)

• Motores de passo

Características • Potência

• Energia entregue / tempo ↔ J/s ou W ou hp

• Fator de potência • Energia elétrica/Energia mecânica < 1

• Torque • Força a uma determinada distância do eixo ↔ N.m, kgf.cm

• Velocidade • Ângulo girado/segundo ↔ ͦ/s, rad/s, rpm

Motor CC • Alimentação: corrente contínua

• Partes principais • Estator

• Rotor ou armadura

• Estator: imã permanente ou eletroimã

• Rotor: Bobina de numerosas espiras

Funcionamento

https://ae01.alicdn.com/img/pb/981/413/161/1161413981_163.jpg

Motor CC sem escovas • Brushless

• Partes principais • Estator

• Rotor ou armadura

• Controle eletrônico proporciona variação no campo

Funcionamento

Co

mp

on

entes

http://3.bp.blogspot.com/-2OGpfEdgymE/VV9n-ie36cI/AAAAAAAAGgo/8PY5PCY5etI/s1600/Motor%2Bde%2BIm%25C3%25A3s%2BPermanentes.JPG

Motores CC

Video 1 – https://youtu.be/LAtPHANEfQo

Video 2 – https://youtu.be/bCEiOnuODac

Video 3 – https://youtu.be/0PDRJKz-mqE

Video 4 – https://youtu.be/-qS85aIvleQ

Video 5 – https://youtu.be/C1-klL3B9LU

Motor CA • Monofásicos ou trifásicos

• Síncronos ou assíncrono (ou de indução)

• Estator e rotor

Motor síncrono

http://www.theengineeringprojects.com/wp-content/uploads/2016/10/ar4_1.jpg

http://2.bp.blogspot.com/-rvD40hysqnc/VCmMIw1GV2I/AAAAAAAAA7Y/uecPscXlGN4/s1600/3%2Bphase%2Brotating%2Bmagnetic%2Bfield.PNG

http://2.bp.blogspot.com/-UAAkZiiMnUc/UwyKfn3IO-I/AAAAAAAAAi4/Py4C2aMTItQ/s1600/synchronous+machine.png

Motor assíncrono

http://www.portaleletricista.com.br/wp-content/uploads/2014/01/Rotor-em-gaiola-de-esquilo.jpg

Motores CA

Video 1 – https://youtu.be/Vk2jDXxZIhs

Video 2 – https://youtu.be/LtJoJBUSe28

Video 3 – https://youtu.be/awrUxv7B-a8

Video 4 – https://youtu.be/w5ugeGOOjso

Video 5 – https://youtu.be/tiKH48EMgKE

Motor de passo • Move-se em incrementos angulares discretos

• Acionado por pulsos

• Características • Pode ser usado em malha aberta

• Baixo torque por volume

• “Pode perder passos”

• Custo baixo

• Precisão na posição

Fun

cion

amen

to

Funcionamento

http://www.anaheimautomation.com/images/tmp-001/How%20Does%20a%20Variable%20Reluctance%20Stepper%20Motor%20Work.png

http://2.bp.blogspot.com/-8PCEo8yrVT0/UZkrJrCkAxI/AAAAAAAAAS4/RLLyAvMKgy8/s1600/15.jpg

http://www.lamtechnologies.com/Resources/Images/Products/stpmtrn23_W490.jpg

Motor de passo: tipos

• Magnético permanente

• Relutância variável

• Híbrido

Motor de passo

• Passo, meio passo e micropasso

• Unipolar, bipolar

• Quatro, cinco ou seis terminais

Motores de passo

Video 1 – https://youtu.be/TWMai3oirnM

Video 2 – https://youtu.be/eyqwLiowZiU

Video 3 – https://youtu.be/bkqoKWP4Oy4

Video 4 – https://youtu.be/hHe4Fc6uuBs

Video 5 – https://youtu.be/IEmGOuMFPKQ

Video 6 – https://youtu.be/lduqo4fmXYo

Video 7 – https://youtu.be/x48ggHZDFLY

Servomotores

• Motor + redução + sensor + controle

• Permite controle de posição e velocidade

• Máquinas-ferramenta a comando numérico (CNC); Sistemas de posicionamento; Linhas de transporte; Robôs industriais; Sistemas flexíveis de manufatura e etc.

http://www.parker.com/Online/Product%20Images/Electromechanical-Division-North-America/zoom_1000x1000/Rotary_Brushless_Servo_Motors_-_MPP_MPJ_zm.jpg

http://138.197.15.0/wp-content/uploads/2014/07/servo.jpg

Servomotores

• Características • Precisão na velocidade e posição

• Resposta rápida a mudanças de velocidade e torque

• Alto torque

• Alta capacidade de sobrecarga mecânica e térmica

• Larga escala de velocidade

• Custo mais elevado

Servomotores

Video 1 – https://youtu.be/hYu9fGE4pCk

Video 2 – https://youtu.be/Dgq3wdpx-So

Video 3 – https://youtu.be/t0dSaugIXF8

Video 4 – https://youtu.be/v2jpnyKPH64

Fim