Elementos de Comando, Controle e Atuadores na Automação Industrial

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Sistemas 
Fluido Mecânico
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Me. Luciana Borin de Oliveira
Revisão Textual:
Prof.ª Me. Natalia Conti
Elementos de Comando, Controle e Atuadores
• Controle Manual e Controle Automático;
• História da Automação;
• Capacitação;
• Cilindros;
• Motores Elétricos.
• Conhecer e avaliar os Elementos de comando, controle e atuadores.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Elementos de Comando,
Controle e Atuadores
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam-
bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua 
interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de 
aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Elementos de Comando, Controle e Atuadores
Controle Manual e Controle Automático
No inicio dos tempos, a humanidade não conhecia meios para obtenção de 
energia, toda energia utilizada para trabalhos vinha do trabalho do homem e dos 
primeiros animais que foram domesticados, como bois e cavalos. Com o passar 
do tempo, com o desenvolvimento das máquinas, o homem passou a utilizar o 
trabalho intelectual em maior escala para controlar estes equipamentos e o grande 
volume de produção que requer eficiência e eficácia.
Desta necessidade do homem controlar as fontes de energia e o andamento das 
máquinas surge a ideia da automação, do controle automático. Neste momento, o 
homem começa a se libertar do trabalho braçal para observar e inferir com trabalho 
intelectual. A necessidade do controle automático surge por duas causas principais, 
o homem não consegue mais controlar todo o processo de maneira uniforme e 
existe a grande necessidade de aumento de produção.
Figura 1
Fonte: Getty Images
História da Automação
A automação industrial começou a ganhar destaque na sociedade por volta da 
segunda metade do século XVIII, na Inglaterra. Foi nessa época que os sistemas de 
produção artesanal e agrário começaram a se transformar em industrial e foram 
desenvolvidos os primeiros dispositivos simples e semiautomáticos. Entretanto, so-
mente no início do século XX que os sistemas se tornaram inteiramente automáti-
cos. A necessidade de aumento na produção e produtividade fez com que houvesse 
diversas séries de inovações tecnológicas neste sentido:
• Máquinas com capacidade de produzir com maior rapidez e precisão, se com-
parado com o trabalho feito à mão;
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• A utilização do vapor como fonte de energia, em substituição à energia mus-
cular (manual) e hidráulica.
Figura 2
Fonte: Getty Images
Fo i aproximadamente no ano de 1788 que James Watt criou o que pode ser 
considerado um dos primeiros sistemas de controle com realimentação. Tratava-se 
de um dispositivo de regulava o fluxo de vapor em máquinas. Por volta de 1870, a 
energia elétrica começou a ser introduzida. Inicialmente, estimulou indústrias como 
a do aço, química e de máquinas-ferramenta.
O que é Automação Industrial? Disponível em: http://bit.ly/2pS7dJ4
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O controle manual exige a presença constante de um colaborador atuando e 
acompanhando o processo, para medir parâmetros e tomar decisões nas ativida-
des. Por outro lado, o controle automático permite a substituição do operador na 
linha de produção por uma malha de controle a ser supervisionada e definida como 
referência pelo supervisor da produção. Trata-se de um momento em que o ope-
rador terá que se capacitar para entender e controlar os controladores e atuadores 
automáticos, para assumir nova posição como supervisor de processo.
Capacitação
O desenvolvimento tecnológico está sendo apontado como fator fundamental 
para a retomada do crescimento econômico do País. Este artigo apresenta e discute 
a questão da capacitação tecnológica ao nível das empresas industriais, apontando 
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UNIDADE Elementos de Comando, Controle e Atuadores
a gestão da aprendizagem tecnológica como o fator chave. Esta, por sua vez, acar-
reta demandas específicas sobre a organização do processo de trabalho. São apre-
sentados estudos de caso elaborados em empresas brasileiras e japonesas. Obser-
va-se que a gestão da aprendizagem tecnológica é um componente estratégico do 
modelo de administração japonês, estando, ainda, pouco incorporada à prática 
administrativa das empresas brasileiras.
FLEURY, A. Capacitação tecnológica e processo de trabalho: comparação entre o modelo ja-
ponês e o brasileiro. Rev. adm. empres., São Paulo , v. 30, n. 4, p. 23-30, Dec. 1990.
Disponível em: http://bit.ly/31O0CN7
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Entende-se por malha de controle o conjunto formado pelo elemento controla-
dor e os atuadores do processo com objetivo comum de controlar e regular uma 
determinada variável do processo.
Elemento 
controlador
Variável
do processo
Figura 3 – Antigamente
Variável
do processo
Elemento
atuador
Elemento 
controlador
Figura 4 – Atualmente
O elemento controlador deixa de ser o operador para ser um conjunto de dispo-
sitivos mecânicos e/ou eletroeletrônicos que recebem sinais de entrada, que são pro-
cessados e convertidos em sinais de controle para atuação no comando do processo.
