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CURSO TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Acionamento de Dispositivos Atuadores 2 ÁREA TECNOLÓGICA: Automação Identificação do MDI: Acionamento de Dispositivos Atuadores 3 VISÃO 2015 “Consolidar-se como o líder estadual em educação profissional e tecnológica e ser reconhecido como indutor da inovação e da transferência de tecnologias para a indústria brasileira, atuando com padrão internacional de excelência”. MISSÃO Promover a educação profissional e tecnológica, a inovação e a transferência de tecnologias industriais, contribuindo para elevar a competitividade da indústria brasileira. VALORES � Transparência � Iniciativa � Satisfação ao Cliente � Ética � Alta Performance � Valorização das Pessoas POLÍTICA DA QUALIDADE � Satisfazer as necessidades dos clientes com produtos competitivos reconhecidos pelo mercado. � Intensificar ações de aperfeiçoamento e valorização de competências dos empregados. � Assegurar o aprimoramento contínuo dos processos e serviços com padrões de qualidade, para o alcance de resultados. Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 4 FEDERAÇÃO DAS INDÚSTRIAS NO ESTADO DE MATO GROSSO – FIEMT Jandir José Milan Presidente em Exercício CONSELHO REGIONAL Jandir José Milan Presidente em Exercício SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL Gilberto Gomes de Figueiredo Diretor Regional do Departamento Regional de Mato Grosso Lélia Rocha Abadio Brun Gerente de Educação e Tecnologia – GETEC Silvânia Maria de Holanda Coordenadora da Unidade de Desenvolvimento em Educação Inicial e Continuada - UEDE Eveline Pasqualin Souza Coordenadora da Unidade de Desenvolvimento em Educação Técnica e Tecnológica - UNETEC 5 © 2012 – SENAI/MT – Departamento Regional. É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio consentimento do editor. EQUIPE TÉCNICA DE ORGANIZAÇÃO Equipe de Educação SENAI DR SENAI - MT Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Av. Historiador Rubens de Mendonça, 4.301 Bairro Bosque da Saúde - CEP 78055-500 – Cuiabá/MT Tel.: (65) 3611-1500 - Fax: (65) 3611-1557 www.senaimt.com.br SENAI/MT Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Material Didático de da Área de Automação – Curso: Técnico em Automação Industrial. Departamento Regional. Cuiabá - MT, 2012. 1. Eletricidade Industrial. 2. Pneumática e Hidráulica. 3. Controladores Lógicos Programáveis. CDU 621.7 6 APRESENTAÇÃO Caro(a) Estudante, É com prazer que apresentamos este material didático que foi desenvolvido para facilitar seu aprendizado nos cursos de Educação Profissional do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – SENAI de Mato Grosso. Este material tem o objetivo de atender as demandas industriais e satisfazer as necessidades de pessoas que buscam atualização e conhecimentos através de cursos profissionalizantes. Os conteúdos formativos deste material foram concebidos para atender as Áreas Tecnológicas de atuação do SENAI, alinhados aos Perfis Profissionais Nacionais elaborados por Comitês Técnicos Setoriais do SENAI Departamento Nacional e com a Classificação Brasileira de Ocupações – CBO. Esperamos que este material didático desperte sua criatividade, estimule seu gosto pela pesquisa, aumente suas habilidades e fortaleça suas atitudes, requisitos fundamentais para alcançar os resultados pretendidos em um determinado contexto profissional. 7 | P á g i n a INFORMAÇÕES GERAIS - Objetivo do Material Didático: Visa proporcionar o desenvolvimento de capacidades referente à acionamento de dispositivos atuadores, bem como, capacidades sociais, organizativas e metodológicas, de acordo com a atuação do profissional no mundo do trabalho. - Área Tecnológica: Automação - Eixo Tecnológico: Controle e Processos Industriais 8 | P á g i n a ÍCONES DE ESTUDOS Durante a leitura deste material você encontrará alguns ícones para chamar sua atenção sobre um assunto destacado. Para contribuir com a eficácia destas reflexões, recomendamos que realize seus estudos e registre suas conclusões, possibilitando sua auto-avaliação e reforço do aprendizado. Veja o significado dos ícones: Proposição de trabalhos de pesquisa ou leitura de outros referenciais sobre o tema. Traz dicas importantes sobre um assunto Indicação de site para pesquisa e maior aprofundamento sobre o tema 9 | P á g i n a SUMÁRIO CAPITULO I ........................................................................................................................... 11 1. ELETRICIDADE INDUSTRIAL ............................................................................ 11 1.1. Motores elétricos monofásicos (fase auxiliar) ...................................................... 11 1.2. Motores elétricos trifásicos .................................................................................. 12 1.2.1. Motor trifásico de múltiplas velocidades ........................................................... 13 1.3. Torque ................................................................................................................. 14 1.4. Potência mecânica .............................................................................................. 15 1.5. Potência elétrica .................................................................................................. 15 1.6. Fator de serviço ................................................................................................... 15 1.7. Regime de serviço ............................................................................................... 16 1.8. Classe de isolamento .......................................................................................... 16 1.9. Grau de proteção (IP) .......................................................................................... 17 1.10. Sistemas de partida ............................................................................................. 18 1.11. Comandos elétricos ............................................................................................. 21 1.11.1. Dispositivo elétrico ........................................................................................... 21 1.11.2. Dispositivo elétrico de manobra/comandO .......................................................... 22 1.11.3. Características elétricas de botões de comando .............................................. 25 1.11.4. Princípio de funcionamento de um contator ..................................................... 27 1.11.5. Chaves auxiliares tipo fim de curso de comando elétrico ................................. 31 1.12. Dispositivos de proteção ...................................................................................... 35 1.13. DISPOSITIVOS DE SINALIZAÇÃO ...................................................................... 40 1.14. Dispositivos de regulação .................................................................................... 41 1.15. Proteção contra curto-circuito .............................................................................. 42 1.16. Sensores ............................................................................................................. 44 1.16.1. Sensor de proximidade .................................................................................... 45 1.16.2. Sensor indutivo ................................................................................................45 1.16.3. Sensor capacitivo ............................................................................................ 48 1.16.4. Sensores ultra-sônicos .................................................................................... 50 1.16.5. Sensores de pressão ....................................................................................... 51 1.16.6. Sensores de vazão .......................................................................................... 51 1.16.7. Sensores industriais no controle de prodcessos .............................................. 52 1.16.8. Sensores de temperatura ................................................................................ 52 1.16.9. Termistores...................................................................................................... 52 1.16.10. Termoresistenciais ........................................................................................... 53 1.16.11. Pirômetros ....................................................................................................... 53 1.17. Acionamento ....................................................................................................... 53 1.17.1. Método de partida direta .................................................................................. 54 1.17.2. Método de partida indireta ............................................................................... 54 1.17.3. Métodos de partida direta de motores trifásicos ............................................... 55 1.17.4. Sistema de partida direta ................................................................................. 57 1.17.4.1. Fatores que impedem o uso da partida direta .............................................. 58 1.17.4.2. Motor trifásico tipo indução com rotor tipo gaiola de esquilo ........................ 58 1.17.4.3. Partida direta sem reversão ......................................................................... 59 1.17.4.4. Partida direta com reversão ......................................................................... 