1 MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS ENSINO PROFISSIONAL MARTIMO ELETRICIDADE E AUTOMAO (EAU) 1 edio Belm-PA 2009 2 2009 direitos reservados Diretoria de Portos e Costas Autor: Carlos Rogrio dos Santos Vidal Reviso Pedaggica: Erika Ferreira Pinheiro Guimares Suzana Reviso Ortogrfica: Esmaelino Neves de Farias Digitao/Diagramao:Roberto Ramos Smith Coordenao Geral: CC Maurcio Cezar Josino de Castro e Souza ____________ exemplares Diretoria de Portos e Costas Rua Tefilo Otoni, no 4 Centro Rio de Janeiro, RJ 20090-070 http://www.dpc.mar.mil.br secom@dpc.mar.mil.br Depsito legal na Biblioteca Nacional conforme Decreto no 1825, de 20 de dezembro de 1907 IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL 3 SUMRIO 1. COMPONENTES E PLANOS ELTRICOS ................................................................ 4 1.1 - Introduo ............................................................................................................ 4 1.2 componentes eltricos presentes em sistemas automatizados .......................... 4 1.3 - Instrumentos e medies eltricas..................................................................... 21 1.4 - smbolos e diagramas eltricos ......................................................................... 29 2. FUNDAMENTOS DA AUTOMAO INDUSTRIAL ................................................... 36 2.1 - Definies .......................................................................................................... 36 2.2 - vantagens da automao industrial ................................................................... 36 2.3 - elementos do controle automtico ..................................................................... 38 2.4 - exemplo de sistema de controle ........................................................................ 46 2.5 - operao de um sistema de controle automtico .............................................. 48 3.TCNICAS DE CONTROLE INDUSTRIAL ................................................................ 51 3.1 - Introduo .......................................................................................................... 51 3.2 - controlador de duas posies (controlador On-Off) ......................................... 52 3.3 - controlador proporcional-integral-derivativo (PID) ............................................. 57 3.4 - variaes do controlador PID ............................................................................. 62 4. SENSORES INDUSTRIAIS ....................................................................................... 71 4.1 - Introduo .......................................................................................................... 71 4.2 - sensores de presso .......................................................................................... 73 4.3 - sensores de temperatura ................................................................................... 81 4.4 - sensores de nvel ............................................................................................... 91 4.5 - sensores de vazo ............................................................................................. 98 5. AUTOMAO ELETROPNEUMTICA ................................................................... 114 5.1 - Definies ........................................................................................................ 114 5.2 - caractersticas, vantagens e desvantagens da pneumtica ............................. 116 5.3 - estrutura dos sistemas pneumticos ................................................................ 118 5.4 - produo do ar comprimido ............................................................................. 119 5.5 - distribuio do ar comprimido .......................................................................... 126 5.6 - condicionamento do ar comprimido ................................................................. 130 5.7 - vlvulas de controle ......................................................................................... 134 5.8 - atuadores lineares ........................................................................................... 148 5.9 - simbologias dos componentes pneumticos ................................................... 152 5.10 - circuitos pneumticos e eletropneumticos bsicos ...................................... 157 6. AUTOMAO ELETROHIDRULICA .................................................................... 174 6.1 - Definies ........................................................................................................ 174 6.2 - vantagens da hidrulica ................................................................................... 176 6.3 - estrutura dos sistemas hidrulicos ................................................................... 178 6.4 - componentes da gerao de presso .............................................................. 179 6.5 - rede de distribuio hidrulica ......................................................................... 191 6.6 - vlvulas de controle ......................................................................................... 193 6.7 - atuadores hidrulicos ....................................................................................... 199 6.8 - simbologias dos componentes hidrulicos ....................................................... 202 6.9 - circuitos hidrulicos bsicos ............................................................................ 205 REFERNCIAS ........................................................................................................... 231 4 1. COMPONENTES E PLANOS ELTRICOS Nesta unidade, voc vai: conhecerosprincipaiscomponenteseltricosutilizadosem automao industrial. conhecerosprincipaisinstrumentosdemedidaseltricas utilizados a bordo dos navios. Conhecer os smbolos normalizados dos principais componentes eltricos utilizados em automao industrial. conhecer os principais Planos Eltricos de Bordo. 1.1 - Introduo Estaunidadedeestudoapresentaosprincipaiscomponentesedispositivos eltricospresentesnossistemasautomticosnaindstriaemgeral,bemcomoseus respectivossmbolos.Tambmseroapresentadososequipamentosdemedies eltricas e, por fim, apresentam-se exemplos de planos eltricos de bordo. 1.2 componentes eltricos presentes em sistemas automatizados Nestetpicoseroapresentadasascaractersticasefunesdosprincipais dispositivoseltricospresentesemsistemasautomatizadoscomo:botes,botoeiras, chaves,chavesfimdecurso,sensoresdeproximidade,termostatos,pressostatos, contactores,relsauxiliares,relstemporizados,relsdefaltadefase,relde sequnciadefase,lmpadas,sirenes,contadores,eletrovlvulas,chaves seccionadoras, chaves de partida, chaves comutadoras, chaves reversoras. 5 Botoeiras Asbotoeirassodispositivoseltricosresponsveispelapilotagem(manobra) dedispositivosdenominadosdeatuadorescomo:motores,bombas,vlvulas solenides,entreoutros.So,portanto,classificadascomoelementosdesinaise nunca podem ser aplicadas diretamente no acionamento dos atuadores. Geralmente, as botoeiras necessitam que se mantenha o acionamento para que a mesma saia de sua posio de repouso. O retorno a sua posio de repouso feito atravs de uma mola interna, conforme mostra a figura 1.1. figura 1.1: botoeira pulsadora tipo cogumelo. Asbotoeirassochaveseltricasacionadasmanualmenteque apresentam,geralmente,umcontatoabertoeoutrofechado.Deacordo comotipodesinalaserenviadoaocomandoeltrico,asbotoeirasso caracterizadas como pulsadoras ou com trava. Veja tabela 1.1! Boto tipo cogumelo 6 tabela 1.1: modelos de botoeiras pulsadoras e com trava. BotoeiraDescrioBotoeiraDescrioBotoeiraDescrio Boto impulso normal Boto impulso saliente Boto impulso luminoso Boto tipo soco impulso Boto tipo soco impulso Boto tipo soco impulso Boto impulso para rearme Boto comutador com manopla curta com ou sem luminoso Boto comutador com manopla longa com ou sem luminoso Boto comutador com chave Boto de reteno destravamento por chave Boto de reteno girar para destravar Boto de reteno girar para destravar Boto de reteno girar para destravar Boto de reteno girar para destravar Boto duplo Boto duplo luminoso Boto duplo multifunes OsblocosdecontatosNAouNFsoinstaladosjuntosbotoeirasdeacordo com a necessidade. figura 1.2: blocos de contatos para botoeiras. 7 Chaves fim de curso Emsistemashidrulicosepneumticosbastantecomumsubstituiras botoeiras manuais por roletes, ou seja, as botoeiras so muitas das vezes substitudas por chaves fim de curso, conforme mostra a figura 1.3. Assim como as botoeiras, so comutadoreseltricosdeentradadesinais,squeacionadosmecanicamente. Geralmente,soposicionadasnodecorrerdopercursodecabeotesmveisde mquinaseequipamentosindustriais,bemcomodashastesdecilindroshidrulicos e/ou pneumticos. figura 1.3 modelos de chaves fim de curso. AsChavesFimdecursotmcomoaplicaesindicar,detectar,limitarou monitorar cursos de esteiras, movimentos de mquinas (injetoras, prensas mecnicas, mquinas operatrizes, centro de usinagem, controle, segurana dooperadoreequipamentoetc...),posiesdevlvulas,dampers, elevadores,sistemasdeelevaoetransporte(talhas,gruas,prticos, guinchosdecolunaetc...)etransmitiraosistemadecontroleinformaes de presena e ausncia de passagem e posicionamento do fim de curso. Sensores de proximidade Ossensoresdeproximidade,comoaschavesfimdecurso,soelementos emissoresdesinaiseltricos,osquaissoposicionadosnodecorrerdopercursode cabeotesmveisdemquinaseequipamentosindustriais,bem comodashastesde cilindroshidrulicose/oupneumticos.Oacionamentodossensores,entretanto,no depende de contato fsico com as partes mveis dos equipamentos, basta apenas que estaspartesaproximem-sedossensoresaumadistnciaquevariadeacordocomo tipo de sensor utilizado. Existem no mercado diversos tipos de sensores de proximidade, os quais devem ser selecionados de acordo com o tipo de aplicao e do material a ser detectado. Os 8 maisempregadosnaautomaodemquinaseequipamentosindustriaissoos Sensores Indutivos, Capacitivos e pticos. Sensor de proximidade tipo indutivo: detectam apenas materiais metlicos, a uma distncia que oscila de 0 a 2 mm, dependendo tambm do tamanho do material a ser detectado e das caractersticas especificadas pelos diferentes fabricantes. figura 1.4: modelo de sensor de proximidade tipo indutivo. Sensordeproximidadetipocapacitivo:detectamapresenademateriais plsticos,borracha,produtosorgnicos,madeira,cortia,cermica,vidro,porcelana, etc. A distncia de deteco varia de 0 a 20 mm, dependendo da massa do material a ser detectado e das caractersticas determinadas pelo fabricante. figura 1.5: modelo de sensor de proximidade tipo capacitivo. Sensor de proximidade tipo tico: detectam a aproximao de qualquer tipo de objeto, desde que este no seja transparente. A distncia de deteco varia de 0 a 100 mm, dependendo da luminosidade do ambiente. Normalmente,ossensorespticossoconstrudosemdoiscorposdistintos, sendo um emissor de luz e outro receptor. Quando um objeto se coloca entre o emisor e o receptor de luz, a propagao da luz entre eles interrompida e um sinal de sada ento enviado ao circuito eltrico de comando. 9 figura 1.6: modelo de sensor de proximidade tipo ptico. Algunsmodelosdesensoresdeproximidadedotipopticopossuemo emissoreoreceptornomesmocorpoe,porisso,necessitamdeum espelhoparreflexodaluzouentoaluzrefletidanoprprioobjeto detectado. Basicamente,ossensoresdeproximidadeapresentamasmesmas caractersticas de funcionamento. Possuem dois cabos de alimentao eltrica, sendo um positivo e outro negativo, e um cabo de sada de sinal. Estando energizados e ao seaproximaremdomaterialaserdetectado,ossensoresemitemumsinaldesada que, devido principalmente baixa corrente desse sinal, no podem ser utilizados para energizardiretamentebobinasdesolenidesououtroscomponenteseltricosque exigem maior potncia. Diante dessa caracterstica comum da maior parte dos sensores de proximidade, necessriaautilizaoderelsauxiliarescomoobjetivodeamplificarosinalde sadadossensores,garantindoacorretaaplicaodosinaleaintegridadedo equipamento. Os sensores de proximidade possuem praticamente as mesmas aplicaes daschavesfimdecurso.umadasprincipaisdiferenasentreesses dispositivosquenocasodossensoresdeproximidadenoh acionamentomecnicodosensorcomoobjetoaserdetectado,como ocorreparaaschavesfimdecurso.dessaforma,ossensoresde proximidade possuem desgaste mecnico menor que o das chaves fim de curso. 