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Fundamentos de Automação

Atuadores e

Elementos Finais de Controle

CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Ministério da educação - MEC

Secretaria de Educação Profissional e Técnica – SETEC

Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do

Rio Grande do Sul – Campus Rio Grande

Curso de Automação Industrial

Disciplina de Fundamentos de Automação – 2

Atuadores e Elementos Finais de Controle

Considerações Iniciais

Os atuadores são responsáveis pela variação de parâmetros do processo a

ser controlado. Praticamente todas as ações físicas realizáveis por um

operador humano sobre um processo podem ser realizadas (com maior

precisão) por um atuador controlado eletronicamente.

Estes dispositivos recebem as informações enviadas pelo sistema, com a

finalidade de auxiliar ou até mesmo realizar diretamente um trabalho elétrico,

mecânico, pneumático ou hidráulico em uma máquina ou processo industrial, ou

apenas a fim de realizar sinalização visual ou sonora aos operadores.

Entre esses elementos, podemos citar: relés, contatores, solenóides de

válvulas, cilindros, válvulas de controle proporcional, inversores de

frequência, motores, entre outros.




Localização de um Atuador em um Diagrama de Controle de

Processo

Controlador

Processo

Atuador

Transmissor

Sensor

Setpoint

correção variável

manipulada variável

controlada

realimentação


Disciplina de Fundamentos de Automação –


O que é um atuador?

Dispositivo destinado a executar uma ação:

– Ligação um motor;

– Movimentação de uma esteira;

– Abertura/fechamento de uma válvula;

– Dosagem de material.

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Tipos de Atuadores

Cilindros

Também conhecidos como

atuadores pneumáticos ou

hidráulicos, que transformam

a pressão do ar comprimido

ou do óleo, em movimento

linear e força. Os tipos de

cilindros lineares mais

utilizados são o de simples

ação e o de dupla-ação.




Tipos de Atuadores

Cilindros Simples Ação

Os cilindros de simples ação,

possuem um único orifício

pelo qual o ar ou óleo e sai.

Ao colocarmos pressão

nestes cilindros eles são

movimentados e ao

retirarmos pressão, uma

mola retorna a haste do

cilindro para a posição

original.




Tipos de Atuadores

Cilindros Dupla Ação

Os cilindros de dupla-ação, possuem dois orifícios pelos quais podem entrar e

sair o ar ou óleo, dependendo do movimento desejado, portanto, um orifício

serve para o avanço do cilindro e outro para o seu retorno. O fluxo de ar ou

óleo que o cilindro recebe, é transmitido por válvulas direcionais, que podem

ser acionadas por comando manual, elétrico, pneumático ou mecânico.


Disciplina de Fundamentos de Automação –

Motores elétricos

São equipamentos que, quando energizados, realizam movimentos giratórios

de seu eixo, que podem ser medidos em Rotações por minuto (Rpm).

Existem motores de diversos tipos e finalidades, variando de acordo com sua

forma construtiva e tipo de alimentação (tensão contínua ou alternada),

consumo de corrente, etc.

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Atuadores e Elementos Finais de Controle Tipos de Atuadores




São utilizados para inúmeras aplicações: movimentar e acionar esteiras,

elevadores, bombas, compressores, partes móveis de máquinas, extrusoras,

robôs, misturadores, ventiladores, furadeiras, bem como sua utilização já

bastante difundida na área de eletrodomésticos, automóveis, aviões, etc.




Relés

São chaves composta de vários contatos, acionadas por bobinas eletromagnéticas.

São utilizados para comando, sinalização e intertravamento de circuitos elétricos.

Quando a bobina é energizada, os contatos NA (normal aberto) fecham e os

contatos NF (normal fechado) abrem, permitindo ou interrompendo a passagem de

corrente elétrica por eles. Quando a bobina é desenergizada, uma mola retorna os

contatos a posição original.




Contatores

Apresentam as mesmas características dos relés, porém seus contatos são

dimensionados para suportarem correntes mais elevadas, permitindo assim

sua utilização no acionamento direto de motores.