59 1.17.5. Métodos de partida indireta de motores trifásicos ............................................ 60 1.17.5.1. Motor de anéis ............................................................................................. 60 1.17.5.2. Partida estrela-triângulo sem reversão temporizada .................................... 61 1.17.5.3. Partida estrela-triângulocom reversão temporizada ..................................... 62 1.17.5.4. Partida compensadora ................................................................................. 62 1.17.5.5. Partida compensada sem reversão temporizada ......................................... 63 1.17.5.6. Partida compensada com reversão temporizada ......................................... 64 1.17.5.7. Chave de partida série-paralelO .................................................................. 64 10 | P á g i n a 1.17.5.8. Acionamento de motor de doze terminais para quatro tensões .................... 65 1.18. TÉCNICAS DE FRENAGEM DE MOTOR TRIFÁSICO .............................................. 66 1.18.1. Frenagem de motor trifásico por contracorrentE .............................................. 66 1.18.2. Dispositivo de frenagem .................................................................................. 66 1.18.3. Funcionamento do relé .................................................................................... 67 1.18.4. Frenagem eletromagnética .............................................................................. 68 1.19. Partida de motor de múltiplas velocidades........................................................... 69 1.19.1. Motor de enrolamentos separados .................................................................. 69 1.19.2. Motor de dupla velocidade com enrolamentos separados, sem reversão ........ 70 1.19.3. Motor de dupla velocidade com enrolamentos separados com reversão ......... 70 1.19.4. Motor de duas velocidades tipo dahlander ....................................................... 70 1.19.5. Constituição do motor ...................................................................................... 71 1.19.6. Usos do motor dahlander................................................................................. 72 1.20. Partida de motor de múltiplas velocidades tipo ahlander sem reversão .............. 72 CAPITULO II .......................................................................................................................... 74 2. PNEUMÁTICA E HIDRÁULICA ........................................................................... 74 2.1. Característica do ar comprimido .......................................................................... 74 2.1.1. Vantagens e desvantagens no uso do ar comprimido ...................................... 75 2.1.2. Propriedades do ar .......................................................................................... 75 2.1.3. Escape de ar ................................................................................................... 78 2.1.4. Fundamentos das leis físicas dos gases .......................................................... 79 2.1.5. Relação entre unidades de força ..................................................................... 80 2.1.6. Equivalência entre unidades de pressão ......................................................... 80 2.1.7. Escala de tempertaura ..................................................................................... 82 2.2. Produção e distribuição de ar comprimido .......................................................... 83 2.2.1. Produção ......................................................................................................... 83 2.2.2. Rede de distribuição ........................................................................................ 93 2.3. Válvulas pneumáticas .......................................................................................... 94 2.4. Elementos de trabalho pneumático ..................................................................... 98 2.4.1. Componentes mecânicos de um cilindro ......................................................... 99 2.4.2. Tipo de acionamento ..................................................................................... 105 2.5. Circuitos eletropneumáticos .............................................................................. 111 CAPITULO III ....................................................................................................................... 117 3. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS ................................................. 117 3.1. Introdução da tecnologia de controladores lógicos ................................................. 120 3.1.1. Programáveis – PLC’s ......................................................................................... 120 3.1.2. HARD LOGIC ...................................................................................................... 120 3.1.3. SOFT LOGIC ...................................................................................................... 120 3.1.4. Significado da lógica por software ....................................................................... 121 3.2. Diferenças entre o plc e o computador ................................................................... 123 3.3. Arquitetura do controlador programavel ............................................................. 124 3.4. Arquiteturas digitais de controle e interface homem-máquina ............................ 133 3.5. Sistema de controle com PLC’s ......................................................................... 139 REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 143 11 | P á g i n aCAPITULO I 1. ELETRICIDADE INDUSTRIAL Conhecer como se liga um motor trifásico não consiste simplesmente em conectá-lo a rede elétrica. É também ter noções das características internas de cada tipo de motor, saber as normas que auxiliam o bom funcionamento de todo conjunto e dão segurança, as determinações da concessionária de energia elétrica local, enfim, uma série de coisas que farão o sucesso de todo o sistema.Da mesma forma, os circuitos que comandarão os motores precisam ser de conhecimento bem destacado, pois caso contrário, pequenos detalhes podem gerar uma série de problemas em efeito cascata que poderão resultar em grandes prejuízos. O eletricista industrial deve conhecer todos estes aspectos, saber efetuar instalações onde a imaginação e a criatividade são de fundamental importância, assim como indicar a aplicação correta de cada caso. O objetivo deste manual é trazer subsídio àqueles que estão iniciando nas atividades de instalações elétricas industriais, tendo nesse momento o auxilio do professor, e servir de consulta e apoio àqueles que já dominam a área. Serão tratadas as principais características dos diversos tipos de motores elétricos monofásicos e trifásicos, a forma de ligação de cada tipo específico, a maioria dos componentes que são empregados na montagem de quadros de comando, os circuitos manuais e automáticos básicos para comandos em geral, dimensionamento de componentes, sendo seguido por alguns exemplos práticos de máquinas e circuitos automatizados que se utilizam exatamente desses sistemas, de forma a ampliar e auxiliar o aprendizado. É muito importante salientar ainda que o bom aprendizado exige dedicação,participação e persistência, seguida da experiência que se adquire ao longo do tempo e não pode ser mostrada em nenhum livro. 1.1. MOTORES ELÉTRICOS MONOFÁSICOS (FASE AUXILIAR) Os motores monofásicos de fase auxiliar são um dos vários tipos de motores monofásicos existentes. Utilizados principalmente em máquinas como moto bombas, compressores, furadeiras, serras, cortadores de grama etc., são, em geral, máquinas de pequeno porte, já que são fabricados normalmente em potências de até 2 cv. É raro serem encontrados acima desta potência, pois a utilização de motores trifásicos fica economicamente mais viável. O estator desses motores é constituído resumidamente por dois bobinados, chamados bobinado principal (ou de trabalho) e bobinado auxiliar (ou de partida;arranque). Na partida do motor, os dois bobinados ficam energizados; tão logo o rotor atinja sua velocidade, o bobinado de arranque é desligado, permanecendo em funcionamento somente as bobinas de trabalho. 12 | P á g i n a A bobina de arranque do motor possui ligada em série consigo um capacitor e um interruptor automático (e é normalmente feita com fio mais fino). O interruptor automático (na maioria dos motores formados por um interruptor centrífugo associado a um platinado, embora não seja o único modelo existente) desliga a bobina de arranque após a partida do motor. Já o capacitor faz com que surja no interior do motor um campo magnético girante, que impulsionará o motor a partir. Para que possa funcionar em duas tensões diferentes (110 ou 220 V), a bobina de trabalho desses motores é dividida em duas, tendo a possibilidade de as partes serem conectadas em série ou em paralelo, de acordo com a tensão da rede elétrica. Cada parte deve receber no máximo 110 V, que corresponde à menor tensão de funcionamento do motor. A inversão da rotação é feita invertendo-se o sentido da corrente na bobina auxiliar, ou seja, troca-se o terminal 5pelo 6. 