10 Termostato e pressostato Esses dispositivos so elementos de sinais que tambm exercem uma ao de controle discreta, denominada de ao de Controle Liga-Desliga. Termostato:umdispositivoresponsvelpormanterconstanteatemperatura de um determinado sistema, atravs de regulao automtica. Ostermostatospodemseraplicadoscomboaeficincianocontrolede temperaturaemcmarasfigorferas,estufasdesecagem,trocadoresdecalor (sistemashidrulicos),equipamentosderefrigerao(aparelhosdearcondicionado), entre outros. Portatanto, a funo do termostato impedir que a temperatura de determinado sistemavariealmdecertoslimitespreestabelecidos.Ummecanismodessetipo composto, fundamentalmente, por dois elementos: um indica a variao trmica sofrida pelo sistema e chamado elemento sensor; o outro controla essa variao e corrige os desvios de temperatura, mantendo-a dentro do intervalo desejado. O elemento sensor pode ser formado por um bimetal (ver figura1.7), um bulbo metlico preenchido com lquido ou gs ou um Dispositivo Eltrico como um Resistor . figura 1.7 :modelos de termostatos. Pressostato:essedispositivoutilizadocomocomponentedosistemade proteo em equipamentos ou Processos Industriais. Sua funo bsica de proteger aintegridadedeequipamentoscontrasobrepressoousubpressoaplicadaaos mesmos durante o seu funcionamento. constitudo em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave de duas posies (aberto ou fechado). Como mecanismo de ajuste de set-point, utiliza-se, na maioria das aplicaes, uma mola com faixa de ajuste selecionada conformepressodetrabalhoeajuste,eemoposiopressoaplicada.O mecanismodemudanadeestadomaisutilizadoomicrointerruptor,podendoser 11 utilizadotambmampoladevidrocommercriofechandoouabrindoocontatoque pode ser do tipo normal aberto ou normal fechado. Quantoaointervaloentreatuaoedesarme,ospressostatospodemser fornecidoscomdiferencial fixoediferencial ajustvel.Otipo fixosoferece um ponto de ajuste, o de set-point, sendo fixo o intervalo entre os pontos de atuao e desarme. Otipoajustvelpermiteajustedeset-pointetambmalteraodointervaloentreo ponto de atuao e o de desarme. Quantoaotipodecontatodisponvelnomicrointerruptor,pode-seselecionaro dotipoSPDT(SinglePole-DoubleThrow),quecompostobasicamenteporum terminalcomum,umcontatonormalmenteaberto(NA)eumcontatonormalmente fechado(NF),ouselecionarotipoDPDT(DoublePole-DoubleThrow),que compostodeduplocontato,ouseja,doisterminaiscomuns,doisNAsedoisNFs, sendo um conjunto reserva do outro. figura 1.8: modelos de pressostatos. Sinalizadores ou indicadores luminosos Os Indicadores Luminosos so lmpadas incandescentes ou LEDs, utilizadas na sinalizaovisualdeeventosocorridosouprestesaocorrer.Soempregados, geralmente,emlocaisdeboavisibilidade,quefacilitemavisualizaodosinalizador. Podem ser instalados em painis ou na parte superior de mquinas industriais. figura 1.9: modelos de sinalizadores luminosos. 12 Indicadores sonoros Osindicadoressonorossocampainhas,sirenes,cigarrasoubuzinas, empregados na sinalizao acstica de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. Aocontrriodosindicadoresluminosos,osindicadoressonorossoutilizados, principalmente,emlocaisdepoucavisibilidade,ondeumsinalizadorluminosoteria pouca eficincia. figura 1.10: modelos de indicadores sonoros (sirenes). Rels auxiliares e contactores Osrelsauxiliaressochaveseltricasdeum,dois,oumaiscontatos(NAou NF), acionadas por bobinas eletromagnticas.Hnomercadoumagrandediversidadedetiposderelsauxiliaresque, basicamente,emboraconstrutivamentesejamdiferentes,apresentamasmesmas caractersticas de funcionamento; as seguintes: quandoabobinaenergizada,imediatamenteoscontatosabertosfecham, permitindoapassagemdacorrenteeltricaentreeles,enquantoqueos contatos fechados abrem, interrompendo a corrente. quando a bobina desligada, uma mola recoloca imediatamente os contatos nas suas posies iniciais. figura 1.11: diagrama esquemtico de um rel auxiliar. 13 figura 1.12: modelos de rels auxiliares. Os contactores de potncia apresentam as mesmas caractersticas construtivas e de funcionamento dos rels auxiliares, sendo dimensionados para suportar correntes eltricasmaiselevadas,empregadasnaenergizaodedispositivoseltricosque exigem maiores potncias de trabalho (bombas e motores, por exemplo). figura 1.13: diagrama esquemtico de um contactor. figura 1.14: modelos de contactores de potncia. 14 Rels de Falta de Fase Osrelsdefaltadefaseprotegemasinstalaeseltricascontrafaltadefase e/ouneutroeassimetriamodularquecomprometemofuncionamentodemotores, equipamentosouprocessos.Ograudesensibilidadesassimetriasajustvelno potencimetro frontal. Portanto,orelinternocomutar,desligandoosistemasobproteosempre que houver uma anomalia na rede. figura 1.15: modelos de rels de falta de fase. figura 1.16: esquemas de ligao eltrica para rel de falta de fase. Geralmente,seocorreremsub-tensesousobre-tensessimtricas,as mesmas no sero detectadas por este aparelho. Rel de sequncia de fase O rel de sequncia de fase destina-se proteo de sistemas trifsicos contra inversodasequnciadiretadas fases(L1-L2-L3),quecomprometeo funcionamento demotores,equipamentosouprocessos.Seurelinternocomutar,desligandoo sistema sob proteo sempre que a rede monitorada estiver com a fase invertida. 15 figura 1.17: modelos de rels de sequncia de fase. figura 1.18: esquemas de ligao eltrica para rel de sequncia de fase. figura 1.19: exemplo de aplicao para rel de sequncia de fase. Rels temporizadores Os rels temporizadores, tambm conhecidos como rels de tempo, geralmente possuem um contato comutador acionado por uma bobina eletromagntica com retardo na energizao ou na desenergizao ou ainda podem ser cclicos. A seguir so descritas as principais caractersticas dos rels de tempo:RTWRE(Retardonaenergizao):apsaenergizaodorel,inicia-sea contagem do tempo (T) ajustado no dial. Decorrido este perodo ocorrer a comutao dos contatos de sada, os quais permanecem neste estado at que a alimentao seja interrompida. 16 RTWRD(Retardonadesenergizao):apsaenergizaodorele energizaodoterminaldecomando,oscontatosdesadacomutam instantaneamente. Ao se retirar o comando os contatos de sada retornam condio original aps o perodo (T) ajustado no dial.

Apsaenergizaodorel,mesmonohavendoaenergizaodo terminal de comando, os contatos de sada comutam. RTWCI(Cclico):apsaenergizaodorel,oscontatosdesadaso acionados e desacionados ciclicamente. O dial superior determina o tempo (TON) em queoscontatospermanecemacionados,enquantoqueodialinferiordeterminao tempo (TOFF) em que os contatos permanecem desacionados. figura 1.20: modelos de rels de tempo. Contadores Os rels contadores registram a quantidade de pulsos eltricos a eles enviados pelo circuito e emitem sinais ao comando quando a totalizao dos pulsos for igual ao valorajustadoparacontagem.So aplicadosemcircuitos eltricosdecomando, de grandeutilidade,nosomenteparacontareregistraronmerodeciclosde movimentos efetuados por uma mquina, mas, principalmente, para controlar o nmero depeasaseremproduzidas,interrompendoouencerrandoaproduoquandosua contagem atingir o valor neles determinado. 17 figura 1.21: modelos de contadores. Alguns modelos de contadores realizam contagem no sentido crescente ou decrescente. Solenides Ossolenidessobobinaseletromagnticasque,quandoenergizadas,geram umcampomagnticocapazdeatrairelementoscomcaractersticasferrosas, comportando-se como um im permanente. Geralmente, so utilizados para manobrar vlvulas, formando assim as eletrovlvulas. figura 1.22: modelos de vlvulas solenides. Chave seccionadora Aschavesseccionadorassoutilizadascomodispositivosdemanobra (alimentao) e de proteo dos sistemas eltricos trifsicos. Geralmente, permitem a instalao de fusveis do Tipo NH (um para cada fase) para realizar a proteo contra sobrecorrente eltrica. A tampa frontal desse tipo de chave deve ser de fcil remoo de tal forma que seja possvel trocar o(s) fusvel(is) sem a desmontagem da chave. figura 1.23: modelo de chave seccionadora. 18 Chave de partida Aschavesdepartidasoutilizadasparaoacionamentodiretodedispositivos Trifsicos.Geralmente,possuemcontactorereltrmico,pormpode-seadquiri-las sem os mesmos. figura 1.24: modelos de chaves de partida. Chave comutadora Chavescomutadorassotambmdenominadaschavesdecames.So utilizadas em aplicaes que abrangem a faixa de 16 a 200A. Podem ser alimentadas com tenses 12, 24, 48VCC e 80-230VCA. Possuem frontais com dimenses variadas e podem ter diversas cores e configuraes de polos, mdulos e funes. Possibilitam a adio de contatos auxiliares faz com que a chave seja muito verstil, atendendo as mais diversas necessidades de alimentaes eltricas dos comandos eltricos. figura 1.25: modelos de chaves comutadoras. Chave reversora Uma das aplicaes da chave reversora em instalaes onde se utiliza o grupo geradorcomofontealternativadeenergiaeltrica.Somentenoscasosondeogrupo gerador utilizado como fonte nica de energia, pode-se prescindir da utilizao deste dispositivo.Portanto,achavereversoratemafinalidadedecomutarasfontesde 19 alimentaodoscircuitosconsumidores,separando-assemapossibilidadede alimentao simultnea.As chaves reversoras so construdas de diversas formas e dotadas de recursos que vo desde o tipo faca, manual, at as mais sofisticadas construes com controles eletrnicos digitais, comandos e sinalizaes locais e remotas, passando pelos tipos de estado slido, de ao ultra-rpida. figura 1.26: chaves reversora manual. figura 1.27 chaves reversora com contactores. Reflita e responda! Qual a funo da trava mecnica presente na cave de reverso com contactores observada na figura 1.27-b? Atravamecnicaimpedequeosdoiscontatorespossamserfechados simultaneamente. 20 Almdatravamecnicaobservadanafigura1.27-b,nota-sequeas bobinasdoscontatoresK1eK2sointertravadaseletricamentepormeio de contatos ou rels auxiliares, de forma que impossibilite a alimentao de uma, se a outra estiver energizada. Adicionalmente,podem-seacrescentarlmpadasdesinalizaopara indicar o estado da chave reversora. Tarefa 1.1 Qualadiferenafuncionalentreaschavesfimdecursoeossensoresde proximidade? ?? ? Qualafunodostermostatos? ?? ?Apresenteexemplosdeaplicaesdesse dispositivo. 21 No que diferem os rels auxiliares em relao aos contactores de potncia? ?? ? 1.3 - Instrumentos e medies eltricas Neste tpico sero apresentadas as funes e utilizaes dos principais tipos de equipamentosdemedidaseltricasutilizadosabordodenavios,como:voltmetro, ampermetro,ohmmetro,multmetro,wattmetro,megmetro,fasmetro, frequncmetro, e sincronoscpio. defundamentalimportnciarealizarmediesdasgrandezaseltricascomo tenso,correnteeltrica,frequncia,potncia,afimdesemantereverificaras condiesdefuncionamentodosequipamentosesistemaseltricos,proporcionando assimumamaiorvidatildeseuscomponenteseprevenindofalhaseacidentes operacionaisquevenhamacausarsriosdanosaossistemaseltricosinstaladose aos seus operadores. Voltmetro Ovoltmetrouminstrumentodemedidadaamplitudedatensoeltrica,que pode ser contnua ou alternada. A unidade de medida usualmente o volt. dotado de duaspontasdeprovadeacessoaoexterior,atravsdasquaissepodemmedira diferenadepotencialeltricoentreosterminaisdeumafontedetensoconstante, entre dois pontos quaisquer de um circuito eltrico, ou ainda entre um ponto qualquer e a referncia (massa). figura 1.28: forma e medio de tenso com voltmetro. 22 A ligao de um voltmetro ao circuito de tipo paralelo. O mesmo dizer que durante a medio o instrumento constitui um caminho paralelo ao elemento ou circuito adiagnosticar.Noentanto,umvoltmetroidealprocedemediodatensosem absorverqualquercorrenteeltrica(apresenta,porisso,umaresistnciaeltricade entradainfinita),caractersticaquegaranteanointerfernciadoaparelhono funcionamento do circuito. Antigamente,osvoltmetroseramdetipoanalgico.Nessesaparelhos,a amplitudedatensoindicadaatravsdaposiodeumponteirosobreumaescala graduada,cujaseleocondizcomaamplitudeprevistaparaatenso.Como desenvolvimentodaeletrnicadigital,foramdesenvolvidososvoltmetrosdigitaisque possuemexcelenteprecisonasmediesdetenso.Afiguraaseguirmostra modelos de voltmetros que podem ser facilmente instalados em painis eltricos. figura 1.29: modelos de voltmetros. Atualmente,existeumagrandevariedadedevoltmetrosanalgicose digitais, sendo estes, em geral, incorporados aos instrumentos de mltiplas funes como o multmetro.

