Tipos de cargas mecânicas e transmissão por engrenagens

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JOÃO DONIZETE DELFINO JUNIOR
GUSTAVO PEDRO DA CRUZ
RAFAEL UEZU
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS – ATIVIDADE AVALIATIVA 1
RAFAEL UEZU
JOÃO DONIZETE DELFINO JUNIOR
Apucarana, 2020
TIPOS DE CARGAS MECÂNICAS, DINÂMICA DOS SISTEMAS 
MECÂNICOS; TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE SENSORES E 
SONDAS
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE APUCARANA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
1
• Introdução
• Tipos de cargas mecânicas
• Dinâmica de sistemas mecânicos
• Tipos e características de sensores e sondas
• Conclusão
• Referencias
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Sumário
Conhecer fatores como a carga empregada no
motor e como ela esta ligada a ele, tanto quanto os tipos
de sensoriamento realizados no mesmo ou no seu
emprego, são de extrema importância para o projeto de
comando e acionamento do motor. São fatores que
influenciam diretamente na operação do motor, visto
que cada tipo de motor possui características próprias, o
que caracteriza e especifica suas aplicação.
3
Introdução
Categoria dos motores
Tipos de Cargas Mecânicas
De acordo com a NBR 7094 temos as categorias:
N: Conjugado de partida normal, corrente de partida elevada
ou normal e baixo escorregamento;
H: Conjugado de partida elevado, corrente de partida normal
e baixo escorregamento;
D: Alto conjugado de partida, corrente de partida normal e
alto escorregamento (+5%).
Figura 1. Curvas das categorias dos motores
Fonte: Mamede Filho, João. Rio de Janeiro: 
LTC, 2017. 9. pág 267. Fíg 7.2
4
Conjugado da carga Constante
Tipos de Cargas Mecânicas
Conjugado
(a) (b) (c) (d)
(e)
(f)
Figura 3.
(a) Esteiras rolantes;
(b) Bomba a pistão;
(c) Britadores;
(d) Compressor a pistão;
(e) Elevadores;
(f) Talhas.
Categoria de motores empregados: N e H
Potência variando Linearmente com a velocidade
Figura 2. Curva para conjugado 
constante
5
Conjugado da carga Linear
Tipos de Cargas Mecânicas
Potência
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 5.
(a) Plainas
(b) Serra elétrica
(c) Bomba a vácuo
(d) Calandra
Categoria de motores empregados: N e H
Potência variando com o quadrado da velocidade
Figura 4. Curva para conjugado 
Linear
6
Conjugado da carga Parabólico
Tipos de Cargas Mecânicas
Conjugado
(a)
(b)
(c)
Figura 7.
(a) Ventiladores
(b) Misturadores centrífugos
(c) Bomba centrifugador
Categoria de motores empregados: N e H
Potência variando com o cubo da velocidade
Figura 6. Curva para conjugado 
Parabólica
7
Conjugado da carga Hiperbólico
Tipos de Cargas Mecânicas
Conjugado
Potência
(a)
(b)
(c)
Figura 9.
(a) Bobinadeira de papel
(b) Parafusadeira
(c) Torno elétrico
Categoria de motores empregados: D
Potência constante com aa velocidade
Figura 8. Curva para conjugado 
Hiperbólico
8
Imposições e Requerimentos da Cargas
Tipos de Cargas Mecânicas
Figura 10. Invólucro do Motor
Fonte: TECNOFLIX – Portal Potência
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O fator mecânico da carga, onde se considera a
vibração, choques mecânicos, esforços estruturais, etc.
Resultando em certas restrições no projeto do motor que
atuara com essas cargas, como na vibração mecânica do
motor, ruído transmitido e suas dimensões
Do fator ambiental a temperatura, umidade e
o ambiente agressivo faz com que o projeto do motor
adote medidas contra vapores, névoas e temperaturas
variadas. Como o uso de materiais antioxidantes, máxima
temperatura do invólucro, etc...
Outros fatores e implicações
Tipos de Cargas Mecânicas
Figura 11. Dispositivos para acionamento de motores
Fonte: salada elétrica; Salfatis; Altronic.
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• CONJUGADO DE PARTIDA INDETERMINADO;
• PARTIDA COM CURVA DE TORQUE REDUZIDA;
• BAIXO CONJUGADO DE PARTIDA;
• ELEVADA TAXA DE ACELERAÇÃO REQUERIDA;
• PARTIDAS FREQUENTES;
• CARGAS VARIANTES NO TEMPO.
Conexão carga-máquina
Dinâmica de sistemas mecânicos
Problemas:
• Vibração no conjunto de engrenagens da transmissão;
• deformação num elemento da transmissão devido a rigidez
da associação do conjunto;
• Ressonância entre vibração de morto e conjunto de
transmissão
• falta de folgas nas engrenagens, oque dificulta a
manutenção (backlash)
Mecanismos responsáveis por:
• Recepção, transformação e
transmissão da potência;
• Posição;
• Velocidade;
• aceleração;
• torque do motor
Figura 12. Caixa de 
engrenagem. 11
Engrenagens cilíndricas de dentes retos e/ou helicoidais 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• valores amplos de razão de transmissão;
• valores amplos de razão de transmissão;
• consegue atingir velocidades elevadas ;
• Eficiente.