1.2. MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS São máquinas que produzem energia mecânica a partir de energia elétrica. Esses motores são alimentados por redes trifásicas, daí seu nome, tendo vários tipos e formas de ligações. Os motores elétricos trifásicos são os mais utilizados na indústria, por terem o melhor custo benefício na comparação com os demais (evidentemente que nas aplicações compatíveis). 13 | P á g i n a 1.2.1. MOTOR TRIFÁSICO DE MÚLTIPLAS VELOCIDADES Este tipo de motor proporciona velocidades diferentes em um mesmo eixo. Na grande maioria, são para apenas um valor de tensão, pois as religações disponíveis geralmente permitem apenas a troca das velocidades. A potência e a corrente para cada rotação são diferentes. Existem basicamente dois tipos: motor de enrolamentos separados e motor tipo Dahlander.2.1.1 Motor de enrolamentos separados Baseado em que a rotação de um motor elétrico (rotor gaiola) depende do número de pólos magnéticos formados internamente em seu estator, este tipo de motor possui na mesma carcaça dois enrolamentos independentes e bobinados com números de pólos diferentes. Ao alimentar um ou outro, se terá duas rotações, uma chamada baixa e outra, alta.As rotações dependerão dos dados construtivos do motor, não havendo relação obrigatória entre baixa e alta velocidade. Exemplos: 6/4 pólos (1200 /1800 rpm);12/4 pólos (600/1800 rpm), etc. Atenção Ao alimentar uma das rotações, deve-se ter o cuidado de que a outra esteja completamente desligada, isolada e com o circuito aberto, pelos seguintes motivos: – não há possibilidade de o motor girar em duas rotações simultaneamente; – nos terminais não conectados à rede haverá tensão induzida gerada pela bobina que está conectada (neste sistema tem-se construído basicamente um transformador trifásico); – caso circule corrente no enrolamento que não está sendo alimentado surgirá um campo magnético que interferirá com o campo do enrolamento alimentado; – não é interessante que circule corrente no bobinado que não está sendo utilizado,tanto por questões técnicas como econômicas (consumo de energia).Essas são as razões pela quais os enrolamentos destes motores são fechados internamente em estrela (Y). 14 | P á g i n a 1.3. TORQUE Torque é a medida do esforço necessário para se girar um eixo. Freqüentemente é confundido com “força”, que é um dos componentes do torque. É o produto da distância e da força, também conhecido por conjugado, momento, par e binário. Quando se coloca uma carga a ser movimentada por um motor, a força que ele pode fazer estará ligada diretamente ao comprimento da alavanca a partir do centro do eixo. Logo, não se pode determinar um valor fixo para a força de um motor. Quando se especifica a força relacionando-a com o comprimento da alavanca, ou seja, determina o torque deste motor, é possível saber qual a carga máxima que este poderá acionar para cada alavanca construída. O mesmo motor pode erguer cargas muito diferentes dependendo da alavanca do sistema. Porém, deve-se observar que o torque do motor não seja ultrapassado. 15 | P á g i n a 1.4. POTÊNCIA MECÂNICA A potência mede a rapidez com que a energia é aplicada ou consumida. Para levantar uma carga de 45 kgf a uma altura de 100 m, a energia necessária será de: Quando se usa um motor elétrico capaz de erguer esta carga em 30 segundos, a potência necessária será de: A unidade mais usual para potência é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 75 kgfm/s. Assim, a potência do motor acima será: Observação: A unidade de medida de energia mecânica, kgfm, é a mesma usada para conjugado, mas trata-se de grandezas de diferente natureza que não devem ser confundidas, pelo que se costuma representá-las invertidas: conjugado: mkgf e energia mecânica: kgfm. 1.5. POTÊNCIA ELÉTRICA A potência elétrica absorvida por uma carga monofásica resistiva é calculada multiplicando-se a tensão pela corrente (P = U x I).Em um sistema trifásico, a potência em cada fase será dada da mesma forma (Pf =Uf x If), como se tivesse um sistema monofásico independente. A potência total será a soma das três fases (P = 3Pf = 3 x Uf x If), tanto no circuito estrela como no triângulo. 1.6. FATOR DE SERVIÇOFator de serviço é um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais e com limite de elevação de temperatura do enrolamento. 16 | P á g i n a Os valores de rendimento (η), fator de potência (FP) e velocidade podem diferir dos valores nominais, mas o conjugado, a corrente de rotor bloqueado e o conjugado máximo (Cmáx) permanecem inalterados. A utilização do fator de serviço implica uma vida útil inferior àquela do motor com carga nominal. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea que o motor pode suportar. Para este caso, o valor é geralmente de até 60% da carga nominal durante 15 segundos. Exemplo 1: motor 5 cv e FS 1,10Carga máxima admissível no eixo = 5 cv x 1,10 = 5,5 cv Exemplo 2: motor In 8,7A e FS 1,15Corrente máxima admissível = 8,7 A x 1,15 = 10,005 A Exemplo 3: motor com In 12,4A e FS 1,00Corrente máxima admissível = 12,4 A x 1,00 = 12,4 A3.9 1.7. REGIME DE SERVIÇO Cada tipo de máquina exige uma condição de carga diferente do motor. Um ventilador ou uma bomba centrífuga, por exemplo, solicita carga contínua, enquanto uma prensa puncionadora, um guindaste ou uma ponte rolante solicita carga alternada (intermitente). O regime de serviço define a regularidade da carga a que o motor é submetido. A escolha do tipo do motor deve ser feita pelo fabricante da máquina a ser acionada, comprando o motor mais adequado a seu caso. Quando os regimes padrões não se enquadram exatamente com o perfil da máquina, deve escolher um motor para condições no mínimo mais exigentes que a necessária. Os regimes padronizados estão definidos a seguir: • Regime contínuo (S1 • Regime de tempo limitado (S2) • Regime intermitente periódico (S3). • Regime intermitente periódico com partidas (S4) • Regime intermitente periódico com frenagem elétrica (S5); • Regime de funcionamento contínuo com carga intermitente (S6) • Regime de funcionamento contínuo com frenagem elétrica (S7); • Regime de funcionamento contínuo com mudança periódica na relação carga/velocidade de rotação (S8); • Regimes especiais. Nas placas dos motores consta seu tipo de regime (Sx). Alguns regimes são acompanhados de dados suplementares (Exemplo: S2 60 minutos).3.10 1.8. CLASSE DE ISOLAMENTO É a determinação da temperatura máxima de trabalho que o motor pode suportar continuamente sem ter prejuízos em sua vida útil.A classe de cada motor é em função de suas 17 | P á g i n a características construtivas. As classes de isolamento padronizadas para máquinas elétricas são: • CLASSE A - 105°C; • CLASSE E - 120°C; • CLASSE B - 130°C; • CLASSE F - 155°C; • CLASSE H - 180°C.3.11 1.9. GRAU DE PROTEÇÃO (IP) É a indicação das características física dos equipamentos elétricos, referenciando-se a permissão da entrada de corpos estranhos para seu interior. É definido pelas letras IP seguidas por dois algarismos que representam 1º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental. • 0 - sem proteção • 1 - corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm • 2 - corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm • 4 - corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm • 5 - proteção contra acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento • 6 - proteção total contra a poeira 2º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de água no interior do equipamento: • 0 - sem proteção • 1 - pingos de água na vertical • 2 - pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical • 3 - água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical • 4 - respingos de todas as direções • 5 - jatos de água de todas as direções • 6 - água de vagalhões • 7 - imersão temporária • 8 - imersão permanente Exemplo: grau de proteção IP54: proteção completa contra toques, acúmulo de poeiras nocivas e respingos de todas as direções. 18 | P á g i n a 1.10. SISTEMAS DE PARTIDA Ao ligar um motor elétrico em uma rede, deve-se obrigatoriamente seguir algumas recomendações da concessionária local e de normas técnicas, a fim de conseguir que todo o conjunto funcione com o máximo rendimento. As maneiras de ligar um motor são basicamente divididas em dois grupos: partida direta e partida indireta. Já as formas de comandar os motores são variadas, e não existe um esquema definido, somente padrões (normas) de instalação. PARTIDA DIRETA A partida direta consiste em energizar o motor com a tensão de funcionamento desde o instante inicial. É o sistema mais simples, fácil e barato de instalar, sendo também aquele que oferece o maior conjugado de partida do motor. Porém, neste sistema, a corrente de partida do motor é grande, fato que impossibilita sua aplicação com motores de potência muito elevada. Existem limites de potência para cada tensão de rede, conforme determinação da concessionária local, sendo na maioria dos casos de 5 cv nas redes de 220/127 V e de 7,5 cv nas redes de 380/220 V. PARTIDA INDIRETA A alta corrente de partida solicitada por motores trifásicos pode causar queda de tensão e sobrecarga na rede, aquecimento excessivo dos condutores e uma série de outros fatores prejudiciais à instalação elétrica. Isso piora à medida que aumenta a potência dos motores. Nesses casos, deve-se ter a preocupação de reduzir acorrente de partida do motor, aplicando- lhe uma tensão inferior à nominal no instante da partida. Assim, a potência do motor fica reduzida e, conseqüentemente, sua corrente. Depois que o motor atinge rotação nominal eleva-se sua tensão ao valor correto. Desta forma, não haverá grande pico de corrente na partida São sistemas mais caros e trabalhosos, além do inconveniente de o motor não poder partir com plena carga, devido à redução do conjugado. As reduções de corrente, potência e conjugado são proporcionais ao quadrado da redução da tensão, isto é: reduzindo a tensão duas vezes reduzem-se a corrente, a potência e o conjugado quatro vezes. Esses sistemas só terão efeito se forem comutados corretamente, ou seja, somente quando o motor atingir rotação nominal troca-se para a tensão plena. Caso contrário, o segundo pico de corrente que ocorre no momento em que o motor passa a receber a tensão nominal será muito alto, tornando o sistema sem função. Essa comutação pode ser feita através de chave manual diretamente pelo operador – que deverá estar orientado – ou automaticamente por um temporizador. 