Ampermetro Oampermetrouminstrumentodemedidadaamplitudedacorrenteeltrica, quedamesmaformacomoparatensoeltrica,podesercontnuaoualternada.A unidade de medida usualmente oampere.Aocontrrio doprocessodemedioda Tenso,amediodeumacorrenteeltricaobrigaaqueamesmapercorrao instrumento. Ou seja, deve-se abrir o circuito eltrico no ponto onde se deseja realizar a medio de corrente eltrica e interligar o ampermetro em srie ao circuito eltrico, porisso,paraasmediesseremprecisas,esperadoqueoampermetropossua uma resistncia muito pequena comparada s resistencias do circuito. Dessa forma, a medio de corrente realizada sem que ocorra qualquer queda de tenso entre seus dois terminais. 23 figura 1.30: forma e medio de corrente eltrica com ampermetro. Namediodecorrentecontnuacomamperimetrosanalgicos,deve-se ligaroinstrumentocomopolopositivonopontodeentradadacorrente convencional,paraqueadeflexodoponteirosejaparaadireita.Caso contrrio,oponteiroserdeslocadoparaaesquerdaedanificaro mecanismo de indicao. figura 1.31: modelos de ampermetros. Damesmaformacomoocorreparaosvoltmetros,atualmente,huma grandevariedadedeampermetrosanalgicosedigitais,sendoesta funo tambm incorporada aos multmetros. H tambm os denominados alicates ampermetros que permitem realizar a medio de corrente eltrica sem a necessidade de interromper o funcionamento dos sistemas eltricos. Ohmmetro Oohmmetrooaparelhocujafunomedirovaloremohms(W)da resistnciaeltricadoscomponentes.Paraohmmetrosdotipoanalgico,faz-se necessria a zeragem da escala, alm da faixa de valores. Amedioderesistncianumcircuitoeltricodeveserrealizadadaseguinte forma: 24 desliga-se a alimentao eltrica no circuito; abre-se o no ponto de medio; senohouverconhecimentoprviodovalordaresistnciaasermedida, deve-seselecionaramaiorescalademedioe,ento,conectam-seos terminaisdoinstrumentoemparalelocomocomponenteoupontode medio; e deacordocomovalormedidoinicialmente,pode-seajustarnovamentea escala de medio a fim de que o valor medido fique no meio da escala. figura 1.32: forma de medio de resistncia eltrica com ohmmetro. Tambm se pode utilizar um ohmmetro para medio de continuidade em fios, cabos e circuitos eltricos. Damesmaformacomoocorreparaosvoltmetroseampermetros,a medio de resistncia eltrica uma funo incorporada aos multmetros. Multmetro Omultmetrouminstrumentodemedidamultifuncionalquecongrega,entre outras,asfunesdevoltmetro,deampermetroedeohmmetro.Atualmenteexiste no mercado grande variedade de multmetros: de tipo analgico ou digital; de pequenas (bolso)ougrandesdimenses;debaixaouelevadapreciso;debaixoouelevado preo. figura 1.33: modelos de multmetros analgico e digital. 25 Osmultmetrostopdelinhapossuemoutrosinstrumentosdemedidas incorporados como: frequencmetro, termmetro, medidor de capacitncia, medidor de indutncia, provador de diodos, etc. Wattmetro Owattmetrouminstrumentoquepermitemedirapotnciaeltricafornecida ou dissipada por um elemento. O wattmetro realiza o produto das grandezas tenso e correnteeltricanoelemento,razopelaqualasualigaoaocircuitofeita simultaneamente em srie e em paralelo. Assim, dois dos terminais so ligados em paralelo com o elemento, efetuando a mediodatenso,eosdoisrestantessointerpostosnocaminhodacorrente.Tal comoovoltmetroeoampermetro,owattmetroidealmedeatensosemdesviode qualquer fluxo de corrente, e mede a corrente sem introduzir qualquer queda de tenso aos seus terminais. figura 1.34: forma de medio de potncia eltrica com wattmetro. figura 1.35 modelos de wattmetros. 26 Megmetro O megmetro um instrumento usado para executar testes de isolao. Seuprincpiodefuncionamentoconsisteemgeraoeaplicaoumatenso quepodevariarde500at15000Vemumequipamento,fazendoentoaleiturado fluxo de corrente entre duas partes do equipamento (ex: a carcaa de um motor e seu bobinado). Medevaloreselevadosderesistnciaseltricasondeoohmimtrono conseguemedir.Aocontrriodomultimetrocomescaladeohmimetroqueutiliza apenasumapilhade9v,omegmetroproduzumaaltatensoparavenceragrande resistnciadocomponenteedeterminarpelacorrenteproduzidaoquantovalea resistncia do componente medido. Omegometrousadomuitoparadeterminaraisolaodemotorese transformadores. figura 1.36: modelos de megmetros. Fasmetro Numsistemaeltricotrifsico,ofasmetroserveparadeterminarasequncia dasfases-abc(SequnciaDireta)ouacb(SequnciaInversa).Devem-seconectar seus trs terminais a cada uma das trs Fases do Sistema Eltrico a fim de verificar a sequncia de fases. figura 1.37: modelo de fasmetro digital 27 . AligaocorretadasfasesaosSistemasEltricosTrifsicosde fundamentalimportncia,principalmenteporquedeterminaossentidosde rotao de motores e bombas trifsicas. Frequencmetro Esse instrumento eletrnico utilizado para medio da frequncia de um sinal peridico (Frequncia nas Fases de sada de um alternador, por exemplo). A unidade demedidautilizadaoHertz(SmboloHz).Umfrequencmetropossuiummostrador digital que pode ser em cristal lquido ou de LEDs, informando a frequncia medida em Hz,kHz,MHzeGHz,conformeaescalautilizada.Muitosfrequencmetrospodem medirtambmoperododosinalmedido(emsegundos,milissegundos, microssegundos,nanossegundos).Osfrequencmetroseletrnicosdigitaisfazemuso deumabasedetempoprecisa(umcristaldequartzo)ecircuitoscontadoresdigitais pararealizaramediodafrequncia.Somuitoutilizadosemlaboratriosde eletrnica e medio em campo. figura 1.38: modelos de frequencmetros para instalao em painel. Almdosfrequencmetrosdigitais,existemoseletromecnicos,usadospara medir a baixa frequncia da rede eltrica. Estes se compem de barras de ferro doce, que vibram em determinadas frequncias de ressonncia e so instalados em painis de equipamentos eltricos. Sincronoscpio Suaprincipalfunodemedireindicarongulodefaseentre2grupos geradores.utilizado,principalmente,quandosequercolocar2gruposemparalelo, manualmente.Permitequesevisualize,quandoasmquinasestoprximasdo sincronismo,impedindoassim,desefazersincronismosforadongulodefase.Em 28 geral,existeaindaumcontatointerno,paraprotegerosistema,casoosgeradores entrem fora de sincronismo. figura 1.39: modelo de sincronoscpio com leds. Tarefa 1.2 Por que necessrio realizar medies eltricas? Por que a corrente eltrica que atravessa um voltmetro ideal igual a 0A? Qual a funo de um fasmetro? 29 1.4 - smbolos e diagramas eltricos Estetpicoapresentaossmbolosdosprincipaiscomponenteseltricos apresentadosatento.Oconhecimentodestespermitiraoalunointerpretare compreender mais facilmente os planos eltricos de bordo que sero apresentados no final desta unidade de ensino.

Simbologia Ossmboloseltricossorepresentaesgrficasquefacilitamaidentificao dos componentes que constituem os sistemas ou circuitos eltricos. Ao agruparmos ou interligarmososdiversossmboloseltricos,formamososdiagramasesquemticos. Estes, por sua vez, no levam em considerao acessrios e/ou componentes que no influenciam o funcionamento eltrico do circuito como, por exemplo: porcas, parafusos de fixao e demais componentes mecnicos. Afimdeseevitarqueummesmocomponentepossuamaisdeuma representaogrficae,assim,gerardificuldadesdeinterpretaodosdiagramas eltricos,ossmbolossonormalizados.NoBrasilasnormassopadronizadaspela ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas).ATabela1.2mostraossmbolosdediversosdispositivoseltricos acompanhados de suas respectivas descries. tabela 1.2: smbolos eltricos mais comuns segundo a ABNT (continua). SmboloDescrioSmboloDescrio Botoeira NA Botoeira NF Botoeira NA com Retorno por Mola Botoeira NF com Retorno por Mola Chave Fim de Curso (Acionamento por Rolete) Chave Fim de Curso (Acionamento por Gatilho) Sensor de Proximidade Indutivo ou Capacitivo Tipo NPN (1NA + 1NF) Sensor de Proximidade Indutivo ou Capacitivo Tipo PNP (1NA + 1NF) Tabela 1.2: smbolos eltricos mais comuns segundo a ABNT (Continuao). 30 SmboloDescrioSmboloDescrio Dispositivo Emissor de Luz para Sensor de Proximidade ptico Tipo Barreira Dispositivo Receptor de Luz para Sensor de Proximidade ptico Tipo Barreira (Sensor NPN) Indicador Luminoso (Lmpada ou LED) Indicador Sonoro (Sirene) Contato NA (Exemplo: Rel Auxiliar) Contato NF (Ex: Rel Auxiliar) Contatos Comutadores 1NA + 1NF Contatos Tripolares NA (Ex: Contator de Potncia) Acionamento Eletromagntico (Ex: Bobina do Contator) Acionamento Eletromagntico (Ex: Eletrovlvula) Rel Auxiliar (3NA + 1NF) Rel Auxiliar com Contatos Comutadores Rel de Tempo com Retardo na Energizao Rel de Tempo com Retardo na Desenergizao Contador Fusvel Disjuntor a leo Disjuntor a Seco Disjuntor com Elementos Trmicos e Magnticos (Proteo contra Correntes de Curto e Sobrecarga) Disjuntor com Elemento Magntico (Proteo contra Corrente de Curto-Circuito) Rel Trmico Motor Trifsico Tabela 1.2: smbolos eltricos mais comuns segundo a ABNT (Continuao). 31 SmboloDescrioSmboloDescrio Corrente Contnua Corrente Alternada Aterramento Neutro Polaridade Positiva Polaridade Nigativa Resistor Resistor Varivel Bateria Pilha Voltmetro Ampermetro Wattmetro Gerador Exemplos de sistemas eltricos aplicados em navios Aseguirsoapresentados exemplos deDiagramasUnifilaresdas Cargasedo CircuitodeProteodeAlimentaodeTerradoQuadroEltricoPrincipal(QEP) presentes a bordo dos navios. Noseronecessriasanlisesdecircuitosenemclculoscomplexospara interpretarosdiagramaseltricosaseguir.Aproveiteparaidentificaroscomponentes eltricosutilizadosatravsdaidentificaodossmbolosnormalizadosapresentados na Tabela 1.2. Exemplo1: diagrama unifilar das cargas eltricas em navios Afigura1.40mostraumapartedeumDiagramadeDistribuiodeCargas Eltricas utilizado nos navios. O barramento desses circuitos alimentado em 220 VCA provenientesdosecundriodotransformadorabaixadordetensoinstaladonasada do Grupo Gerador, que, por sua vez, fornece tenses da ordem de 440VCA. Essediagramasereferesalimentaesdeserviocomotomadase iluminao. Podem-se observar os valores de corrente eltrica mxima que podem ser consumidos.32 figura 1.40: exemplo de diagrama unifilar para tomadas e iluminao de bordo. Exemplo 2: circuito de alimentao eltrica de bordo e de terra A figura 1.41 mostra o circuito de intertravamento de proteo para alimentao do Quadro Eltrico Principal (QEP). O sistema de alimentao eltrica de bordo possui trsgeradoresquepodemoperarisoladamente,oujuntos.Quandoumgeradorest em operao, os contatos normalmente fechados correspondentes (por exemplo: d4.6 e d16.6 para o gerador 1) so abertos e o contactor d2 fica impedido de ser energizado e,porsuavez,impedequeocontactora1(responsvelpelaconexodaenergiade terra)tambmsejaenergizado.Portanto,sehouverpelomenosumgeradorem operao no ser possvel alimentar o navio com a energia de terra. 33 figura 1.41: exemplo de circuito de alimentao eltrica de bordo e de terra. 34 Teste de autoavaliao da unidade 1 Teste seus conhecimentos! 1.1 Relacione as colunas a seguir de acordo com as funes dos dispositivos eltricos: a)Chaves fim de curso b)Indicadores luminosos c)Rels auxiliares d)Contactores e)Rel falta de fase f)Rel sequncia de fase (XXX)soutilizadosemlocaisdeboa visibilidade a fim de informar a ocorrncia ouaproximidadedeeventoscomo: alarmes, paradas de emergncia etc. (XXX)sodimensionadosparamanobrar cargasquenecessitemdecorrentes eltricas elevadas. (XXX)possuiumrelinternoqueser comutadodesligandoosistemaem proteo, sempre que houver a ausncia ouabaixamentodetensoemumadas fazes ou no neutro. (XXX)dentreassuasdiversasfunestm-se: indicao,deteco,limitaoou monitorao dos cursos em mquinas de movimentao automtica. (XXX)protegeumsistematrifsicocontra inverso da sequncia das fases. (XXX)sochaveseltricasdeumoumais contatos NA ou NF acionadas atravs da energizao de uma bobina eltrica. 35 1.2 Relacione as colunas a seguir de acordo com as grandezas medidas.a)Volt b)Ampre c)Watt d)Ohms e)Watt/Hora (XXX)corrente eltrica (XXX)potncia (XXX)energia (XXX)tenso eltrica (XXX)resistncia eltrica 1.3 Nas afirmativas abaixo, assinale V para as que correspondem ao voltmetro, A paraasquecorrespondemaoampermetroeWparaasquecorrespondemao wattmetro. (XXX)Durantearealizaodamedida,doisdosterminaissoligadosem paralelocomodispositivoeltrico,efetuandoamediodatenso,e os dois restantes so interpostos no caminho da corrente. (XXX)Deveserligadoemparalelocom ospontosondesedesejarealizar a medio. (XXX)AunidadeusualdemedidaoAmpre(A),pormtambmpode apresentar vrias escalas em microampres (A) e miliampres (mA). (XXX)Deveserligadoemsrienocircuitoparaque,duranteamedida,a corrente eltrica circule pelo instrumento. (XXX)A unidade de medida o Watt. (XXX)AunidadeusualdemedidaoVolt(V),pormtambmpode apresentarvriasescalasemmicrovolt(V),milivolts(mV)ekilovolt (KV). 1.4Descrevaaimportnciadautilizaodosincronoscpionasmanobrasde paralelismo de grupos geradores de energia eltrica. 36 2. FUNDAMENTOS DA AUTOMAO INDUSTRIAL Nesta unidade, voc vai: definir a Automao Industrial. destacarasvantagensedesvantagensdautilizaoda Automao Industrial.