Muito comuns na indústria automotiva, caixas de
engrenagens, siderurgia, ferrovias e indústrias alimentícias
Figura 13. Engrenagens cilíndricas de dentes retos
(Fonte: Richard M. Stephan)
12
Engrenagens cônicas 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• Baixo valores na razão de transmissão;
• Alta rigidez estrutural na transmissão;
• Eficiente.
Pode mudar a direção de giro e sua força, transferindo
energia em vários ângulos
Figura 14. Engrenagens cônicas
(Fonte: Richard M. Stephan)
13
Pinhão e cremalheira
Dinâmica de sistemas mecânicos
• valores amplos de razão de transmissão;
• transmissão de movimento a distâncias;
• custo baixo e eficiência mediana .
Esse tipo de sistema pode ser usado na direção do
carro, inúmeras máquinas industriais e em elevadores de obras.
Figura 15. Pinhão e cremalheira.
(Fonte: Richard M. Stephan)
14
Sem-fim e coroa
Dinâmica de sistemas mecânicos
• Possui altos valores na razão de transmissão;
• rigidez estrutural fraca;
• atrito considerável e baixa eficiência .
Sendo realizada por meio de sistemas de embreagem,
relógios, sistemas de elevadores e diversos equipamentos
industriais
Figura 16. Sem-fim e coroa.
(Fonte: Richard M. Stephan)
15
Fuso convencional 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• baixos valores na razão de transmissão;
• elevada rigidez estrutural ;
• baixa eficiência.
Figura 17. Fuso convencional 
(Fonte: Richard M. Stephan)
16
Fuso de esferas recirculantes
Dinâmica de sistemas mecânicos
• Valores elevados de razão de transmissão e eficiência;
• rigidez estrutural na transmissão;
• precisão e confiabilidade;
• alto custo de fabricação e ausência de backlash.
Aplicado em industrias de máquinas de torque
utilizando tornos, fresadoras, mandriladoras, CNC, retíficas e
outros equipamentos, como a indústria metalúrgica
Figura 18. Fuso de esferas recirculantes.
(Fonte: Richard M. Stephan)
17
Polia e correia sincronizadora 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• valores amplos de razão de transmissão;
• rigidez estrutural na transmissão;
• baixa massa;
• movimento a distâncias e não necessita de lubrificação.
Polias dentadas são usadas para transmitir a potência
do motor para outras partes da máquina em que ele se move
Figura 19. Polia e correia sincronizadora
(Fonte: Richard M. Stephan)
18
Corrente e roda dentada 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• Possui massa considerável;
• baixa vibração no conjunto;
• transmissão de movimento a distância;
• velocidades moderadas.
Correntes são bicicletas, veículos sobre esteiras (como
tanques de combustível e escavadeiras), filmadoras, projetores
de cinema,
Figura 20. •Corrente e roda dentada 
(Fonte: Richard M. Stephan)
19
Cabos e polias 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• Flexibilidade;
• transmissão de movimento a grandes distâncias;
• pode atuar em velocidades moderadas;
• possuem preço de fabricação e eficiência baixos.
Geralmente encontrada em automóveis, tratores e
transportadores usados ​​nas linhas de produção
Figura 21. Cabos e polias 
(Fonte: Richard M. Stephan)
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Redutor planetário 
Dinâmica de sistemas mecânicos
• Estrutura compacta;
• Possui boa razão e rigidez de transmissão;
• Aplicado em níveis alto de desempenho.
Usados ​​na indústria, por exemplo, para controlar
turbinas eólicas, alimentadores de papel e motores elétricos .
Figura 22. Redutor planetário.
(Fonte: Richard M. Stephan)
21
• Dispositivos que detectam e respondem um determinado 
estímulo;
• Informaçõessobre temperatura, velocidade, corrente entre 
outras;
• Analógicos: qualquer valor em uma faixa de operação;
• Digitais: apenas dois valores (0 ou 1);
• A escolha do sensor depende do objetivo de sua instalação.