19 | P á g i n a Os tipos de partida com tensão reduzida mais convencionais são: partida estrela-triângulo, partida série-paralelo, partida compensadora e soft-starter (chave de partida suave). PARTIDA COMPENSADORA Aplicável em todos os motores trifásicos, desde que funcionem com a tensão da rede elétrica local, não interessando o tipo de ligação nem o número de terminais. A redução da tensão é feita com um autotransformador de partida trifásico, alimentado-se o motor com um percentual da tensão da rede, até sua aceleração total. Após isso, o transformador é retirado do circuito e o motor recebe tensão total. Os valores mais usuais disponíveis na saída dos autotrafos são 50, 65 e 80%. Na partida compensada, os valores da corrente na rede e no motor são diferentes, por terem tensões diferentes. A maior corrente será no motor, por ter a menor tensão, já que a potência de entrada é a mesma de saída (considerando um transformador ideal). A partida da compensada – embora tenha as desvantagens de custo elevado, de ocupar grande espaço físico e de ter o número de partidas por hora limitado devido ao autotrafo - é bem mais eficiente que os outros sistemas tradicionais e é indicado para máquinas que necessitem partir com carga. A corrente no motor diminui conforme a saída do autotransformador. 20 | P á g i n aPARTIDA SÉRIE-PARALELO Sistema possível para motores de 9 e/ou 12 terminais. Divide-se em dois tipos:série-paralelo triângulo, aplicável às redes de 220 V, e série-paralelo estrela, para redes de 380 V.A partida do motor é feita com as bobinas conectadas em série, fazendo com que a tensão se divida entre elas. Depois que o motor atinge rotação nominal, faz-se a troca das ligações para paralelo, recebendo, assim, cada bobina a tensão total. Acorrente de partida fica reduzida em quatro vezes, e o mesmo acontece com o conjugado e a potência. Assim, é extremamente recomendado fazer a partida a vazio e somente em máquinas com baixo conjugado resistente de partida. PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO Esse sistema é usado nos motores para duas tensões com relação Y- ∆ e no mínimoseis terminais, devendo obrigatoriamente a menor delas coincidir com a tensão da rede. O que se faz é uma ligação “errada” (de forma proposital e controlada), onde se conecta o motor para a maior tensão (Y) no momento da partida, aplicando-lhe a menor tensão (rede - ∆). Depois de embalar por completo, trocam-se as ligações para que fiquem corretas. 21 | P á g i n a Uma partida estrela-triângulo oferece redução de três vezes do pico de corrente. Em igual proporção ocorre a redução do conjugado do motor, fato que indica uma partida sem carga.O sistema não é recomendado em máquinas que exigem grande torque inicial. SOFT-STARTER (PARTIDA SUAVE) É um sistema micro processado projetado para acelerar, desacelerar e proteger motores elétricos de indução trifásicos, fornecendo aumento e/ou redução progressiva da tensão ao motor, através de tiristores. Com esta chave é possível ajustar os valores de torque e corrente em função da solicitação da carga acionada, ou seja: a corrente exigida será a mínima necessária para o aceleramento do motor. A instalação e a regulagem de sistemas totalmente eletrônicos são feitas acompanhando-se o manual do equipamento; já a reparação de defeitos no soft-starter requer bastante conhecimentos na área eletrônica. Com a chave soft-starter é possível ter ajuste da tensão de partida por tempo pré-definido, pulso de tensão na partida para cargas com alta inércia; proteções contra falta de fase e sobrecorrente, faixa de limitação da corrente, rampas de aceleração e desaceleração etc. Para a aquisição correta, é importante saber o número de partidas por hora necessário antes da instalação. Em paralelo ao soft-starter usa-se um contator (by-pass) que faz a alimentação do motor depois de terminado o processo de partida, evitando desgaste dos componentes. Exemplos de aplicação: ventiladores e exaustores, bombas centrífugas e dosadoras, agitadores, misturadores, centrífugas de açúcar, esteiras transportadoras e compressores. 1.11. COMANDOS ELÉTRICOS 1.11.1. DISPOSITIVO ELÉTRICO 22 | P á g i n a A instalação elétrica é composta por vários dispositivos elétricos que visam o uso seguro e adequado da eletricidade reduzindo risco e perigos as pessoas, bem como, o desperdício e danos as instalações elétricas. Os dispositivos elétricos são componentes do sistema eletropneumático automatizado que recebe os comandos do circuito elétrico de controle e acionam as máquinas elétricas industriais. Podem ser classificados em: 1.11.2. DISPOSITIVO ELÉTRICO DE MANOBRA/COMANDO Dispositivo de manobra chamado também de comando são elementos de comutação destinados a permitir ou não a passagem de corrente elétrica entre um ou mais pontos de um circuito. Os tipos mais comuns de dispositivos de manobra / comando: • Botoeiras ou Botão de Comando • Contatores • Relés BOTÕES DE COMANDO E BOTOEIRAS São dispositivos destinados a comandar, no local ou à distância e de forma indireta, os equipamentos de manobra e/ou de operação através de um acionamento de curta duração. A função desses dispositivos são automatizar circuitos indutivos e resistivos, por meio do acionamento dos botões de comando elétrico torna-se possível a interrupção momentânea e a ligação normal dos circuitos, bem como as interrupções de emergência e operações de segurança nos comandos. Veja abaixo tipos de botoeiras e botões de comando. . 23 | P á g i n a BOTÕES DE COMANDO Normalmente os botões de comando são especificados em função das necessidades que existem para cada situação. Freqüentemente os botões destinados a desligar o circuito de comando são projetados somente com um único contato normalmente fechado. Os botões de comando são classificados em: botão de comando de impulsão, botão de comando de comutação e botão de comando duplo. →→→→ BOTÃO DE COMANDO DE IMPULSÃO São aqueles nos quais o acionamento é obtido através de pressão do dedo do operador no cabeçote de comando dos botões. A impulsão pode ser livre, sem retenção (quando o operador cessar a força externa, o botão retorna à posição desligada, isto é, de repouso). Podendo ser com retenção – quando pressionado, o botão se mantém na posição em que foi acionado, até novo acionamento. →→→→ BOTÃO DE COMANDO DE COMUTAÇÃO Os botões de comando de comutação são aqueles nos quais o acionamento é obtido através do giro de alavancas, knobs ou chaves tipo Yale. Existe uma variedade muito grande de botões de comando elétrico. Cada fabricante adota detalhes de acabamento próprio. O princípio de construção e as características técnicas, porém, são padronizadas. →→→→ BOTÃO DE COMANDO DUPLO Constituído de duas teclas, executa as funções de liga-desliga para comando, em especial, das chaves de partida direta instaladas em caixas ou painéis. Sua montagem é simplificada, executada por anel de fixação. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS • Construída em material isolante termoplástico e de alta resistência mecânica. • Com as funções liga-desliga, destina-se ao comando à distância, em especial, de chaves de partida direta. 24 | P á g i n a • Constituída de uma caixa com Botão de Comando Duplo liga-desliga. BOTOEIRAS É a denominação que se dá a um conjunto formado, geralmente, por dois ou mais botões de comando elétrico. O comando destes motores é feito separadamente, através de botões distintos, localizados em um mesmo invólucro. APLICAÇÃO DAS BOTOEIRAS • Comando de pontes rolantes. • Talhas. • Alarme contra incêndio e outras funções aplicações. 1.11.2. CÓDIGO DE CORES DOS BOTÕES DE COMANDO Os botões de comando elétrico são fabricados segundo um código internacional de cores, o que facilita a identificação do regime de funcionamento das máquinas que são comandadas pelos mesmos. Lembrando que os botões seguem padronização de cores que correspondem o status do comando, veja na tabela 2: COR PADRONIZADA REGIME DE FUNCIONAMENTO BRANCO – BC - Informação geral - Parada normal VERMELHO - VM - Parada de emergência - Perigo VERDE - VD - Acionamento - Início do ciclo de operação de uma máquina - Segurança - Sem perigo AMARELO - AM - Atenção 25 | P á g i n a - Cuidado AZUL - AZ - Informações especiais PRETO - PT - Parada normal 1.11.3. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DE BOTÕES DE COMANDO As características elétricas dos botões vêm gravadas no corpo isolante ou no bloco de conta- tos dos botões de comando elétrico, como demonstra figura. →→→→ CORRENTE NOMINAL DE BOTÕES DE COMANDO Os botões de comando elétricos são fabricados para valores de corrente nominal relativamente pequeno. Encontramos, no mercado, botões de 0,1A a 25A para valores de corrente nominal; de 1A a 80A para valores de corrente de ruptura – corrente máxima de interrupção sob condições anormais do circuito. →→→→TENSÃO NOMINAL DE BOTÕES DE COMANDO Existem no mercado, botões de comando elétrico próprios para a ligação dos circuitos de comando de 24V, 48V, 110V,220V, 380V, 500V e 550V como valores de tensão nominal. Os botões de comando elétrico apresentam outra característica elétrica, que é a tensão de teste. Essa tensão corresponde à resistência do isolamento do botão por um tempo reduzido. A tensão de teste é cinco vezes maior que a tensão nominal. Pesquise dados técnicos de cada botão de comando e descreva as informações em formato de ficha técnica e faça um portfólio de estudo. 26 | P á g i n a CONTATORES É um dispositivo de manobra mecânica, eletromagneticamente, que acionado permite comandar grandes intensidades de corrente, através de um circuito auxiliar de baixa intensidade, veja um dos modelos de contator e seus componentes nas figuras abaixo. Os contatores são muito utilizados no comando de motores trifásicos das máquinas industriais, por apresentarem uma série de vantagens em relação às chaves de acionamento manual. VANTAGENS DOS CONTATORES • Comando à distância • Elevado número de manobras • Grande vida útil mecânica • Pequeno espaço para montagem • Garantia de contato imediato • Tensão de operação de 85% à 110% da tensão nominal prevista para contator Tabela 1 - Vantagens dos contatores. PARTES DO CONTATOR Existe uma enorme variedade de modelos de contatores fornecidos por diversos fabricantes, podendo, na realidade, ser agrupada em dois grandes blocos, dependendo da sua finalidade dentro do circuito. Temos assim: • Contato principal • Contato auxiliar ELEMENTOS DE CONTATOR • Contato Principal • Contato Auxiliar • Sistema de Acionamento • Carcaça • Acessórios 27 | P á g i n a 1.11.4. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CONTATOR Pelo processo eletromagnético, o contator funciona através da energização da bobina. Um núcleo magnético fixo é envolvido pela bobina, cuja função é criar um campo eletromagnético com uma única finalidade, atrair o núcleo móvel. CONTATO PRINCIPAL Estes contatores são dimensionados mecânica e eletricamente para suportarem a intensidade de corrente requerida pela carga, com uma elevada freqüência de operações. Além dos contatos do circuito de força (que servem para comandar a carga) os contatores de potência ainda possuem contatos para circuito de comando. Os contatos de força são chamados de contatos principais. Quando o contator estiver em repouso, os contatos poderão estar abertos ou fechados. Os contatos abertos são chamados de fechadores ou “NA”, abreviação de normalmente aberto. Os contatos fechados são chamados de abridores ou “NF”, abreviatura de normalmente fechado. →→→→ CONTATO NORMALMENTE ABERTO (NA): não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado o desenho gráfico A. Desta forma a carga não estará acionada. 28 | P á g i n a →→→→ CONTATO NORMALMENTE FECHADO (NF): há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado o desenho gráfico B. Desta forma a carga estará acionada. CONTATO AUXILIAR São utilizados para aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores de motores para comandar contatores de elevado consumo na bobina, para evitar repique, para sinalização. CONDIÇÕES DE SERVIÇO DO CONTATOR Os contatores são desenvolvidos para trabalharem em temperaturas extremas desde -20ºC até +55ºC. . Em relação à altitude o contator está dimensionado para operar em elevadas altitudes. POSIÇÃO DE FUNCIONAMENTO As aplicações de contatores são destinadas a várias posições de trabalho. Em embarcações marítimas podem ocorrer situações de inclinação alterando a posição de trabalho. Deve observar tais condições. 29 | P á g i n a IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DOS CONTATORES – NORMA 947-4 As bobinas são identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2. O circuito principal deve ser identificado por números unitários e por um sistema alfanumérico. CATEGORIAS DE EMPREGO DE CONTATORES – NORMA IEC 947 A categoria de emprego está relacionada com manobras de cargas com características diversas. TTIIPPOO DDEE CCOORRRREENNTTEE CCAATTEEGGOORRIIAA AAPPLLIICCAAÇÇÕÕEESS Corrente Alternada AC 1 Manobras leves; Carga ôhmica ou pouco indutiva (aquecedores, lâmpadas incandescentes e fluorescentes compensadas). AC 2 Manobras leves; comando de motores com anéis coletores (guinchos, bombas,compressores); Desligamento em regime. AC 3 Serviço normal de manobras de motores com rotor gaiolo (bombas, ventiladores, compressores); Desligamento em regime. AC 4 Manobras pesadas. Acionar motores com carga plena; Comando intermitente (pulsatório); Reversão a plena marcha e paradas por contra-corrente (pontes rolantes, tornos, etc.) Tabela 2 - Categoria de contatores. 30 | P á g i n a TERMINAIS DOS CIRCUITOS AUXILIARES E DE CONTATORES. → A unidade representa a função do contato. → A dezena representa a seqüência de numeração. NÚMERO DE SEQUÊNCIA → Terminais pertencentes a um mesmo elemento de contato devem ser marcados com o mesmo número de seqüência (por norma). → Todos os contatos de mesma função devem ter número de seqüência diferente. CHAVE SEM RETENÇÃO OU IMPULSO É um dispositivo que só permanece acionado mediante aplicação de uma força externa. Cessada a força, o dispositivo volta à situação anterior. Este tipo de chave pode ter, construtivamente, contatos normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Tabela 3 - Funcionamento das chaves. CHAVE COM RETENÇÃO OU TRAVA É um dispositivo que uma vez acionado, seu retorno à situação anterior acontece somente através de um novo acionamento. Construtivamente pode ter contatos normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF), conforme a figura abaixo. 31 | P á g i n a CHAVE DE CONTATOS MÚLTIPLOS COM OU SEM RETENÇÃO Existem chaves com ou sem retenção de contatos múltiplos NA e NF. A figura a seguir mostra estes dois modelos. CHAVE SELETORA É um dispositivo que possui duas ou mais posições podendo selecionar uma ou várias funções em um determinado processo. Este tipo de chave apresenta um ponto de contato comum (C) em relação aos demais contatos. A figura 4 apresenta dois tipos de chaves seletoras. 1.11.5. CHAVES AUXILIARES TIPO FIM DE CURSO DE COMANDO ELÉTRICO As chaves auxiliares tipo fim de curso de comando elétrico são dispositivos de acionamento retilíneo ou angular, com retorno automático ou por acionamento, destinados a situações de comando, sinalização e segurança, em circuitos auxiliares de processos automáticos, controlando movimento de máquinas e/ou equipamentos. As situações de comando estão diretamente relacionadas à aceleração de movimentos, determinação dos pontos de parada de um dispositivo de uma máquina e início de novo movimento, produção de seqüência e controle de operações, inversão de curso ou de sentido de rotação de partes móveis. A sinalização diz respeito a alarmes visuais (bandeirolas, lâmpadas, etc.) e/ou audíveis (cigarra, sirene, buzina, campainha, etc.). As situações de segurança são aquelas que se caracterizam, basicamente, por paradas de emergência em curso máximo. 32 | P á g i n a As chaves auxiliares tipo fim de curso de comando elétrico são projetadas em diferentes modelos, a partir das situações a que irão atender e dos fins a que se destinam. Assim sendo, você irá encontrá-las sendo utilizadas nas mais diversas aplicações, tais como: • Onde há restrições de espaço e não exigência de um esforço de acionamento muito importante; • Máquinas operatrizes; • Em transporte de carga e materiais, onde o meio ambiente e o tipo de operação exigem um fim de curso estanque e de grande robustez; • Em automatizações complexas, devido a sua grande versatilidade, permitindo mais de trezentas combinações entrecorpo; • Cabeçote e componentes de ataque. PARTES QUE COMPÕEM ACHAVE FIM DE CURSO Independentemente do tipo e da finalidade a que irá atender a chave auxiliar tipo fim de curso é composta de duas partes distintas: corpo e cabeçote. CORPO Também chamado blindagem, é o componente onde está fixado o cabeçote e no qual estão alojados os contatos e os bornes. É fabricado de diferentes tipos de materiais: termoplástico reforçado com fibra de vidro, zamak (liga de alumínio, magnésio e zinco) e em alumínio fundido, de modo a oferecer elevada resistência mecânica, podendo trabalhar em temperaturas variáveis entre -30ºC e +80ºC. CABEÇOTE É a parte que se movimenta e tem contato com o anteparo de parada. É conhecido por Cames. Podendo ser através de rodízio escamoteável ou que se movimenta de forma linear. ����FIQUE POR DENTRO Para a escolha das chaves, deve-se levar em consideração as especificações de tensão nominal e corrente máxima suportável pelos contatos. 