conheceroselementosquecompemumSistemadeControle Automtico. compreenderofuncionamentodeumSistemadeControle Automtico a partir da representao por Diagrama em Blocos. 2.1 - Definies Um sistema de controle dito automtico quando os mecanismos que verificam seuprpriofuncionamentoefetuammedieseintroduzemcorreessema necessidade de interferncia humana. bastante comum confundir os termos automatismo e automao. Automatismo um simples sistema destinado a produzir a igualdade de esforo fsico e mental e um maior volume de trabalho; a Automao a associao organizada dos automatismos para execuo dos objetivos do progresso humano. 2.2 - vantagens da automao industrial Aautomaodiminuioscustoseaumentaavelocidadedaproduo.Hojeem dia est presente em diferentes ramos de atividades do homem, desde a Medicina at a Astronomia, ampliando a capacidade de interao com a natureza e os processos. AAutomaoIndustrialvisa,principalmente,aprodutividade,qualidadee seguranaemumprocesso.Emumsistemaautomticotpicotodaainformaodos sensoresconcentradaemumControladorProgramveloqual,deacordocomo Programa em Memria, define o Estado dos Atuadores. 37 Tarefa 2.1 O que um sistema automtico? ?? ? O significa o vocbulo automao? ?? ? O que significa o vocbulo automatismo? ?? ? 38 Apresente objetivos da Automao de Processos Industriais. 2.3 - elementos do controle automtico VejaoexemplodeSistemadeControledeNvelrepresentadonafigura2.1. Observequesempreocorrerumescoamentonaparteinferiordotanque.Ento, suponha que se deseja manter o nvel de gua em 50% da capacidade do tanque. Para isso,umoperadordevemonitoraraalturadacolunadegua.Casoonveldegua estejaabaixodovalordesejado(50%),entoooperadordeveabriravlvulade entradaparaqueotanquesejaabastecidocomgua.Porm,quandoonvelse aproximar(ouseigualarouaindaultrapassar)aovalordesejado,ooperadordeve fecharavlvuladeentrada.Dessaforma,otanquetendeaesvaziar-seooperador dever,ento,abrirnovamenteavlvuladeentrada.Esseciclodeoperaodever ser repetido tanto quanto for necessrio. EssesistemadecontroledenvelpodeserrepresentadoatravsdoDiagrama em Blocos apresentado na figura 2.2. Esse diagrama recebe o nome de Diagrama em BlocosdaMalhadeControleFechadaemostraoselementosbsicosquecompem os sistemas de controle automtico. figura 2.1 exemplo de sistema de controle de nvel. 39 figura 2.2 representao do sistema de controle de nvel atravs do diagrama em blocos da malha de controle. Sinais da malha de controle Conforme pode ser observado na figura 2.2, a malha de controle possui 5 (cinco) sinaisresponsveispelaoperaodosistemadecontroleautomtico.soeles:set point, varivel de processo, sinal de erro, varivel manipulada e sinal de realimentao. Aseguir,apresentamosasdefiniesdossinaispresentesnaMalhade Controle. Set Point: corresponde ao valor desejado para a grandeza fsica que se deseja controlar.Tambmchamadodesinaldeentradaousinalderefernciaouvalorde preset da malha de controle e sempre aplicado no bloco de comparao que calcula o sinal de erro e pode ser abreviado pelo termo SP. Noexemplodasfiguras2.1e2.2,oSetPointcorrespondeaonveldegua desejado pelo operador, ou seja, SP=50%. VariveldeProcesso:correspondeaovalorreal(medidopelosensor)da grandeza fsica controlada. Tambm recebe o nome de varivel controlada ou sinal de sada e pode ser abreviado pelo termo VP.Noexemplodas figuras2.1e 2.2,avarivelde processocorrespondeaonvel deguaobservadopelooperador,ouseja,onveldeguamedidovisualmentepelo operador. Sinal de Erro: corresponde diferena entre o valor desejado e o valor real da grandezafsicacontrolada.Ouseja,adiferenaentreoSetPointeavarivelde 40 processo (Erro=SP-VP). Esse sinal evidencia a necessidade de correo da varivel de processo e pode ser positivo, negativo ou nulo. O sinal de erro calculado pelo bloco detector de erro e aplicado entrada do bloco controlador. No exemplo das figuras 2.1 e 2.2, o erro corresponde a diferena visual entre o valor do nvel de gua desejado e o valor do nvel de gua observado pelo operador. VarivelManipulada:correspondeaosinaldesadadoblococontroladorda malha de controle. Tambm denominada de sinal de controle ou sinal de correo ou sinaldaleidecontroleousinaldaaodecontroleepodeserabreviadapelotermo VM.A varivel manipulada um sinal de correo que aplicado no atuador a fim de alterarovalordavariveldeprocessofazendocomqueovalordestasejaigualou aproximadamente igual ao valor do Set Point. AVarivelManipuladasofreinflunciadiretadocontrolador.Emoutras palavras,cadatipodecontroladorproduzumtipodesinalparavarivel manipulada que por sua vez, ir corrigir a varivel de processo. Essa correo ter maior ou menor preciso e maior ou menor velocidade, dependendo dos ajustes feitos no controlador. Maiores detalhes sobre este assunto sero abordados na Unidade 3. Sinalderealimentao:oSinalprovenientedasadadoblocosensorna malha de controle. Corresponde a uma parte ou a totalidade do sinal de sada da malha decontrole,isto,ovalordosinalderealimentaoigualaumaamostragemdo valordavariveldeprocessoouentocorrespondeatodoovalordavarivelde processo. Paraefeitosdesimplificaodesteestudo,vamosconsiderarqueovalordo sinalderealimentaoigualavalordavariveldeprocesso.Istopodeser representado matematicamente atravs da seguinte expresso: realimentao = varivel de processo 41 Tarefa 2.2 Quais so os sinais encontrados na Malha de Controle? ?? ? O que o Set Point? ?? ? O que Varivel de Processo? ?? ? O que Sinal de Erro? ?? ? O que Varivel Manipulada? ?? ? O que Sinal de Realimentao? ?? ? 42 Hardware da malha de controle Ohardwaredamalhadecontroleformadopordispositivoseequipamentos (automatismos) interligados com o objetivo de operar o sistema de controle automtico. Conforme mostra a figura 2.2, o hardware da malha de controle possui 6 (seis) elementos: Detector de erro, controlador, atuador, planta ou processo, sensor e linhas de transmisso. Vamos s definies. detector de erro: este bloco tem a funo de calcular o valor do sinal de erro da malha de controle. Tambm pode ser denominado de bloco comparador ou somador. Controlador: este bloco tem a funo de determinar as tomadas de decises para corrigir o valor da varivel de processo. As tomadas de decises correspondem aoclculodosinaldavarivelmanipulada.Emoutraspalavras,ocontroladoro responsvelporproduzirumsinalqueserentregueaoatuadorafimdequeeste altere o valor da varivel de processo de tal forma que ela se iguale ou se aproxime do valor de Set Point. OControladorumequipamentoquepodeserhidrulico,pneumticoou eletrnico.E,conformesuaaodecontrolepodeser:ON-OFF,Proporcional, Integral, Derivativo ou uma combinao dos trs ltimos. Existeumagrandevariedadedecontroladoresnomercadosendoqueaqueles queapresentamumamaioreficinciaeversatilidadesooscontroladoreslgicos programveis.Estes,deacordocomseusrecursosdisponveis,podemexecutar, atravsdeumProgramaUsurio,qualquerumadasaesdecontrolecitadasno pargrafoanterioreaindaexecutartemporizaes,contagens,acionamentos sequenciais de motores, operaes aritmticas etc. A figura 2.3 mostra alguns modelos de controladores utilizados na indstria. figura 2.3: modelos de controladores industriais. 43 Atuador:estedispositivoresponsvelpelaexecuodaaodecontrole calculadapelocontrolador.Emoutraspalavras,oatuadorrecebeosinaldavarivel manipulada,provenientedocontrolador,eexecutaumtrabalhoqueircausaruma alterao no valor da varivel de processo. Tambm recebe o nome de Elemento Final de Controle (E.F.C.). OsAtuadoressodispositivosquepodemsercomandadosatravsdesinais pneumticos, hidrulicos ou eletrnicos. A figura 2.4 mostra alguns tipos de atuadores industriais como bombas, motores, vlvulas e pistes. figura 2.4: modelos de atuadores industriais. Planta ou Processo: Este bloco representa toda estrutura fsica e toda reao fsica ou qumica que influencia no comportamento da varivel de processo.NoexemplodoSistemadeControledeNveldasfiguras2.1e2.2aplanta caracterizadadiretamentepelasdimensesdotanqueepelosdimetrosdas tubulaesdeabastecimentoedeesvaziamentodotanque.Paraefeitode simplificaodamalhadecontrole,vamosconsiderarqueaplantaouprocesso representado apenas pelo tanque. Sensor: este dispositivo tem por funo realizar a medio do valor da varivel de processo e transmitir essa informao (sinal de realimentao) entrada da malha de controle (bloco detector de erro). Existeumagrandevariedadedesensoresresponsveispelasmediesde grandezasfsicascomo:presso,temperatura,vazo,nvel,posioetc.Afigura2.5 mostra alguns tipos de sensores industriais. 44 figura 2.5: modelos de sensores industriais. Linhas de transmisso: so as ligaes entre os blocos da malha de controle as quais indicam a trajetria dos sinais ao longo da malha de controle. Ossinaisquesotransmitidospelaslinhasdetransmisso,geralmente,so sinais eltricos ou um protocolo de comunicao. No caso dos sinais eltricos, o sinal transmitido pode ser digital ou analgico. a tabela2.1mostraossinaiseltricosmaisutilizadospelaslinhasdetransmissonas malhas de controle.tabela 2.1: sinais padres da transmisso eltrica. SinalDigitalAnalgico Tenso 0 ou 10VDC (NPN ou PNP)1 a 5 VDC 0 ou 24 VDC (NPN ou PNP)0 a 10 VDC 0 ou 110 VAC2 a 10 VDC 0 ou 220 VAC-10 VDC a +10 VDC Corrente 0 a 20mA 4 a 20mA ObserveossinaisapresentadosnaTabela2.1eresponda:quala diferena entre os sinais digitais e analgicos? Ossinaiseltricosdigitaispossuemapenasdoisvalores(mnimooumximo). Poroutrolado,ossinaiseltricosanalgicospossueminfinitosvaloresentreosseus dois limites (mnimo e mximo). NocasodosProtocolosdeComunicao,osinaltransmitidocorrespondea pacotesdeinformaoquesoenviadosatravsdecanaisdecomunicaodigital, ouseja,osdadosprovenientesdoscontroladores,sensoreseatuadoresso transmitidosatravsdesinaisdigitaismoduladosepadronizados.Portanto,os 45 protocolosdecomunicaosolinguagenspadronizadaspelosComits Internacionaisresponsveispelanormalizaodosequipamentosdeautomao industrial. Os protocolos de comunicao se diferenciam uns dos outros por fatores como: velocidadeefrequnciadetransmisso,imunidadearudoseinterferncia eletromagntica, entre outros fatores. Como exemplos de protocolos de comunicao, tem-se: os sistemas: Fieldbus, Sistemas Profibus, Sistemas Modbus, Sistemas Device Net etc. Os protocolos de comunicao permitem facilmente a integrao dos processos industriais a sistemas de superviso e controle informatizados. Essessistemaspermitemainteraodosdiversosautomatismosutilizadosem umatopologiadenominadadeRedeIndustrialouRededeChodeFbrica semelhantemente como feito nas redes de computadores. Tarefa 2.3 QuaissooscomponentesqueformamoDiagramaemBlocosdaMalhade Controle? ?? ? Qual a funo do Detector de Erro? ?? ? Qual a funo do Controlador? ?? ? 