Válvula de Controle

É um equipamento usado para modificar a vazão de um fluido em um processo. Como elemento final de controle, as válvulas são normalmente culpadas por todo e qualquer problema que ocorre no processo. Quando falamos de válvula de controle podemos imaginar apenas a válvula, ou seja, o dispositivo mecânico instalado na tubulação que controla a passagem do produto, seja ele líquido ou gás. Contudo, por estarmos em um curso de automação vamos nos referir às válvulas com controle automático de posição, lembrando que ela é, na verdade, um conjunto formado por três partes: 1- a válvula propriamente dita, que restringe mecanicamente o produto na tubulação onde está instalada através do deslocamento do obturador na sede, produzido pela haste;

2- um atuador, que transforma a energia em movimento para a válvula;

3- um posicionador, um circuito eletrônico, eletropneumático ou eletro-hidráulico que controla o atuador para otimizar o funcionamento da válvula.




Tipos de Válvulas de Controle

As válvulas de controle podem ser classificadas de acordo com a forma

geométrica do elemento de restrição. Os tipos de válvulas com maior

aplicação podem ser vistas na figura a seguir:

Obs: Existem centenas de formatos para as válvulas de controle.

Exemplos: válvulas de retenção, válvulas de alívio, válvulas de

diafragma, válvulas em “Y”, entre outras.





Válvula Borboleta: podem ser utilizadas como válvulas de

regulagem e de bloqueio. O seu fechamento é feito pela

rotação de uma peça circular (disco), em torno de um eixo

perpendicular à direção do escoamento do fluído. Possuem

baixo custo inicial e de manutenção, peso reduzido, alta

capacidade de vazão e resistência à erosão.

Válvula Globo: É a válvula mais usada para regulagem

eficiente de serviços críticos de fluídos limpos, os quais

podem danificar os componentes internos. Usada

extensivamente em controle automático de processos.

Encontrada em grande variedade de tamanhos e

aplicada em uma grande faixa de pressão e temperatura.





Válvula de Gaveta: não altera a direção do

fluxo quando aberta. Se usada para regulagem

de fluxo, apresenta a tendência de erodir

rapidamente pela formação de bolhas (cavitação).

Existe uma grande variedade de tamanhos e

aplicadas em uma ampla faixa de pressões e

temperaturas.

Válvula de Esfera: é construída por um corpo em

cujo interior aloja uma esfera oca, que permite uma

passagem bastante livre. São simples, compactas

e de abertura rápida. Existem em pequena variedade

de tamanhos e aplicadas em uma ampla faixa de

temperaturas e pressões.




Atuadores em Válvulas de Controle

Mecânicos (1% das aplicações) Elétricos ou eletromecânicos

(11% das aplicações)

Hidráulicos (1% das aplicações) Pneumáticos (87% das aplicações)




Válvula de Controle - características

Deslocamento

A válvula de controle pode ser classificada de acordo com o tipo de

deslocamento da peça móvel que restringe a passagem de produto. A válvula

de deslocamento linear descreve um movimento retilíneo, como por exemplo

a válvula globo e gaveta. Na válvula de controle com deslocamento rotativo,

a peça móvel descreve um movimento de rotação, como nas válvulas esfera

e borboleta.

Ação

A válvula de controle, como um equipamento dentro de uma malha de

controle, poderá ser de ação direta (fecha com sinal na alimentação, e abre

sem sinal ou com falha), ou de ação reversa (abre com sinal na alimentação, e

fecha sem sinal ou com falha).

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Válvula de Controle - características

Desempenho (característica de vazão)

O desempenho de uma válvula depende da forma e do tipo de obturador

utilizado e como o mesmo reduz a área do orifício (sede) através do qual

passa o fluido. A característica de vazão de uma válvula demonstra a

proporcionalidade da variação da vazão do fluido em relação à variação do

deslocamento da haste.

Existem três características de vazão:

a linear, a

de abertura rápida e

de igual percentagem.




Válvula de Controle – característica de vazão

Linear– iguais incrementos do curso

corresponde a iguais incrementos da vazão





Abertura rápida – produz uma grande

variação na taxa de vazão, para uma

pequena variação na posição da haste.

Este tipo de válvula é freqüentemente

utilizado em controles on-off (liga-desliga)





Igual percentagem - acréscimos

iguais no curso da haste produzem

percentagens iguais ao acréscimos em

relação à vazão do momento.




PONTO DE REFLEXÃO:

Quais são os principais atuadores e elementos finais de controle estudados?

Qual a finalidade dos atuadores em um sistema de malha fechada?

O que é a característica de vazão de uma válvula de controle?

Quais as partes formadoras de uma válvula de controle?

Cite exemplos de aplicações para motores elétricos e cilindros industriais.

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