33 | P á g i n a Identifique outros tipos de chaves que fazem parte do dispositivo elétrico de comando e descreva a função de cada uma na realização de serviços RELÉ São dispositivos de segurança usados para o acionamento local ou à distância de cargas de alta tensão e/ou alta corrente a partir de um circuito de pequena tensão. Este dispositivo é formado basicamente por uma bobina e pelos seus conjuntos de contatos. A figura abaixo mostra a estrutura física de um relé e seu símbolo elétrico. OBJETIVOS DO RELÉ Os relés têm os seguintes objetivos como dispositivos de comando: • Proteger o sistema elétrico de potência • Identificar defeitos • Atuar disparando alarmes, sinalizações e abrindo disjuntores • Vigiar diuturnamente o sistema elétrico PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO RELÉ • Eletrônico 34 | P á g i n a • Pneumático • Eletromecânico CARACTERÍSTICAS DO RELÉ →→→→ RELÉ TEMPORIZADOR ELETRÔNICO É um dispositivo elétrico que, através de um circuito eletrônico básico RC aciona, num tempo predeterminado, uma bobina eletromagnética, que fará abrir e/ou fechar contatos móveis temporizados. Tais circuitos, em alguns tipos de relés eletrônicos, são bastante sofisticados devido à precisão de sua utilização. A figura abaixo mostra o esquema de funcionamento do relé temporizador eletrônico. A figura abaixo ilustra um dos modelos de relé de tempo eletrônico. →→→→ RELÉ DE TEMPO PNEUMÁTICO É um dispositivo elétrico que, através de uma válvula temporizadora pneumática, aciona o mecanismo que fará abrir e/ou fechar contatos móveis temporizados. Veja um dos modelos de relé de tempo pneumático. RELÉ DE ESTADO SÓLIDO 35 | P á g i n a Muito conhecido no meio industrial como SSR (Sólid Estate Relays). Diferem dos relés eletromecânicos pelo fato de não apresentar partes mecânicas móveis. O circuito de controle é alimentado em Tensão Contínua. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS • Totalmente eletrônico • Pode acionar cargas indutivas ou resistivas • Tensão de comutação de 24 á 380Vac • Capacidade de comutação de cargas com até 25ª • Sinalização de relé acionado. • Tensão de disparo de 5 a 30Vdc • Dimensões 50 x 44 x 35mm →→→→ RELÉ TEMPORIZADOR ELETROMECÂNICO É um dispositivo elétrico que, através de um motor, redutores e engrenagens, acionam num tempo predeterminado, um mecanismo que fará abrir e/ou fechar contatos móveis temporizados. Este tipo de temporizador apresenta algumas desvantagens em relação à durabilidade. Os componentes eletromecânicos apresentam com o tempo, desgaste, podendo reduzir a vida útil de tal elemento. Procure as vantagens que os relés de estado sólido e os relés eletromecânicos apresentam como dispositivos de comando www.ebah.com.br/circuitos- eletricos www.brasilescola.com.br/comandos-eletricos 1.12. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO São elementos intercalados no circuito com o objetivo de interromper a passagem de corrente elétrica sob condições anormais, como curtos-circuitos ou sobrecargas. 36 | P á g i n a Os dispositivos elétricos de proteção podem ser divididos em quatro tipos: • Interruptor de corrente de carga; • Fusíveis; • Disjuntores; • Reles térmicos. INTERRUPTOR DE CORRENTE DE CARGA O interruptor de corrente de fuga é um dispositivo que faz o desligamento de qualquer circuito que apresente uma corrente de fuga entre 15 a 30 mA. Isso garante a segurança contra incêndios. Apesar de se ter a sensação de choque em caso de contato da fase ao corpo humano, não há risco de vida,caso o circuito seja protegido por este dispositivo. O interruptor de corrente de fuga possui um transformador de corrente, um disparador e um mecanismo de liga-desliga. Ele funciona comparando uma corrente de entrada com uma corrente de saída. Se a diferença estiver entre 15 a 30 mA, o disparador opera em 30s. Ele deve ser ligado de modo que todos os condutores do circuito, inclusive o neutro, passem pelo interruptor. Isso permite a comparação entre as correntes de entrada e de saída e o desligamento da alimentação do circuito em caso de fuga de corrente. FUSÍVEL Segundo normas DIN 57636 e VDE 0636, são componentes de circuito de alimentação de cargas diversas, tendo como função principal a proteção dos equipamentos e fiação (barramentos) contra curto-circuito, atuando também como limitadores das correntes de curto- circuito. Geralmente são dimensionados 20% acima da corrente nominal do circuito. Diante disso, nunca devemos substituí-lo por outro de maior corrente. CLASSE FUNCIONAL DOS FUSÍVEIS • G - Fusíveis de faixa completa • A - Fusíveis de faixa parcial EQUIPAMENTO A SER PROTEGIDO 37 | P á g i n a • L-G - Cabos e linhas / proteção geral • M - Equipamentos de manobra • R - Semicondutores • B - Instalações de minas • Tr - Transformadores PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO FUSÍVEL • Classe gL-gG - 500Vca; • Elavada capacidade de ruptura • Tipo D: 50kA; • Tipo NH: 120kA • Material cerâmico de alta qualidade. FUSÍVEL TIPO DIAMETRAL O fusível tipo “D” é um componente que pertence a um conjunto constituído dos seguintes elementos: FUSÍVEL TIPO NH Os fusíveis tipo NH, são próprios para proteger os circuitos, que em serviço, estão sujeitos à sobrecargas de curta duração , como acontece por exemplo em partida direta de motores trifásicos com rotor em curto. As letras que definem o fusível NH correspondem a duas iniciais de palavras escritas em alemão que significam: • N – niederspannung (Baixa Tensão) • H – hochleistung (alta capacidade de ruptura) 38 | P á g i n a CONJUNTO FUSÍVEL O conjunto fusível compõe-se dos seguintes elementos: base (unipolar) e fusível. BASE FUSÍVEL Possui contatos especiais prateados, que garantem contato perfeito e alta durabilidade. Uma vez retirado o fusível, a base constitui uma separação visível das fases, tornando dispensável, em muitos casos, a utilização de um seccionador adicional. PUNHO PARA MONTAGEM OU SUBSTITUIÇÃO DOS FUSÍVEIS Destina-se à colocação ou retirada dos fusíveis NH de suas respectivas bases estando à instalação sob tensão, porém sem carga. ����FIQUE POR DENTRO Os fusíveis são classificados em retardados e rápidos. Os fusíveis de ação retardada são usados em circuitos nos quais a corrente de partida é muitas vezes superior à corrente nominal. É o caso dos motores elétricos e carga dispositiva. Já os fusíveis de ação rápida são utilizados em cargas resistivas e na proteção de componentes semicondutores, como o ciodo e o tristor em conversores estáticos de potência. DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICOS São dispositivos que garantem simultaneamente a proteção contra corrente de sobrecarga e contra correntes de curto-circuito. Considerando uma instalação industrial o importanteé garantir as condições ideais de funcionamento do sistema sob quaisquer condições de operação protegendo os equipamentos e a rede elétrica de acidentes provocados por alteração da corrente. FUNÇÕES DESEMPENHADAS PELOS DISJUNTORES • Abertura e fechamento de circuitos (manobra) • Proteção da fiação contra sobrecarga através do seu dispositivo térmico. • Proteção da fiação contra uma condição indesejável que é o curto-circuito através do seu dispositivo magnético. PRINCIPAIS CARACTERISTICAS DOS DISJUNTORESNÚMERO DE PÓLOS • Monopolares 39 | P á g i n a • Bipolares • Tripolares QUANTO À TENSÃO DE OPERAÇÃO Disjuntores de baixa tensão (até 1000 volts) • Disjuntores abertos • Disjuntores de média e alta tensão (acima de 1000 v) VÁCUO • Ar comprimido • Pequeno volume de óleo • SF6 (hexafluoreto de enxofre) DADOS IMPORTANTES NO DIMENSIONAMENTO DE DISJUNTORES • Corrente nominal (a) • Tensão nominal (vac) • Capacidade de interrupção DISJUNTOR DIFERENCIAL RESIDUAL São componentes de proteção que exercem múltiplas funções, pois além de realizarem proteção dos condutores contra sobre correntes garantem a proteção das pessoas contra choques elétricos e a proteção dos locais contra incêndios. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO A interrupção da corrente de fuga baseia-se no princípio “vigiar” os circuitos contra as correntes de fuga prejudiciais às instalações e às pessoas. DISJUNTOR MOTOR É um dispositivo que oferece proteção adequada em aplicações industriais onde se quer um equipamento de considerável desempenho. Segue as orientações das normas IEC 947-2/VDE 0660 no que diz respeito a Manobras e Proteção de Motores. 40 | P á g i n a PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS • Sensibilidade contra falta de fase e compensação de temperatura • Admite montagem sobre trilho DIN de 35 mm ou fixação por parafusos para todas as faixas de ajuste. RELÉ TÉRMICO OU BIMETÁLICO Relé térmico de sobrecarga é um dispositivo que protege os motores elétricos contra os efeitos de sobrecarga, atuando pelo efeito térmico causado pela corrente elétrica. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS • 2 contatos auxiliares : 1NA + 1NF; • Compensação da temperatura ambiente entre -20ºC e +60ºC; • Sensibilidade à falta de fase; • Base para montagem individual TERMINAIS DE RELÉ DE SOBRECARGA 1.13. DISPOSITIVOS DE SINALIZAÇÃO Sinalização é a forma visual ou sonora de chamar a atenção do operador para uma situação determinada em circuito, máquinas ou conjunto de máquinas. As informações mais comuns fornecidas pelos dispositivos são: ligado, desligado, falha e emergência. Deve-se ainda sinalizar o estado de cada elemento de trabalho e de cada sensor elétrico do processo com finalidade de facilitar a localização de defeito numa eventual manutenção. A sinalização pode ser: • Sonora • Luminosa A sinalização luminosa é a mais usada devido a simplicidade, eficiência e baixo custo. 41 | P á g i n a Esses sinais são fornecidos por lâmpadas incandescentes ou LEDs, utilizadas na sinalização visual de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. São empregados, geralmente, em locais de boa visibilidade que facilitem a visualização do sinalizador. Sinalização sonora são campainhas, sirenes, cigarras ou buzinas, empregados na sinalização acústica de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. Ao contrário dos indicadores luminosos, os sonoros são utilizados, principalmente, em locais de pouca visibilidade onde um sinalizador luminoso seria pouco eficaz. 