46 Qual a funo do Atuador? ?? ? O que Planta ou Processo? ?? ? Qual a funo do Sensor? ?? ? Qual a funo das Linhas de Transmisso? ?? ? 2.4 - exemplo de sistema de controle Suponhaqueumveculo(automvel)estemmovimentoequeagrandeza fsicaasercontroladadeveseravelocidadedomesmo.Afigura2.6mostrao respectivo Diagrama em Blocos da Malha de Controle. 47 figura 2.6: malha de controle do sistema de controle de velocidade do veculo. Paramanteravelocidadedoveculoconstanteemumdeterminadovalor(por exemplo:80km/h),omotoristamonitoraavelocidadeatravsdovelocmetrodo veculoevariaaforacomqueelepisanopedaldoaceleradorafimdemantera velocidadeigualaovalordesejado.Seavelocidadepassardovalordesejadoo motoristapodediminuiraforaaplicadaaopedaldoacelerador(ouentopodepisar no pedal de freio do veculo). Por outro lado, se a velocidade indicada pelo velocmetro diminuir,omotoristadeveaumentaraforasobreopedaldoaceleradorafimde aumentaravelocidadedoveculo.Omesmotipodecontrolepodeserrealizadopelo motorista quando o veculo estiver subindo ou descendo uma lombada, por exemplo. Imagine que o mesmo automvel est sem velocmetro. O que o motorista dever fazer para controlar a velocidade do veculo? Paramanteravelocidadedoveculoconstante,omotoristadeveestimarcom qualforaeledeverpisarnopedaldoaceleradoremanteressafora.Dependendo da experincia do motorista, a velocidade final se manter prxima do valor desejado, pormsomentecommuitasorteeleconseguirmanteravelocidaderealprximado valor desejado. Esse tipo de controle recebe o nome de Controle em Malha Aberta, pois o valordavariveldeprocessonopodeserobservado(oumedido)pelo operador(oucontrolador)e,portanto,noretornaentradadamalhade controle. 48 2.5 - operao de um sistema de controle automtico Todo processo ou sistema de controle automtico pode ser modelado atravs do DiagramaemBlocosconformemostraafigura2.7.Estediagramaemblocos denominado de malha de controle fechada, pois o sinal de sada (varivel de processo, VP) desse diagrama medido e transferido para a entrada da malha de controle para ser comparado com um valor de referncia (Set Point, SP). O resultado da comparao entre os sinais de referncia e de sada da malha de controleproduzumsinaldeerro(Erro=SP-VP),quepodeserpositivo(SP>VP), negativo (SP PY PA = PX (presso mais alta) Se PX < PY PA = PY (presso mais alta) Elemento E Quando o ar comprimido aplicado a uma das entradas (viaXouviaY),oelementodevedaosedesloca fechandoaprpriaentradaquerecebeuosinalde presso,deixandolivreapassagemdearatravsda outraentrada(entradaoposta)que,aoreceberpresso dealimentao,permiteapassagemparaautilizao (via A). Se PX = PY = P PA = P (2 sinal) Se PX > PY PA = PY (presso mais baixa) Se PX < PY PA = PX (presso mais baixa) Vlvulas de Controle de Fluxo Estasvlvulasdecontrolesoutilizadasemsituaesemqueocorrea necessidade de diminuir a quantidade de ar que passa atravs de uma tubulao. Essa situao ocorre mais frequentemente quando se necessita regular a velocidade de um cilindro ou formar condies de temporizao pneumtica. 142 Portanto, esse tipo de vlvula a soluo ideal quando se necessita influenciar o fluxo de ar comprimido. As vlvulas de controle de fluxo podem ser fixas ou variveis e estas podem ser unidirecionaisoubidirecionais.Seroabordadosnesteestudoosseguintestiposde vlvulas de controle de fluxo: Vlvula de controle de fluxo fixa bidirecional Vlvula de controle de fluxo varivel bidirecional Vlvula de controle de fluxo varivel unidirecional tabela 5.9: vlvulas de controle de fluxo (continua). VlvulaFuncionamento Fixa Bidirecional Essavlvularecebeessenomeporquenopermite ajuste,sendoarestriopermanentedemesmo dimetro,eofluxocontroladoigualmenteemambas as direes (ou seja, Fluxo 1-2 = Fluxo 2-1). Varivel Bidirecional utilizadaquandosenecessitavariaraintensidadedo fluxodearemfunodealgumajustedeoperao, como,porexemplo,oajustedevelocidadedeum atuador. Essavlvulapossuiumparafusocnicoregulvelque podeaproximar-seouafastar-sedeumassento.Essa regulagempermiteapassagemdemaioroumenor quantidade de fluido atravs da vlvula. 143 tabela 5.9: vlvulas de controle de fluxo (continuao). VlvulaFuncionamento Varivel Unidirecional Essa vlvula formada por um dispositivo de controle de fluxovariveleumavlvuladereteno.Nosentidode passagem de ar da via 1 para a via 2 (figura a), o ar flui livremente atravs da reteno que se abre. Nosentidoinverso(figurab),avlvuladereteno fecha-se,impedindoofluxodeareobrigandoqueoar passepelaviaemquearestriocontroladaporum parafuso de ajuste. Nessa vlvula Fluxo 1-2 > Fluxo 2-1. Vlvulas de Controle de Presso Essasvlvulastmcomofunoinfluenciarousereminfluenciadaspor determinadaintensidadedepressodeumsistema.Portanto,essasvlvulaspodem limitarapressomximaemumreservatrio,linhadearcomprimidooucompressor; podemdetectarofimdeummovimentosemapresenadeumfimdecursoapenas pelaelevaodepressoecontrolaraenergiapneumticafornecidaaumsistema pneumtico. Dentre as vlvulas de controle de presso, sero abordadas neste estudo: Vlvula de alvio ou limitadora de pressoVlvula de sequncia Vlvula reguladora de presso 144 tabela 5.10: vlvulas de controle de presso. VlvulaFuncionamento Vlvula de Alvio Seufuncionamentoconsisteemposicionarummboloou esfera sobre uma sede, atravs de uma mola que teve sua tensoajustadapormeiodeumparafusoeporcade regulagem. Havendoumaelevaodepressoacimadovalor regulado,omboloouaesferasedeslocadasede, fazendo com que o excesso de ar tenha caminho livre para a atmosfera. Com o equilbrio de presso a mola posiciona o mbolo ou esfera na sede e a vlvula se fecha. Vlvula de Sequncia Seufuncionamentobasicamenteomesmodavlvulade alvio,pormasuasadadearutilizadaparacomandos ou emisso de sinais a qualquer outro elemento pneumtico (vlvula ou atuador). Essa vlvula est presente na unidade de Condicionamento apresentada nesta unidade. Vlvula Reguladora de Presso O ar comprimido atravessa a vlvula apenas se a vlvula de assento estiver aberta. Seapressodesada(via2)excederapressoregulada (ajustedamola),odiafragmaserdeslocadoparacima (contraamoladeregulagem),abrindoapassagemdear para atmosfera atravs da via de escape (via 3). Quando a presso de sada normalizar, o diafragma volta a sua posio de assento e o ar volta a circular normalmente atravs da abertura regulvel. 145 Tarefa 5.5 Marque a alternativa correta 1.As etapas do condicionamento do ar comprimido so: ( a )Compresso, Refrigerao, Filtragem e Armazenagem. ( b )Armazenagem, Filtragem, Distribuio e Regulagem. ( c )Compresso, Lubrificao, Medio e Regulagem. ( d )Regulagem, Filtragem, Indicao e Lubrificao. 2.No Regulador de presso: ( a )A presso de entrada deve ser sempre igual presso de sada. ( b )A presso de entrada deve ser sempre menor do que a presso de sada. ( c )A presso de entrada deve ser sempre maior do que a presso de sada. ( d )A presso de entrada no influencia na presso de sada. 3.Na vlvula de isolamento (elemento OU) com presses iguais nas duas entradas: ( a )A presso de sada ser igual ao valor mdio das presses de entrada. ( b )A presso de sada ser igual presso da primeira entrada pressurizada. ( c )A presso de sada ser igual soma das presses das entradas. ( d ) A presso de sada ser igual presso da segunda entrada pressurizada. 4.Na vlvula de isolamento (elemento OU) com presses diferentes nas suas entradas: ( a )A presso de sada ser igual maior presso de entrada. ( b )A presso de sada ser igual menor presso de entrada. ( c )A presso de sada ser igual presso da primeira entrada pressurizada. ( d )A presso de sada ser igual presso da segunda entrada pressurizada. 5.Na vlvula de simultaneidade (elemento E) com presses iguais nas suas entradas: ( a )A presso de sada ser igual ao valor mdio das presses de entrada. ( b )A presso de sada ser igual presso da primeira entrada pressurizada. ( c )A presso de sada ser igual soma das presses das entradas. ( d )A presso de sada ser igual presso da segunda entrada pressurizada. 146 6.Na vlvula de simultaneidade com presses diferentes nas suas entradas: ( a )A presso de sada ser igual maior presso de entrada. ( b )A presso de sada ser igual menor presso de entrada. ( c )A presso de sada ser igual presso da primeira entrada. ( d )A presso de sada ser igual presso da segunda entrada. Classifique as vlvula de controle direcional a seguir de acordo com seu nmero de vias, nmero de posies, tipo de acionamento e tipo de retorno. N de vias: ______________________________________ N de posies: __________________________________ Acionamento:___________________________________ Retorno: ________________________________________ N de vias: ______________________________________ N de posies: __________________________________ Acionamento:___________________________________ Retorno: ________________________________________ N de vias: ______________________________________ N de posies: __________________________________ Acionamento:___________________________________ Retorno: ________________________________________ 147 Associe as colunas abaixo de acordo com cada Tipo de Comando das VCD. (a)Acionamento muscular(XXX) (b)Acionamento mecnico(XXX) (c)Acionamento eltrico(XXX) (d)Acionamento pneumtico(XXX) (XXX) Associe as colunas abaixo de acordo com a classificao das VCD. (a) (XXX) (XXX) (XXX) (XXX) (XXX) (XXX) (XXX) (XXX) 5 vias e 2 posies; normal aberta 4 vias e 3 posies; normal fechada 2 vias e 2 posies; normal fechada 3 vias e 2 posies; normal fechada 2 vias e 2 posies; normal aberta 3 vias e 2 posies; normal aberta 5 vias e 2 posies; normal fechada 4 vias e 3 posies; normal aberta (b) (c) (d) 148 5.8 - atuadores lineares Osatuadorespneumticossoelementosmecnicosquepormeiode movimentoslinearesourotativostransformamaenergiacinticageradapeloar pressurizado e em expanso, em energia mecnica, produzindo trabalho. Sero abordados neste estudo apenas os atuadores pneumticos de movimento linear, dentre os quais podemos destacar: Cilindros de simples ao ou simples efeito Cilindros de dupla ao ou duplo efeito Cilindros de dupla ao ou duplo efeito com amortecimento Cilindros de dupla ao ou duplo efeito com mbolo magntico Cilindro de Simples Ao Essetipodeatuadorpneumticopossuimovimentodeavanoouretornopela ao de uma mola interna ao seu tubo cilndrico (ou camisa), podendo ainda ter retorno por fora externa. Asfiguras5.16,5.17e5.18mostramoscilindrosdesimplesaocomavano por mola, retorno por mola e retorno por ao de fora externa, respectivamente. figura 5.16: cilindro de simples ao com avano por mola. 149 figura 5.17: cilindro de simples ao com retorno por mola. figura 5.18: cilindro de simples ao com retorno por ao de fora externa. Cilindro de Dupla Ao Essetipodeatuadorpneumticopossuitantooavanocomooretorno comandado atravs de ar comprimido. As figuras 5.19, 5.20 e 5.21 mostram os cilindros de dupla ao, dupla ao com amortecimento e dupla ao com mbolo magntico, respectivamente. 