Sinal de
controle
Elemento
controlador
Sinal de
entrada
Figura 5
Os sinais de entrada podem ser sinais elétricos provenientes de sensores, con-
versores e interruptores e os sinais de controle também são sinais elétricos que 
acionam os elementos atuadores.
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Variável
do processo
Elemento
atuador
Senso e
transmissor
Elemento
controlador
Figura 6
 Os sistemas de controle são classificados em dois tipos, distinguidos pela ação de 
controle que é responsável pela ativação do sistema para produzir a saída: sistema 
de controle de malha aberta e sistema de controle de malha fechada.
Os sistemas em malha aberta são mais simples e apresentam menor custo, suas 
desvantagens são a imprecisão, por não controlar variáveis de saída, e desta forma 
não compensar perturbações.
ProcessoControlador
Figura 7
Aplicações em sinais sonoros, eletrodomésticos e semáforos, por exemplo, 
dispositivos que não têm a ação controle na saída.
Os sistemas em malha fechada são mais complexos e apresentam custo mais 
elevado, sua vantagem reside no fato de possuírem informações das variáveis de 
saída, medição, e desta forma compensarem perturbações.
O sistema de malha fechada possui a característica da realimentação, que permi-
te a comparação da saída com a entrada, promovendo a compensação do sistema.
Processo
Medição
ControladorFigura 8
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UNIDADE Elementos de Comando, Controle e Atuadores
Aplicações em controladores de temperatura, por exemplo, dispositivos que têm 
ação de medição na saída e possíveis alterações no processo de entrada.
Os elementos atuadores podem ser motores, conversores, compressores, reles 
e contadores, por exemplo, com a finalidade de realizar ou auxiliar trabalhos de 
natureza mecânica, elétrica, hidráulica ou pneumática em um processo, converter 
energia em movimento. Um dispositivo destinado a executar uma ação como mo-
vimentar uma esteira, dosar um material ou abrir e fechar uma válvula.
Um fato interessante neste caso dos atuadores é a semelhança de atuação dos 
músculos e atuadores, ambos são capazes de exercer força a partir de estímulo, 
energia convertida em movimento.
Uma tecnologia incipiente para atuação de sistemas com características físicas 
e dinâmicas parecidas com músculos naturais vem sendo estudada desde o início 
da década de 90. No entanto, o controle destes sistemas não é uma tarefa trivial, 
devido às não-linearidades intrínsecas. Este trabalho apresenta uma proposta para 
controle não-linear de força em músculos artificiais baseados no polímero acrílico 
VHB4905. 
São desenvolvidos modelos matemáticos do atuador polimérico experimenta-
do. Essas equações são utilizadas no controle de forma a compensar os efeitos 
não-lineares do sistema. Experimentos são conduzidos em uma bancada de testes 
especialmente desenvolvida, contendo um sensor de força e o atuador polimérico 
acionado por um circuito de alta tensão (até 10kV). Obtém-se um erro máximo de 
força de 1% entre o modelo que caracteriza o material e o experimento de força em 
função do estímulo elétrico. Demonstra-se que o controle não-linear proposto gera 
melhores resultados a entradas em degrau que um controle PID padrão, o qual não 
leva em consideração a não-linearidade e a alta sensibilidade do atuador quando 
submetido a tensões próximas da tensão de quebra do dielétrico, gerando oscila-
ções. A eficácia da técnica de controle proposta é comprovada experimentalmente.
ASSIS, P. F. C. B. de; MEGGIOLARO, M. A. Controle não-linear de força de músculos artificiais 
poliméricos por efeito capacitivo. Sba Controle & Automação, Campinas, v. 21, n. 5, p. 546-
556, Oct. 2010.
Disponível em: http://bit.ly/2NbWCRk
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Figura 9
Fonte: Getty Images
Os atuadores podem dar como respostas movimentos lineares, giratórios ou 
oscilantes, criando movimentos em uma direção ou em direções opostas.
Dada a diversidade de funções, temos também uma diversidade de atuadores.
Cilindros
C onhecidos como atuadores pneumáticos ou hidráulicos, são dispositivos que 
transformam a pressão do ar comprimido ou óleo em força e movimento linear.
Os cilindros mais utilizados são o de simples ação e o de dupla ação.
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UNIDADE Elementos de Comando, Controle e Atuadores
• Cilindros de simples ação: como o próprio nome diz, apresenta um único 
orifício por onde o ar comprimido ou óleo sai. Seu princípio está baseado no 
fato de que a mola existente retorna à posição inicial ao ser retirada a pressão 
que foi colocada;
Figura 10
Fonte: Reprodução
• Cilindros de dupla ação: apresentam dois orifícios pelos quais o ar compri-
mido ou óleo podem entrar ou sair, dependendo do movimento que se deseja 
realizar, um orifício proporciona o avanço e o outro proporciona o retorno. O 
fluxo recebido é transferido por válvulas acionadas por comando mecânico, 
elétrico, pneumático ou manual.