1.14. DISPOSITIVOS DE REGULAÇÃO São elementos destinados a regular o valor de variáveis de um processo automatizado, tais como: velocidade, tempo, temperatura, pressão, vazão, etc. Os tipos mais comuns são colocados a seguir. REOSTATO É um componente de resistência variável que serve para regular as correntes de intensidade maior em sistemas elétricos (ex. controle de velocidade em motor CC). POTENCIÔMETRO Apresenta a mesma função que o reostato atuando com intensidade de corrente menor em circuitos eletrônicos de comando e regulação. TRANSFORMADOR 42 | P á g i n a É um componente que permite adaptar o valor de uma tensão alternada. O transformador básico é formado por duas bobinas isoladas eletricamente, enroladas em torno de um núcleo de ferro silício. RELÉ DE TEMPO COM RETARDO NA LIGAÇÃO Este relé comuta seus contatos após um determinado tempo, regulável em escala própria. O início da temporização ocorre quando energizamos os terminais de alimentação do relé de tempo. A figura 15 mostra um exemplo que explicita o seu funcionamento. RELÉ DE TEMPO COM RETARDO NO DESLIGAMENTO Este relé mantém os contatos comutados por um determinado tempo, regulável em escala própria, após a desenergização dos terminais de alimentação. 1.15. PROTEÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITO Um curto-circuito pode ser definido como uma ligação acidental de condutores sob tensão. A impedância desta ligação é praticamente desprezível, com a corrente atingindo um valor muito 43 | P á g i n a maior que a corrente de operação. Tanto o equipamento quanto a instalação elétrica poderão sofrer esforços térmicos e eletrodinâmicos excessivos. Existem três tipos de curto-circuito: • Trifásico entre os três condutores de fase, • Monofásico entre dois condutores de fase • E o curto-circuito. A NBR 5410/97 prescreve que todo circuito, incluindo circuito terminal de motor, deve ser protegido por dispositivos que interrompam a corrente, quando pelo menos um dos condutores for percorrido por uma corrente de curso-circuito. A interrupção deve ocorrer num tempo suficiente curto para evitar a deterioração dos condutores. Esta interrupção deve-se darpor dispositivo de seccionamento automático. A norma aceita a utilização de fusíveis ou disjuntores para proteção específica contra curtos- circuitos. Os dispositivos fusíveis podem ser do tiop gG, gM ou aM. Para aplicações normais exigem-se fusíveis tipo g, subtendendo os tipos gG e gM. Os dispositivos gG podem garantir proteção simultânea contra curto-circuito e sobrecarga. Por isso, são considerados de uso geral. Os dispositivos gM oferecem proteção apenas contra curto-circuito, sendo mais indicados para proteção de circuitos de motores. Dadas as peculiaridades de partida do motor, especialmente em altas correntes de partida, os dispositivos fusíveis gG ou gM são aplicados exclusivamente na proteção contra curto-circuito, dando-se preferência aos fusíveis gM. As formas construtivas mais comuns dos fusíveis aplicados nos circuitos de motores são os tipos D e NH. O fusível tipo D é recomendado para o uso residencial e industrial, uma vez que possui proteção contra contatos acidentais, podendo ser manuseado por pessoal não qualificado. O fusível tipo NH deve ser manuseado por pessoas qualificadas, sendo recomendados para ambientes industriais e similares. Os fusíveis gG e gM são caracterizados por uma corrente nominal, ou seja, a corrente que pode circular pelo fusível por um tempo indeterminado sem que haja interrupção, pela tensão máxima de operação e pela capacidade de interrupção. A capacidade de interrupção é a máxima corrente para o qual o fusível pode garantir a interrupção; geralmente a unidade utilizada é o kA (quiloampère). A capacidade de interrupção deve ser no mínimo igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto da instalação. Os fusíveis apresentam curvas característicasinterrupção; geralmente a unidade utilizada é o kA (quiloampère). A capacidade de interrupção deve ser no mínimo igual à corrente de curto- circuito presumida no ponto da instalação. Os fusíveis apresentam curvas características do tempo máximo de atuação em função da corrente. 44 | P á g i n a Para uma corrente I > In o fusível seguramentepromoverá a interrupção do circuito após um tempo t. Existem fusíveis tipo D para as seguintes correntes nominais: 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50 e 63A. O fusível tipo NH é produzido para as seguintes correntes nominais: 10, 16,20, 25, 35, 50, 63, 100, 125, 160, 200, 224, 250, 300, 315, 355, 400, 500 e 630 A. A NBR 5410/97 recomenda a proteção de circuitos terminais de motores por fusíveis com capacidade nominal dada por: In = IRB.K Em que IRB é a corrente de rotor bloqueado do motor e K é dado pela tabela a seguir. Quando o valor obtido não corresponder a um valor padronizado, pode ser utilizado dispositivo fusível de corrente nominal imediatamente superior. Observe a tabela que se segue. Tabela 3 – Padronização dos valores. Pesquise outras recomendações da ABNT contra curto-circuito que não foram abordadas neste capítulo. www.abnt.gov.br 1.16. SENSORES O sensor é um dispositivo de entrada que converte um sinal de qualquer espécie em outro sinal. ÁREAS DE APLICAÇÃO Os sensores são utilizados em diversas áreas: • Automação industrial: identificação de peças, medição, verificação de posição, etc. 45 | P á g i n a • Automação comercial: leitura de código de barras, leitura de tarja magnética, identificação de impressão digital, etc. • Automação veicular: Sensores de composição de gases do escapamento, sensores de temperatura, sensores de velocidade, sensores de pressão atmosférica, etc. • Automação residencial (doméstica). Sistemas de alarmes, sensores para controle da temperatura ambiente, sensores para controle de luminosidade, sensores de vazamento de gás, sensores de presença para acendimento automático de luz ou sistema de segurança, etc. SENSORES PARA APLICAÇÕES INDUSTRIAIS Normalmente numa planta industrial automatizada os elementos que informam as condições do processo são os Sensores. Devido à grande variedade de elementos aplicados nos processos industriais, iremos focar os mais aplicados. Apresentando de forma sucinta os tipos que operam diretamente no controle de máquinas e também aqueles que operam no controle de processo. O profissional em eletricidade industrial convive com uma variedade de equipamentos industriais de processo. 1.16.1. SENSOR DE PROXIMIDADE É um dispositivo que comuta um circuito elétrico ou envia informações para um controlador, mediante a aproximação de um corpo, frente à sua face sensível. É parecido com a chave de fim de curso, mas com a vantagem de não possuir nem contatos e nem atuadores mecânicos. Tipos de Sensores de Proximidade: • Sensor Indutivo • Sensor Capacitivo • Sensor Óptico 1.16.2. SENSOR INDUTIVO São elementos ativos capazes de efetuar um chaveamento elétrico sem que seja preciso algum corpo metálico tocá-lo fisicamente. O elemento principal de um sensor indutivo é um oscilador de rádio freqüência. Esta oscilação é modificada quando se introduz um objeto metálico no campo magnético da bobina, retornando ao normal quando se retira o objeto de sua frente. 46 | P á g i n a PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Com a aproximação de peças metálicas, ocorre uma variação na tensão gerada por um circuito oscilador. Um circuito comparador monitora esta tensão e envia um sinal para o transistor, caso ocorra uma variação na face do sensor. APLICAÇÕES GERAIS DOS SENSORES INDUTIVOS CARACTERÍTICAS DOS SENSORES Superfície Ativa: É aquela por onde sai o campo eletromagnético de alta freqüência nos sensores. DISTÂNCIA NOMINAL DE COMUTAÇÃO É a distancia entre a face do sensor e o metal ativador no momento em que ocorre o chaveamento. 47 | P á g i n a FIXAÇÃO DO SENSOR O sensor deverá ser fixado em estrutura que não apresente vibração, objetivando manter o equipamento sempre em bom estado de operação. APLICAÇÕES Os sensores de proximidade são aplicados largamente em todos os lugares onde as condições de trabalho são extremas, tais como; • Óleos • Lubrificantes • Óleos solúveis • Óleo de corte • Vibrações, onde são exigidos altos níveis de vedação e robustez. São também aplicados em outros processos industriais, tais como: • Máquinas Operatrizes • Injetoras de plásticos • Máquinas Têxteis • Máquinas de embalagens • Linhas transportadoras • Indústria automobilística • Indústria de vidros • Indústria de medicamentos, etc. • E para soluções de problemas de automatização em geral. 48 | P á g i n a VANTAGENS Existem muitas vantagens, porém as principais são: • Acionamento sem contato físico • Chaveamento eletrônico totalmente em estado sólido • Alta durabilidade • Manutenção praticamente inexistente • Possui alta velocidade de comutação. 1.16.3. SENSOR CAPACITIVO São equipamentos eletrônicos destinados a detectar aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, líquidos, madeiras, papéis, metais, etc. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. O Capacitor é um componente capaz de armazenar cargas elétricas. Ele é composto de duas placas, separadas por um dielétrico. A Capacitância está em função da distancia entre as duas placas e também em função do dielétrico. 