150 Figura 5.19 Cilindro de Dupla Ao. Afunodoamortecimentoabsorveraenergiacinticaexcessivageradaem funodasvelocidadesdeavanoederetorno,queoatuadordesenvolveduranteo seufuncionamento.Oamortecimentosentraemaoapartirdeumadeterminada posio do mbolo, na qual, o ar passa atravs de uma restrio que pode ser fixa ou varivel. Dessa forma, o amortecimento ser responsvel pela reduo do impacto no fim de curso do atuador. figura 5.20: cilindro de dupla ao com amortecimento. O cilindro de dupla ao com mbolo magntico utilizado em aplicaes onde sefaznecessriodetectarofimdecurso.Paraisso,necessrioinstalarjuntoao mbolodocilindroumimpermanenteesensoresmagnticosnaparteexternada camisadocilindro.Afigura5.21mostraessetipodeatuador.Notequeomesmo tambm possui amortecimento varivel para o avano e para o retorno! 151 figura 5.21: cilindro de dupla ao com mbolo magntico. Tarefa 5.6 Responda as seguintes questes. Qual a funo dos atuadores pneumticos? Qual a diferena entre cilindros de simples ao e cilindros de dupla ao? 152 5.9 - simbologias dos componentes pneumticos OssmbolosapresentadosaseguirestodeacordocomanormaDIN/ISSO 1929 de agosto de 1978, ainda em vigor. DenominaoCaractersticaSmbolo Compressor Produzarcomprimido(fluxoemapenasum sentido) Fonte de ar comprimido Linha de trabalhoLinha para transmisso de energia. Linha de comando Linhaparatransmissodeenergiadecomando (inclusive ajuste e regulagem). Unio de linhas Unio fixa, por exemplo, soldada , chumbada, ou parafusada(inclusiveconexeseunies rosqueadas). Linhas cruzadasCruzamento de linhas no conectadas. Conexo de descarga Simples, no conectvel (escape livre). Rosqueado por conexo (canalizado ou dirigido). Resfriador de ar Silenciador Reservatrio de ar ManmetroInstrumento de medio de presso 153 DenominaoCaractersticaSmbolo Filtro de ar Separador de gua (purgador) Com dreno manual. Com dreno automtico. Filtro com separador de gua (purgador) Com dreno manual. Com dreno automtico. Lubrificador Unidadequalseadicionampequenas quantidadesdeleoaoarpassanteparaa lubrificao dos equipamentos. Secador Utilizadopararetiraraumidadedoar comprimido aps a sua produo. Unidade de condicionamento de ar comprimido Compostopor:filtro,regulador,indicadore lubrificador. Smbolo simplificado. Vlvulas de controle direcional (VCD) VCDcomduasviaseduasposies;posio normal fechada (NF). VCDcomduasviaseduasposies;posio normal aberta (NA). VCDcomtrsviaseduasposies;posio normal fechada (NF). 154 DenominaoCaractersticaSmbolo Vlvulas de controle direcional (VCD) VCDcomtrsviaseduasposies;posio normal aberta (NA). VCD com quatro vias e duas posies. VCD com quatro vias e duas posies. VCD com cinco vias e duas posies. VCD com cinco vias e duas posies. VCDcomtrsviasetrsposies.Posio intermediria fechada. VCDcomquatroviasetrsposies.Posio intermediria fechada (centro fechado). VCDcomquatroviasetrsposies.Posio intermediriacomsadasemexausto(centro aberto negativo). VCDcomquatroviasetrsposies.Posio intermediriacomsadasempresso(centro aberto positivo). VCDcomcincoviasetrsposies.Posio intermediriacomsadasempresso(centro fechado). VCDcomcincoviasetrsposies.Posio intermediriacomsadasemexausto(centro aberto negativo). VCDcomcincoviasetrsposies.Posio intermediriacomsadasempresso(centro aberto positivo). 155 DenominaoCaractersticaSmbolo Vlvulas de bloqueio Vlvula de reteno sem mola. Vlvula de reteno com mola. Vlvula de escape rpido. Vlvula de isolamento (elemento OU). Vlvula de simultaneidade (elemento E). Vlvula de controle de fluxo Vlvula de controle de fluxo fixa bidirecional. Vlvula de controle de fluxo varivel bidirecional. Vlvuladecontroledefluxovarivel unidirecional. Vlvula de Controle de Presso Vlvula de sequncia Vlvula de alvio ou vlvula de segurana Vlvula Reguladora de Presso 156 DenominaoCaractersticaSmbolo Cilindros de simples ao ou duplo efeito Cilindrodesimplesaocomretornopor mola. Cilindrodesimplesaocomavanopor mola. Cilindrodesimplesaocomretornopor fora externa. Cilindros de dupla ao ou duplo efeito Cilindro de dupla ao com haste unilateral. Cilindro de dupla ao com haste passante. Cilindrodeduplaaocommbolo magntico. Cilindrodeduplaaocomamortecimento fixo no avano. Cilindrodeduplaaocomamortecimento fixo no recuo. Cilindrodeduplaaocomamortecimento fixo no avano e no recuo. Cilindrodeduplaaocomamortecimento regulvel no avano e no recuo. Cilindrodeduplaaocomamortecimento regulvelnoavanoenorecuoembolo magntico. 157 5.10 - circuitos pneumticos e eletropneumticos bsicos Com as informaes expostas neste captulo, possvel compreender e realizar montagens de circuitos pneumticos bsicos.Parasimplificaresteestudo,vamosinicialmente,apresentarexemplosde circuitos pneumticos simples e de fcil compreenso. Em seguida, apresentaremos os circuitoseletropneumticosequivalentesbemcomoseusrespectivoscircuitosde comando eltrico. Circuitos Pneumticos

Exerccio Resolvido 5.2 Descrevaofuncionamentodocircuitopneumticodecomandodiretosem regulagem de velocidade para cilindros de simples ao apresentado na figura a seguir. Circuito pneumticoFuncionamento figura 5.22 comando direto para csa sem regulagem de velocidade. Quandoobotodavlvuladirecional1.1foracionado,a hastedocilindrodeveavanar,pormquandoobotofor solto,ahastedocilindrodeveretornardevidoaoda mola interna. Os movimentos de avano e de retorno do atuador ocorrem emaltavelocidadeecausamumimpactofortequandoo mbolo completa seu movimento. 158

Exerccio Resolvido 5.3 Idemaoexerccioanterior,porm,destavez,descrevaofuncionamentodo circuitopneumticodecomandodiretocomregulagemdevelocidadepara cilindros de simples ao apresentado na figura a seguir. Circuito pneumticoFuncionamento figura 5.23 comando direto para csa com regulagem de velocidade no avano. Ofuncionamentodessecircuitopneumticoser semelhanteaocasoanterior,ouseja,quandoobotoda vlvula direcional 1.1 for acionado, a haste do cilindro deve avanar,pormquandoobotoforsolto,ahastedo cilindro deve retornar devido ao da mola interna. Porm, como entre a vlvula 1.1 e o atuador 1.0 existe uma vlvula de controle de fluxo varivel unidirecional. Esta est montadademaneiraqueatuadorterseumovimentode avanocomajustedevelocidadeeoseumovimentode retorno sem ajuste de velocidade. 159 Tarefa 5.7 Descrevaofuncionamentodocircuitopneumticodecomandodiretocem regulagem de velocidade para cilindros de simples ao apresentado na figura a seguir. Circuito pneumticoFuncionamento figura 5.24 comando direto para csa com regulagem de velocidade no recuo. Comoserofuncionamentodocircuitopneumticocomduasvlvulas reguladoras de fluxo em srie, conforme mostra a figura a seguir? 160 figura 5.25: comando direto para cilindro de simples ao com regulagem de velocidade no avano e no retorno. Tambmnestecaso,quandoobotodavlvuladirecional1.1foracionado,a hastedocilindrodeveavanar,pormquandoobotoforsolto,ahastedocilindro deve retornar devido ao da mola interna. Porm,comasduasvlvulasdecontroledefluxovarivelunidirecional montadasemsentidosopostos,oatuadorterseusmovimentosdeavanoede retorno com ajustes de velocidades. As duas vlvulas controladoras de fluxo varivel unidirecional montadas em sentidosopostos,conformemostraocircuitopneumticodafigura5.25, formam uma vlvula de controle de fluxo varivel bidirecional. 161

Exerccio Resolvido 5.4 Descrevaofuncionamentodocircuitopneumticodecomandoparacilindro simples ao com vlvula de isolamento mostrado na figura a seguir. Circuito pneumticoFuncionamento figura 5.26: comando para CSAcom vlvula de isolamento. Aoseacionarobotodavlvula1.2oar comprimido circula da via 1 para a via 2 e vai para a cmara do cilindro. Nomomentoemqueobotodavlvula1.2for solto,oarquefoiutilizadoparaavanarocilindro serexpulsodomesmoatravsdapassagemde ar entre as vias 2 e 3 da vlvula 1.2. Casosejaacionadaavlvula1.4,omesmoefeito descrito para a vlvula 1.2 ser observado. Portanto,sequalquerumadasduasvlvulasfor acionada(separadamenteousimultaneamente), ento ocorrer pressurizao da cmara do cilindro eomesmoavanar,porm,noinstanteemque asduasvlvulasforemsoltas,ocilindroser recuado. 162 Tarefa 5.8 Descrevaofuncionamentodocircuitopneumticodecomandoparacilindro simples ao com vlvula de simultaneidade mostrado na figura 5.27. Circuito pneumticoFuncionamento figura 5.27: comando para CSA com vlvula de simultaneidade. 163