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
22
Figura 23: Sensor de contato com acionamento mecânico. Fonte 
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-
e-quais.html
SENSORES MECÂNICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
Sensoriam posições, movimentos ou presença;
23
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html
Figura 24: Chaves de fim de curso. Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWe
ndling/4---sensores-v2.0.pdf
Figura 25: Reed-Switch. Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarcelo
Wendling/4---sensores-v2.0.pdf
SENSORES MECÂNICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
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Figura 26: Sensores fotoelétricos no sistema barreira. Fonte 
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-
eletricos-o-que-sao-e-quais.html
Figura 27: Sensores fotoelétricos no sistema de difusão. Fonte 
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-
eletricos-o-que-sao-e-quais.html
SENSORES FOTOELÉTRICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
Transmissão e recepção de luz infravermelha
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https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html
Figura 28: Foto-resistor (LDR). Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPess
oais/ProfMarceloWendling/4---sensores-
v2.0.pdf
Figura 29: Encoder. Fonte: 
https://www.filipeflop.com/produto/sensor-
de-velocidade-encoder/
Figura 30: Sensor fotoelétrico industrial. Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/Pr
ofMarceloWendling/4---sensores-v2.0.pdf
SENSORES FOTOELÉTRICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
Transmissão e recepção de luz infravermelha
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SENSORES TÉRMICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
Respostas a mudanças de temperatura
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Figura 31: 
Figura 32: Sensor de temperatura industrial. 
Fonte: https://www.pakari.com.br/sensor-
temperatura-industrial
Figura 33: Sensor de temperatura industrial. 
Fonte: https://www.pakari.com.br/sensor-
temperatura-industrial
SENSORES TÉRMICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
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Figura 34: Sensor de proximidade capacitivo. Fonte 
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-
e-quais.html
SENSOR DE PROXIMIDADE CAPACITIVO
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
• Sensoriamento sem necessidade de contato físico
• Detecção da variação do campo elétrico
29
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html
Figura 35: Sensores capacitivos comerciais. Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendlin
g/4---sensores-v2.0.pdf 30
SENSOR DE PROXIMIDADE CAPACITIVO
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
Figura 36: Modelo de sensor de proximidade indutivo.
Fonte: https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-
que-sao-e-quais.html 31
SENSOR DE PROXIMIDADE INDUTIVO
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
• Sensoriamento sem necessidade de contato físico
• Detecção da variação do campo magnético
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html
Figura 37: Sensores capacitivos comerciais. Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/4---
sensores-v2.0.pdf 32
SENSOR DE PROXIMIDADE INDUTIVO
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
Figura 38: Sensores ultrassônicos comerciais. Fonte: 
https://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/4---
sensores-v2.0.pdf 33
SENSORES ULTRASÔNICOS
Tipos e Características de Sensores
e Sondas
• Sensoriamento através da emissão de sinais ultrassônicos
Todos esses fatores e parâmetros além de
determina a escolha do motor, também influenciam nos
dispositivos de acionamento do mesmo. Como no caso de
partidas frequentes, o dimensionamento dos mesmos deve
considerar essa situação.
Além disto, também há uma grande variedade de
sensores disponíveis, cada com seu principio de
funcionamento distinto, possibilitando sua aplicação
desde o acionamento de motores até no seu controle de
operação.
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Conclusão
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Referências
❖ Richard M. Stephan. Acionamento, Comando e Controle de Máquinas Elétricas. UFRJ & WEG. Edição única. 2008.
❖ FLUXO, Blog de Engenharia. 9 Tipos de Engrenagens e Suas Aplicações. Acessado em 08 de setembro, 2020. Disponível
em: <https://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/blog/projetos-mecanicos/9-tipos-de-engrenagens/>.
❖ ROSA BRASIL. Fuso de Esferas Recirculantes. Acessado em 08 de setembro, 2020. Disponível em: <
http://www.rosabrasil.com.br/fuso-esfera-recirculante>.
❖ Mecânica industrial. Diferença Entre Roda Dentada e Engrenagem. Acessado em 08 de setembro, 2020. Disponível em:
<https://www.mecanicaindustrial.com.br/603-diferenca-entre-roda-dentada-e-engrenagem/>.
❖ Galvão & Cia Ltda. Polias Industriais. Acessado em 08 de setembro, 2020. Disponível em: <
https://www.elgalvao.com.br/polias-industriais>.
❖ MAMEDE, Joao. Instalações elétricas industriais. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2010.
❖ Alfredo A. Januário M. Acionamentos Elétrico. UNOESC, 2013.
❖ [Aula USP, Máquinas Elétricas e Acionamento. PEA – 2404. Acessado em 08 de setembro, 2020. Disponível em:< 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/244135/mod_resource/content/1/Pea%202404%20Notas%20de%20aula%204.pdf>.
❖ ELÉTRICA, Ensinando. Sensores elétricos. Acessado em 08 de setembro, 2020. Disponível 
em:<https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html>.
❖ THOMAZINI, Daniel. ALBUQUERQUE, Pedro U. B. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Editora
Érica, 2011.
❖ WENDLING, Marcelo. Sensores. Universidade Estadual Paulista. Guaratinguetá, 2020.
http://www.rosabrasil.com.br/fuso-esfera-recirculante
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/244135/mod_resource/content/1/Pea%202404%20Notas%20de%20aula%204.pdf
https://ensinandoeletrica.blogspot.com/2018/03/sensores-eletricos-o-que-sao-e-quais.html