49 | P á g i n a CIRCUITO OSCILADOR Trata-se de um oscilador de alta freqüência onde o elemento sensível é um capacitor, que através de uma placa sensora, detecta a aproximação de um material, alterando a capacitância. Ocasionando, portanto, uma mudança de freqüência no oscilador. Sendo que um circuito detector transforma esta variação em nível de tensão e chaveamento. APLICAÇÕES • Controle de nível de Silos, objetos granulados, pó etc. • Controle de Nível em Líquidos. VANTAGENS � Ritmo elevado de operações � A vida útil não depende do número de manobras � Não se movimenta nem sofre vibração. SENSORES ÓPTICOS Manipulam a luz de forma a detectar presença de objetos. Os sensores ópticos são fabricados com a função de emitir e receber a irradiação de luz infravermelha modulada com a função de alterar seu estado de saída inicial. É formado por um emissor de luz e por um receptor de luz. Pode-se considerar também a luz infravermelha (invisível aos nossos olhos). 50 | P á g i n a O emissor de luz do sensor óptico pode ser um LED (Diodo Emissor de Luz) ou lâmpada. O receptor de luz é um componente foto-sensível; como os fotodiodos ou fototransistores ou até mesmo o LDR, vai depender da velocidade de resposta que se pretende no processo. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Seu funcionamento é baseado na emissão e recepção de luz infravermelha invisível ao olho humano (em alguns casos a luz é visível para facilitar sua aplicação) que pode ser interrompida ou refletida pelo acionador. São compostos de dois sistemas básicos: um diodo emissor de luz infravermelha e um fototransistor, receptor de luz infravermelha, onde operam com freqüência de emissão e recepção modulada, sem que haja interferência externa de outros tipos de fontes de luz. Os sensores ópticos são classificados em três tipos: • Por difusão • Por Reflexão • Por Barreira Pesquise como funcionam os sensores ópticos por difusão, reflexão e barreira e onde são aplicados 1.16.4. SENSORES ULTRA-SÔNICOS Os sensores de proximidade ultra-sônicos podem ser usados como dispositivos de detecção sem contato em muitas áreas da automação. Permitem detectar de forma precisa, flexível e confiável objetos de materiais, formas, cores e texturas diversos. As possibilidades de aplicação são diversas como: • Detecção de nível e altura • Medida de separação EMISSOR RECEPTOR 51 | P á g i n a• Medida de diâmetro em bobinas • Contagem de objetos Materiais transparentes, independentes de cor e presentes em ambientes sujos ou com vapores, podendo até mesmo estar em estado líquido, pode ser detectado com total segurança. FUNCIONAMENTO Seu principio de funcionamento está baseado na emissão de ondas sonoras de alta freqüência e na medição de tempo levado para recepção do eco produzido quando esta onda se choca com um objeto capaz de emitir som. Eles emitem pulsos ultra-sônicos ciclicamente. Quando um objeto reflete estes pulsos, o eco resultante é recebido e convertido em um sinal elétrico. 1.16.5. SENSORES DE PRESSÃO São estruturas mecânicas planejadas para receber esforços e deformar-se dentro do regime elástico para o qual foram projetados. Aplicações em balanças eletrônicas. 1.16.6. SENSORES DE VAZÃO Nas instalações industriais sempre estão presentes os processos onde se necessita medir vazão, quer seja vazão de líquidos ou quer seja vazão de gás. O profissional em eletricidade que pertence a uma equipe de manutenção constantemente se encontra à frente de situações onde um defeito de continuidade ocorre em um determinado elemento de sensoriamento: quer seja de nível quer seja de pressão ou ainda de vazão. Não importando o princípio de funcionamento do sensor o que interessa é que todos são alimentados por energia elétrica e aí situa-se a condição de que o profissional tenha informações básicas sobre tais elementos. 52 | P á g i n a A medição de vazão pode ser vista de um modo geral em várias situações: • Acompanhar e controlar a proporção dos materiais introduzidos em determinado processo industrial. • Determinar e controlar a quantidade de produtos elaborados no processo que em suas fases intermediárias quer em suas fases finais. • Determinar e controlar quantidades por razões de ordem econômicas seja referente a serviços utilidades ou compra e venda de produtos. 1.16.7. SENSORES INDUSTRIAIS NO CONTROLE DE PRODCESSOS Em processos industriais são freqüentes as chamadas para verificação de defeitos em sistemas de sensoriamento. Em uma planta industrial é muito extensa a quantidade de elementos sensores que monitoram grandezas físicas diferentes. Dando continuidade ao tema, a seguir serão apresentados de forma sucinta alguns tipos de sensores aplicados no Controle de Processo 1.16.8. SENSORES DE TEMPERATURA A temperatura é uma grandeza física constante na maioria dos processos industriais. Principalmente onde existem caldeiras ou processos de fabricação de embalagens de plásticos. 1.16.9. TERMISTORES São resistores termicamente sensíveis. São semicondutores eletrônicos cuja resistência elétrica varia com a temperatura e apresentam coeficiente de temperatura positivo ou negativo. APLICAÇÕES TÍPICAS DOS TERMISTORES � Química: calorimetria - regulação de nível de líquidos e medição de condutividade de gases. � Física: medição de vácuo; medição de vazão de gases e líquidos. 53 | P á g i n a � Medicina: termômetros digitais � Regulação de temperaturas: congelador; máquinas de lavar; forno elétrico sistema de aquecimento e sistema de ar-condicionado. � Veículos: medição de temperatura de água e óleo; monitoração de gases de exaustão (Sonda Lambda). 1.16.10. TERMORESISTENCIAIS São as mais aplicadas industrialmente devido a sua estabilidade e precisão. As mais conhecidas e difundidas são conhecidas por PT-100. Tendo como principal característica a resistência ôhmica de 100Ω a temperatura de 0º Celsius. Convencionou-se chamá-la de PT- 110 devido ao que foi comentado anteriormente e sua faixa de trabalho varia de - 200 a 650ºC. 1.16.11. PIRÔMETROS O Pirômetro é um tipo de sensor que utiliza da radiação de um corpo para a medida da temperatura sem haver o contato entre o sensor e o corpo sob análise. 1.17. ACIONAMENTO Quando se trata de acionamento de Motores Elétricos, vem logo uma preocupação. O método de partida será Direto ou Indireto? 54 | P á g i n a 1.17.1. MÉTODO DE PARTIDA DIRETA O método de partida direta apresenta muitos inconvenientes, um dos quais está relacionado com o pico de corrente solicitado pelo motor ao entrar em funcionamento. Existem vários tipos de partidas diretas: 1.17.2. MÉTODO DE PARTIDA INDIRETA Com o objetivo de reduzir o pico de corrente e causar transtorno numa instalação industrial, aplica-se o método de partida indireta. Esta aplicação atende as exigências da concessionária de energia, reduzindo o pico de corrente, impedindo que ultrapasse o pico de demanda, mas ainda está muito distante de atender um sistema de partida que possa se adaptar as reais necessidades para cada aplicação. Alguns métodos convencionais: Partida Partida Direta Partida Direta/Duas Chave Estrela - Chave Chave Triângulo/Série- 55 | P á g i n a 1.17.3. MÉTODOS DE PARTIDA DIRETA DE MOTORES TRIFÁSICOS PARTIDA DE MOTORES TRIFÁSICOS COM ROTOR TIPO GAIOLA DE ESQUILO Sempre que possível a partida de um motor trifásico de gaiola deve ser direta isto é a plena tensão nos terminais por meio de um dispositivo de controle geralmente um contator. Existem conjuntos pré-montados para a partida de motores que reúnem no mesmo invólucro: • Dispositivo de controle • Dispositivo de proteção contra sobrecarga (relé bimetálico disjuntor proteção contra curto-circuito para proteção do circuito terminal de força (fusíveis). Representação de circuitos de acionamento de motores trifásicos. • Diagrama Unifilar • Diagrama Trifilar ou de força • Diagrama de Comando DIAGRAMA UNIFILAR A representação unifilar destina-se a facilitar a concepção da forma de acionamento. Sempre que um profissional desenvolver um tipo de acionamento deverá iniciar-se pela representação unifilar. DIAGRAMA TRIFILAR O circuito sob análise representa um método de partida direta onde o motor é acionado por um contator e protegido por fusível e relé bimetálico. Ao analisar a seqüência de operações verifica-se que fica mais simples a interpretação. K M O circuito em representação trifilar tem como principal objetivo facilitar a interpretação do funcionamento e também da execução da montagem. 56 | P á g i n a DIAGRAMA DE COMANDO Após analisarmos o diagrama Unifilar e em seguida o diagrama Trifilar. Verificamos que ambos permitem uma interpretação favorável à execução da instalação da chave. Em se tratando da interpretação da forma como o motor será acionado a lógica de acionamento está relacionada com o interesse em partir o motor conforme a intenção do usuário ou até mesmo as condições do sistema de acionamento. As formas de acionamento são variáveis, tem certos casos em que existem vários botões de desliga às vezes vários botões de liga. O intertravamento entre botões o intertravamento entre contatores e temporizações, em fim são inúmeras as possibilidades de acionamentos. Para facilitar tal aplicação lança-se mão do Diagrama de Comando. O circuito proposto abaixo se refere a uma partida direta de motor tipo indução. Pode-se considerar um processo simples e com fácil interpretação das funções dos componentes. O circuito Trifilar acima possui os seguintes componentes: � Alimentação da rede trifásica � Conjunto fusível (f1, f2 e f3) � Elemento de acionamento (Contator) � Proteção térmica (relé bimetálico de sobrecarga - FT1). 57 | P á g i n a 1.17.4. SISTEMA DE PARTIDA DIRETA Quando se alimenta um motor elétrico em um sistema de energia elétrica, a corrente absorvida da rede pelo motor, varia de 3 a 7 vezes o valor da corrente nominal a plena
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