Exerccio Resolvido 5.5 Descrevaofuncionamentodocircuitopneumticodecomandoparacilindrode duplaaocomcomandodiretosemregulagemdevelocidadecomomostraa figura a seguir. Circuito pneumticoFuncionamento figura 5.28 comando direto para cilindro de dupla ao sem regulagem de velocidade. Aoseacionarobotodavlvula1.2,oar comprimidopassadesuavia1parasuavia2e causa o avano do atuador. Noinstantequeobotodavlvula1.2forsoltoo arquecausouoavanodoatuadorserexpulso atravs da passagem de ar formada entre as vias 2 e 3 desta vlvula, porm o atuador ir permanecer avanado. O atuador s ser recuado caso o boto da vlvula 1.1 seja acionado. Como ser o funcionamento o circuito pneumtico com comandos indiretos para cilindro de dupla ao apresentado na figura a seguir? figura 5.29: comandos indiretos para cilindro de dupla ao. 164 Nocircuitopneumticodafigura5.29,quandoobotodavlvula1.2for acionadoavia14davlvula1.1serpressurizadafazendocomqueestaassumaa posio (quadrado) da esquerda, o que causar o avano do atuador. Quandoobotodavlvula1.2forsolto,oatuadorpermaneceravanado. quando o boto da vlvula 1.3 for acionado, a via 12 da vlvula 1.1 ser pressurizada fazendocomqueestaretorneasuaposioinicialfazendocomqueoatuadorseja recuado. Quando o boto da vlvula 1.3 for solto, ento, o atuador permanecer em sua posio de recuo. Casoasvlvulas1.2e1.3docircuitopneumticodafigura5.29sejam substitudasporvlvulascomandadasporroleteseestessejam posicionadosparadetectarosfinsdecursodeavanoederetornodo cilindro pneumtico, conforme mostra a figura 5.30, como passaria a ser o funcionamento do circuito pneumtico? figura 5.30 comandos indiretos por roletes para CDA. Considerando-sequeinicialmenteocilindroestrecuado,ento,oroleteda vlvula 1.2 est inicialmente acionado. portanto, ao pressurizar o circuito pneumtico, a via14davlvula1.1serpressurizadafazendocomqueestaassumaaposio (quadrado) da esquerda, o que causar o avano do atuador. Estedesacionarorolete1.2epermaneceravanandoatqueseucursode avano se complete e o rolete da vlvula 1.3 seja acionado. ento, a via 12 da vlvula 1.1serpressurizadafazendocomqueamesmaretorneasuaposioinicial causando assim o recuo do atuador.165 Ao completar o curso de recuo do atuador o rolete da vlvula 1.2 ser acionado novamente e um novo ciclo de avano e retorno ir comear. Portanto,estecircuitopneumticorealizarummovimentoautomticodo atuador. esse movimento s ter fim quando o sistema for despressurizado. Circuitos Eletropneumticos Nastabelasaseguirsomostradosnovamenteoscircuitospneumticos apresentadosnotpicoanterioreosseuscircuitoseletropneumticosequivalentes acompanhados pelos seus respectivos diagramas de comando eltrico. tabela 5.11 circuito eletropneumtico e comando eltricoequivalente ao circuito pneumtico da figura 8.22. PneumticoEletropneumticoComando Eltrico QuandoabotoeiraB0foracionada,ento,osolenideV1serenergizadoeo cilindroavana.QuandoabotoeiraB0fordesacionadaosolenideV1ser desenergizado, a VCD volta sua posio inicial e o cilindro recua imediatamente pela ao de sua mola interna. Odiagramadecomandoeltricodatabela5.11tambmvalidopara acionarossolenidesdoscircuitoseletropneumticosequivalentesaos circuitos pneumticos das figuras 5.23 a 5.25. Oscircuitoseletropneumticosequivalentes,porsuavez,possuem montagenssemelhantesaocircuitoeletropneumticodatabela5.11,a nica diferena est na utilizao das vlvulas reguladoras de fluxo. 166 tabela 5.12 circuito eletropneumtico e comando eltrico equivalente ao circuito pneumtico da figura 5.26. PneumticoEletropneumticoComando Eltrico Quando a botoeira B0 ou a botoeira B1 for acionada, ento, o solenide V1 ser energizadoeocilindroavana.QuandoasbotoeirasB0eB1foremdesacionadaso Solenide V1 ser desenergizado, a VCD volta sua posio inicial e o cilindro recua imediatamente pela ao de sua mola interna. AassociaoemparalelodasbotoeirasB0eB1correspondeafuno lgica OU. tabela 5.13: circuito eletropneumtico e comando eltricoequivalente ao circuito pneumtico da figura 5.27. PneumticoEletropneumticoComando Eltrico QuandoasbotoeirasB0eB1foremacionadas,ento,osolenideV1ser energizado e o cilindro avana. Quando a botoeira B0 ou a botoeira B1 for desacionada o solenide V1 ser desenergizado, a VCD volta sua posio inicial e o cilindro recua imediatamente pela ao de sua mola interna.167 A associao em srie das botoeiras B0 e B1 corresponde a funo lgica E. tabela 5.14: circuito eletropneumtico e comando eltricoequivalente ao circuito pneumtico da figura 5.28. PneumticoEletropneumticoComando Eltrico QuandoabotoeiraB0foracionada,ento,osolenideV1serenergizadoeo cilindroavana.SeabotoeiraB0fordesacionada,ento,osolenideV1ser desenergizado e o cilindro para seu movimento de avano imediatamente. QuandoabotoeiraB1foracionada,ento,osolenideV2serenergizadoeo cilindroavana.SeabotoeiraB1fordesacionada,ento,osolenideV2ser desenergizado e o cilindro para seu movimento de recuo imediatamente. Para que o cilindro execute um movimento necessrio que o comando do movimento oposto esteja desacionado. Porexemplo,paraqueocilindroavancenecessrioqueabotoeiraB1 (recuo) esteja desacionada. tabela 5.15: circuito eletropneumtico e comando eltricoequivalente ao circuito pneumtico da figura 5.29. 168 PneumticoEletropneumticoComando Eltrico QuandoabotoeiraB0foracionada,ento,osolenideV1serenergizadoeo cilindroavana.SeabotoeiraB0fordesacionada,ento,oSolenideV1ser desenergizado, porm o cilindro completar o seu movimento de avano. QuandoabotoeiraB1foracionada,ento,osolenideV2serenergizadoeo cilindroavana.SeabotoeiraB1fordesacionada,ento,osolenideV2ser desenergizado, porm o Cilindro completar o seu movimento de recuo. Tambmnestecaso,paraqueocilindroexecuteummovimento necessrio que o comando do movimento oposto esteja desacionado. tabela 5.16: circuito eletropneumtico e comando eltricoequivalente ao circuito pneumtico da figura 5.30. PneumticoEletropneumticoComando Eltrico 169 Observenatabela5.16queaVDC1.1foisubstitudaporumaVCD4/2com avano e retorno por solenide e as VCDs 1.2 e 1.3 foram substitudas por chaves fins decursoinstaladasnofimdecursodeavanoefimdecursoderecuo.Oscontatos normalmenteabertosdaschavesfinsdecursoforamutilizadosparacomandaros solenides V1 e V2.Considerando-sequeinicialmenteocilindroestrecuado,apsenergizare pressurizar o circuito eletropneumtico ser observado o seguinte funcionamento:Comoocilindroestrecuadoentoachavefimdecursoderecuo(S1)estar acionada e, assim, o solenide V1 ser energizado e o cilindro avanar. Quandoocilindrocompletarseucursodeavano,achavefimdecursode avano(S2)seracionadae,assim,osolenideV2serenergizadoeocilindro recuar. Apsocilindrocompletarseucursoderecuo,achavefimdecursoderecuo ser acionada novamente e um novo ciclo de avano e recuo comear. Omovimentodocilindronessecircuitoeletropneumticoserrealizado automaticamente sempre que o sistema for energizado e pressurizado. 170 Teste de autoavaliao da unidade 5 Teste seus conhecimentos! 5.1 Complete os circuitos pneumticos a seguir para que a haste do cilindro 1.0 avance e a haste do cilindro 2.0 recue quando for acionado o boto da vlvula de 1.1.Quandoobotodavlvuladeixardeseracionado,ento,ahastesdo cilindro 1.0 deve recuar e a haste do cilindro 2.0 deve avanar. 171 5.2 Faa uma breve descrio sobre o funcionamento do circuito pneumtico da figura a seguir. 172 5.3 Observe o diagrama de comando eltrico abaixo e faa uma breve descrio sobre o funcionamento do circuito eletropneumtico a seguir. Diagrama de comando eltrico Circuito eletropneumtico 173 5.4 No circuito pneumtico a seguir quais so os valores das presses de avano e de retorno do cilindro? JUSTIFIQUE sua resposta. Presso de avano: _____________Presso de recuo: ______________ Justificativa:Justificativa:

174 6. AUTOMAO ELETROHIDRULICA Nesta unidade, voc vai: aprenderasprincipaisdefiniessobreSistemasHidrulicos, bemcomo,assuasprincipaiscaractersticas,vantagense desvantagens. conheceraestruturabsicadefuncionamentodosSistemas Hidrulicos. identificar as funes dos principais Componentes Hidrulicos. reconhecerosSmbolosNormalizadosdosprincipais Componentes Hidrulicos. entenderofuncionamentodeCircuitosHidrulicose Eletrohidrulicos Bsicos. 6.1 - Definies Ahidrulicaconsistenoestudodascaractersticaseusodosfludos.Desdeo incio da histria da humanidade o homem utiliza os fludos para facilitar o seu trabalho. Ahistriaantigaregistraquedispositivosengenhosos,comobombaserodas dguajeramconhecidosdesdepocasremotas.Porm,apenasnosculoXVII,o ramodahidrulicaquenosinteressa,foiutilizado.Trata-sedoprincpiodescoberto pelocientistafrancs,Pascal,queconsistianofludoconfinadoparatransmitire multiplicar foras e modificar movimentos. ALeidePascalresume-seem:Apressoexercidaemumpontoqualquerde umfludoemrepouso,transmite-seintegralmenteatodosospontosdofludoeatua perpendicularmente contra as paredes do recipiente que o contm. ALeidePascalpassoudoissculossemquefosseaproveitadoseugrande potencial. Somente, no princpio da Revoluo Industrial, que um mecnico britnico, JosephBramah,veioautilizaradescobertadePascalparadesenvolveraprensa hidrulica. 175 Bramah,concluiuque,seumaforamoderadaaplicadaaumapequenarea produz,proporcionalmente,umaforamaiornumareamaior,entoonicolimite fora de uma mquina seria a rea em que se aplicasse a presso. figura 6.1 aplicao do princpio de Pascal por Joseph Bramah (prensa hidrulica). Fludo: qualquer substncia capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que o contm. Hidrulica:provmdapalavragregahidros,quesignificagua,oumais precisamente,guaemtubos.acinciaqueestudalquidosemescoamentoesob presso.Nesteestudosertratadoaleo-hidrulicaqueoramodahidrulicaque vem a ser o ramo da hidrulica que utiliza o leo como fludo. Hidrosttica:acinciaqueestudaoslquidossobpresso(mecnicados fludos estticos, seguida de condies de equilbrio dos fludos) Hidrodinmica:acinciaqueestudaoslquidosemmovimento(teoriada vazo), e mais precisamente da energia cintica. Presso:emfunodahidrosttica,define-sepressocomosendoafora exercidapelo fludoporunidadederea dorecipientequeocontm.Suaunidade de medidanoS.I.dadaemN/mouPa,emborasejacomumutilizaroutrasunidades como: Atm, bar, Kgf/mm, Lib/in, etc. A figura 6.2-a mostra que possvel conhecer a presso exercida por um fludo apartirdaforaaplicada.Afigura6.2-bmostraquepossveldeterminarpresso 176 exercida por um fludo quando este se encontra em um reservatrio a partir da massa especfica o nvel do fludo. figura 6.2: determinao das presses em um cilindro e em um reservatrio. Vazo(Q):arelaoentreovolumedefluidodescarregadoporunidadede tempo,ouaindaprodutoentreavelocidadededeslocamentodofluidoemuma tubulao pela sua seo transversal. Tempoa rea.AlturTempoVolumeQ = =Ou, ento:.rea Velocidade Q =