Figura 11
Fonte: Reprodução
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Motores Elétricos
São equipamentos que realizam movimentos giratórios (medidos em rotações 
por minuto) em torno de seu eixo quando energizados. Existe uma diversidade 
de tipos e finalidades de motores, bombas, compressores, eletrodomésticos, au-
tomóveis, misturadores, robôs, extrusoras, que variam de acordo com sua forma 
construtiva e tensão de alimentação contínua ou alternada, consumo de corrente 
elétrica e manutenção.
Figura 12
Fonte: Reprodução
Relés
São chaves de contato acionadas por bobinas eletromagnéticas utilizadas para 
sinalização, comando e intertravamento de circuitos elétricos. Desta forma, quando 
a bobina é energizada, contatos normal aberto (NA) fecham e os contatos normal 
fechado (NF) abrem, permitindo ou interrompendo o trânsito de corrente elétrica 
entre eles. Ao se retirar a energia da bobina, o sistema volta à posição inicial.
Figura 13
Fonte: Reprodução
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UNIDADE Elementos de Comando, Controle e Atuadores
Contatores
Estes dispositivos têm o mesmo princípio de funcionamento dos relés, porém 
com contatos fortes o suficiente para conter correntes mais elevadas, sendo utiliza-
dos em acionamento direto de motores.
Figura 14
Fonte: Reprodução
Válvulas de Controle
A válvula com controle automático de posição é um dispositivo utilizado para 
modificar a vazão de um fluido no processo, formada por três partes:
• a válvula que age mecanicamente, restringindo o fluido na tubulação onde se 
encontra através do deslocamento do obturador;
• o atuador que transforma a energia em movimento;
• um circuito para controle do atuador otimizando o funcionamento da válvula.
Existem muitos tipos de válvulas, sendo que as mais utilizadas são a gaveta, a 
esfera, o globo e a borboleta.
O desempenho de uma válvula depende do obturador e da forma de redução 
da passagem do fluido caracterizando a vazão. Podemos citar três características 
de vazão: linear, de abertura rápida e de igual percentagem.
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Figura 15
Fonte: Reprodução
As aplicações são infinitas e todos os sistemas que nos rodeiam carregam estas 
tecnologias. Agora que aprendemos sobre elas, seja curioso e comece a ver o mun-
do com outros olhos!
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UNIDADE Elementos de Comando, Controle e Atuadores
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Sistema automatizado de controle de estufas para cultivo de hortaliças
FERNANDES, D. G. Sistema automatizado de controle de estufas para cultivo de 
hortaliças. 2017.
Projeto de um braço robótico utilizando atuadores pneumáticos e elétricos controlados pelo sistema 
embarcado Arduino
MARQUES, P. R. F. Projeto de um braço robótico utilizando atuadores pneumáticos 
e elétricos controlados pelo sistema embarcado Arduino. 2016.
Controle da Planta de Manufatura da SMC via dispositivo remoto com uso da Plataforma Node-RED
NEVES, L. R. Controle da Planta de Manufatura da SMC via dispositivo remoto 
com uso da Plataforma Node-RED. 2019.
Controle com Compensação de Zona Morta de um Atuador Pneumático para Posicionamento de um Equipamento 
para Poda de Árvores.
RICHTER, R. M. et. al. Controle com Compensação de Zona Morta de um Atuador 
Pneumático para Posicionamento de um Equipamento para Poda de Árvores. 
Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied 
Mathematics, v. 4, n. 1, 2016.
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Referências
AZEVEDO NETTO, J. M. Manual de hidráulica. 8. ed. São Paulo: Edgard 
Blucher, 2009.
BAPTISTA, M.; LARA, M. Fundamentos de engenharia hidráulica. 3. ed. rev. e 
ampl. Belo Horizonte: UFMG, 2010.
BISTAFA, S. R. Mecânica dos fluidos: noções e aplicações. São Paulo: Blucher, 2012.
BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
FERREIRA, J. Apostila de Bombas e sistemas de bombeamento. Rio de Janeiro, 2017.
__________. Apostila de sistema de ventilação mecânica, sistema de ar 
comprimido e sistema óle-hidraulica e pneumática. Rio de Janeiro, 2017.
FOX, R. W.; McDONALD, A. T.; PRTICHARD P. J. Introdução à mecânica dos 
fluidos. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.
MACINTYRE, A. J. Instalações hidráulicas: prediais e industriais. 4. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2015.
SANTOS, S. L. Bombas e instalações hidráulicas. São Paulo: LCTE, 2007.
SOUZA, Z. Projeto de máquinas de fluxo: bombas hidráulicas com rotores radiais 
e axiais. Rio de Janeiro: Interciência, 2011.
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