6.2 - vantagens da hidrulica Os sistemas hidrulicos so utilizados em aplicaes onde existe a necessidade de se realizar grandes esforos aliados a uma rea de trabalho relativamente pequena o que seria difcil de obter para os sistemas mecnicos ou eltricos. Portanto,asvantagensedesvantagensapresentadasaseguirsoemfuno das comparaes entre os sistemas hidrulicos com os sistemas mecnicos e eltricos. 177 Vantagens Fcil instalao e grande flexibilidade em espaos fsicos reduzidos. Permitemumarpidaesuaveinversodemovimentodevidoasuabaixa inrcia. Permitem ajustes de variao micromtrica na velocidade. So sistemas autolubrificados. Apresentarelaopesoxtamanhoxpotnciaconsumidamuitomenorque nos sistemas mecnicos e eltricos. So sistemas de fcil proteo. Devidotimacondutividadetrmicadoleo,geralmenteoprprio reservatrio acaba eliminando a necessidade de trocador de calor. Desvantagens Elevadocustoinicial,quandocomparadoaossistemasmecnicose eltricos. Transformaodaenergiaeltricaemmecnicaemecnicaemhidrulica para, posterior converso em energia mecnica. Apresenta perdas por vazamentos internos em todos os componentes. Apresenta perdas por atritos internos e externos. Apresenta baixo rendimento devido aos trs ltimos fatores apresentados. Apresentariscodeincndioe/ouexploso,poisoleoumproduto inflamvel. Tarefa 6.1 O que voc entende por automao hidrulica? ?? ? 178 Apresente trs vantagens da utilizao da automao hidrulica? ?? ? Apresente trs desvantagens da utilizao da automao hidrulica pneumtica? ?? ? 6.3 - estrutura dos sistemas hidrulicos Humainfinidadedetiposdecircuitoshidrulicos,pormtodoselesseguem sempreomesmoesquema,ouseja,todoselespodemserdivididosem:sistemade gerao, sistema de distribuio e controle e sistema de aplicao de energia. Osistemadegeraoformadopeloreservatrio,filtros,bombas,motores, acumuladores, intensificadores de presso e outros acessrios. Osistemadedistribuioecontroleformadopelasvlvulascontroladorasde vazo, presso, vlvulas direcionais e servo-vlvulas. Porfim,osistemadeaplicaodeenergiaformadopelosatuadoresque podem ser cilindros (atuadores lineares), motores hidrulicos e osciladores. figura 6.3: esquema de um sistema hidrulico. 179 6.4 - componentes da gerao de presso Bomba A bomba o componente mais importante dos sistemas hidrulicos. Sua funo converter energia mecnica em energia hidrulica, deslocando o fludo hidrulico no sistema.Aescolhadabombahidrulicadependedefatorescomo:quantidadede atuadoreslineares,necessidadedeutilizaodeumoumaismotoreshidrulicos, perda de carga gerada nas linhas de presso, etc. Por isso, a especificao da bomba hidrulica deve ser a ltima etapa na elaborao de um projeto hidrulico. Comoregraprticaparaaescolhadabombahidrulica,deve-secalculara vazomximanecessriaparaofuncionamentodoscomponentesqueconstituemo circuito hidrulico mais a somatria das perdas de carga. De posse do valor da vazo mxima,podem-seconsultaroscatlogosdosfabricantesparadimensionarabomba hidrulica que atenda as especificaes de vazo. As bombas hidrulicas so fabricadas em vrios tamanhos e formas, mecnicas emanuaiscomvariadosecomplexossistemasdebombeamentoeparaasmais diversasaplicaes.Podem-seclassifica-lasem:bombashidrodinmicasebombas hidrostticas. Bombashidrodinmicas:Asbombashidrodinmicasabsorvemofludoem repousodeumdepsitoe,inicialmente,ocolocamemmovimentoquecausauma considervelelevaodevelocidade,pormlogoemseguidaocorreumadiminuio dessa velocidade o que causa a elevao de presso que, por conseguinte, possibilita queofluidovenaasresistnciasdeescoamento.Nessetipodebombaexisteuma dependnciafuncionalentreovolumedefluidoeapresso.Comoexemplosdesse tipo de bomba hidrulica, tm-se: as bombas centrfugas e as bombas axiais (tambm denominadas de bombas de hlice). Bombas hidrostticas: As bombashidrostticastambmsodenominadas de Bombas Volumtricas. Nesse tipo de bomba hidrulica o fludo adquire movimento e causaelevaodepresso,semqueocorradentrodabombanenhumaumento substancial de velocidade, pois simplesmente o fluido aspirado e transportado. Alm disso, o fluido utilizado no depende da presso, por isso, as bombas hidrostticas so 180 maisadequadasparaatransmissodeforaesomaisutilizadasnos dimensionamentos dos circuitos hidrulicos. Asbombasdedeslocamentopositivosodivididasbasicamenteemtrstipos: bombasdeengrenagens,bombasdepalhetasebombasdepistes.Afigura6.4 mostra a diviso das bombas hidrulicas. figura 6.4 diviso das bombas hidrulicas. Reservatrio Basicamente os reservatrios de leo em sistemas hidrulicos tm as seguintes funes: Armazenar o fludo at que o mesmo seja solicitado pelo sistema; Possuir espao suficiente para separar o ar do fludo; Permitir a sedimentao dos contaminantes slidos; Ajudar a dissipar o calor gerado pelo sistema. Muitoraramentehproblemasdelocalizaooutamanhodosreservatrios, porm algumas regras para sua construo e especificao devem ser seguidas como: O tanque construdo soldando-se placas de ao com suportes adequados, separando a unidade do cho; Deve-se pintar o interior do tanque com tinta especial para reduzir a ferrugem quepoderesultarnacondensaodeumidade.Essatintadeveser compatvel com o fluido utilizado; 181 O tanque deve permitir uma fcil manuteno do fluido; No fundo do tanque deve existir um bujo para drenagem de leo; Recomenda-se a utilizao de tampas de fcil remoo para se poder limpar o tanque; Recomenda-se a utilizao de visores para verificar os nveis de leo; Naaberturaparaoabastecimentodofludodeveexistirumatelafiltrantea fimdeevitarqueduranteoreabastecimentodofludoocorracontaminao do mesmo. figura 6.5: construo do reservatrio. Partes Principais dos ReservatriosDentreosvrioscomponentesqueconstituemosreservatriosdeleo hidrulicos, apresentam-se a seguir as funes e caractersticas do respiro, da chicana, das conexes e montagens das linhas de suco e retorno de leo.

Respiro:Namaioriadostanquesabertos,utiliza-seumtampocomrespiro. Estedevepossuirumfiltrodearadequadoparanoalterarapressonointeriordo tanque estando elecheioouvazio.Nogeral,quanto maior forovalordavazo,tanto maior, deve ser o respiro. Em reservatrios pressurizados, no se utiliza os respiros, e sim uma vlvula para regular a presso interna. 182 Chicana:Achicanadeveserinstaladalongitudinalmenteatravsdocentrodo tanque e possuir a altura de 2/3 do nvel de leo, ela utilizada para separar as linhas de entrada e de retorno evitando ento que o mesmo leo recircule continuamente.Portanto a chicana tem as seguintes funes: Evitar a turbulncia no tanque; Permitir o assentamento de materiais estranhos; Ajudar a separar o ar do fludo; e Ajudar a dissipar o calor atravs das paredes do tanque. ConexeseMontagensdeLinhas:Amaioriadaslinhasparaoreservatrio terminaabaixodonveldoleo.Asconexesdessaslinhasaotanquesofeitaspor flangescomvedao.Estesistemaevitaacontaminaoatravsdapenetraode sujeira bem como facilita a remoo dos filtros para limpeza. Aslinhasdesucoederetornodevemestarbemabaixodonveldofluido; seno, o ar pode se misturar com o leo e formar espuma. Porm, as linhas de dreno podemterminaracimadonveldeleoparaevitarcontrapressonasmesmas.As conexes sobre o nvel de leo precisam ser bem vedadas para no permitir a entrada dearnosistema.Asconexesqueestosobonveldeleodevemapenasser apertadas o suficiente para que permaneam conectadas. As linhas de suco e de retorno devem estar abaixo do nvel de leo e as que notenhamfiltrosacoplados,devemsercortadasnumngulode45.Istoevitaque ocorra uma restrio s correntes normais do fluxo. Numa linha de retorno, a abertura deve ser posicionada de tal maneira que o fluxo seja direcionado s paredes do tanque no lado oposto linha de suco da bomba. Dimensionamento de um Reservatrio sempreindicadoumreservatriograndeparapromoveroresfriamentoea separaodoscontaminantes.Nomnimooreservatriodevecontertodoofluidodo sistemaassimcomomanterumnvelsuficientementealtoparaquenohajavrtices na linha de suco, pois se isso ocorrer haver mistura de ar com o fluido. Geralmente, dimensiona-se o reservatrio para pelo menos duas ou trs vezes o volume deslocado pela bomba durante um minuto de operao.

183 Filtro de leo O fludo hidrulico mantido limpo no sistema, principalmente pela utilizao de dispositivostaiscomoosfiltros.Utilizam-setambmbujesmagnticosparacaptar partculasdeaonofluido.Estudosrecentesindicaramquemesmopartculas pequenas, de 1 at 5 microns, tm efeitos degradantes, causando falhas no sistema e acelerando a deteriorao do leo em muitos casos. Construo dos Filtros de leo Osmateriaisqueconstituemoselementosfiltrantessoclassificadosem mecnicos absorventes e adsorventes. Elementos filtrantes adsorventes ou ativos, tais como o carvo, no podem ser utilizados nos sistemas hidrulicos, pois podem eliminar osaditivosessenciaisdofludohidrulico.Poroutrolado,oselementosfiltrantes absorventessoutilizadosparareteraspartculasminsculasnossistemas hidrulicos. So feitos de material poroso como: papel, polpa de madeira, algodo, fios de algodo ou l e celulose. Os filtros de papel so banhados cm resina para fortific-los. Um filtro deve ser especificado em funo do tamanho da menor partcula a ser retida,davazoedaquedadepresso.Otamanhodaspartculasdaordemde micros (1 micron equivalente a um milionsimo (1/1.000.000) de um metro). Instalao dos Filtros de leo Os filtros podem ser instalados em trs posies: na linha de entrada (figura 6.6-a), na linha de presso (figura 6.6-b) ou na linha de retorno (figura 6.6-c). figura 6.6: formas de instalao do filtro de leo. 184 Classificao dos Filtros de leo Osfiltrosdeleosoclassificadosem:filtrosdefluxototal,filtrosdefluxo proporcional e filtros tipo indicador. A tabela 6.1 mostra a construo e a descrio funcional dos filtros de leo. tabela 6.1: caractersticas dos tipos de filtros de leo hidrulico. ConstruoFuncionamento Filtro de Fluxo Total Essetipodefiltroassimchamadoporquetodofluxono prticodeentradapassaatravsdoelementofiltrantena seguintesequncia:(1)oleoentranofiltro;(2)circulao elemento filtrante; (3) filtrado em direo ao centro do copo; e (4) alcana a sada. Amaioriadessesfiltrospossuiumavlvuladeseguranaque abrenumapressopr-estabelecidaparadirigirofluxodireto aotanque,afimdeevitarqueoelementoentupidorestrinjao fluxo excessivamente. Filtro de Fluxo Proporcional Essetipodefiltroutilizaoefeitoventuriparafiltrarpartedo fludo.Aquantidadedefludofiltradoproporcional velocidade do fluxo. Aoperaoaseguinte:(1)oleopodeserintroduzidoem qualquer uma das conexes do filtro e sai pelo lado oposto; (2) a restrio (garganta venturi) reduo provoca um aumento de velocidadeeumaquedadepresso;e(3)comoresultado surgeumfluxodeforaparadentroatravsdoelemento filtrante. Filtro Tipo Indicador Esse tipo de filtro projetado para indicar ao operador quando deve ser feita a limpeza do elemento filtrante. Havendo acmulo de sujeira, a presso diminui, movimentando assimoelementofiltrante.Emumaextremidadedesteest conectadoumindicador,quemostraaooperadoroestadodo elemento. Outracaractersticadessetipodefiltroafacilidadecomque se move ou se substitui o elemento. A maioria dos filtros desse tipo foi projetada para uso na linha de suco. 185 Trocador de Calor Como nenhum sistema hidrulico tem 100% de rendimento e jamais poder ter, oproblemamaiscomumocalor.Porestarazo,utiliza-seoresfriamentoquandoo fludo requer condicionamento trmico.Os trocadores de calor so muitas das vezes denominados de resfriadores, pois so construdos para refrigerar o fludo. Porm,haplicaesondeofludo,devidoaoseubaixondicedeviscosidade nofluirfacilmentequandofrio.Porisso,deve-seaqueceremanterofludoneste estado por meio de aquecedores. Osresfriadorespodemserdedoistipos:resfriadoresaar(radiadores)e resfriadores gua. A figura 6.7 mostra um resfriador a ar. Esse tipo de equipamento utilizado em aplicaes onde no h gua disponvel