AULA 03 - Sensores e Atuadores

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Aula 3: Sensores e Atuadores
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AULA 3: SENSORES E ATUADORES
Tema: Sensores e Atuadores.
Objetivos: Reconhecer os diferentes tipos de Sensores e atuadores nos sistemas de automação industrial.
SENSORES
Os sensores geralmente são aplicados para a contagem, verificação de posição e seleção entre dimensões de peças, entre outras aplicações. Desta maneira, é fundamental a escolha correta de um sensor para que a automação de um processo industrial possa funcionar corretamente;
Os sensores para indicação de posição comumente utilizados são chaves de fim de curso, indutivos, capacitivos, ópticos e ultrassônicos
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Objetivos: Reconhecer os diferentes tipos de Sensores e atuadores nos sistemas de automação industrial.
FATORES DA ESCOLHA DOS SENSORES
O objeto a ser detectado: tipo de material, cor, dimensões, velocidade, número de operações por hora;
Local da instalação: distância do sensor ao objeto, restrições quanto ao espaço para montagem do sensor;
Condições Ambientais: Poeira, óleo ou produtos químicos. Deve-se ficar atento também à temperatura ambiente, pois a maioria dos sensores com eletrônica embutida trabalha até 55°C;
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FATORES DA ESCOLHA DOS SENSORES
Tipo de Detecção a ser feita: deve-se definir se o sensor deve indicar somente a presença ou ausência do objeto, ou se deseja saber a posição do objeto de um modo analógico; 
Tensão de alimentação: deve-se saber a tensão de alimentação disponível e que tipo de saída se deseja do sensor;
Características dos sensores: deve-se saber a precisão, a repetibilidade e tempo de resposta desejados;
Custo do sensor e sua vida útil: Poeira, óleo ou produtos químicos. Deve-se ficar atento também à temperatura ambiente, pois a maioria dos sensores com eletrônica embutida trabalha até 55C;
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CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES
Faixa de Medição (Range): define-se como faixa ou range a todos os níveis de amplitude da grandeza física medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada; 
Resolução: define-se como resolução o menor incremento da grandeza física medida que provoca uma mudança no sinal de saída do sensor. No caso de sensores digitais, a resolução vai estar dada pelo menor incremento da grandeza física medida que provoca uma mudança de 1 bit na leitura de saída do sensor digital;
Sensibilidade: a sensibilidade é a transferência do sensor, quer dizer, a relação entre a variação do sinal elétrico entregue na saída e a variação da grandeza física medida;
Linearidade: dado um determinado sensor, se para variações iguais da grandeza física medida obtém-se variações iguais do sinal entregue, então define-se o sensor como linear, caso contrário, define-se como não – linear;
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CARACTERÍSTICAS DOS SENSORES
Histerese: se o sensor entregar um determinado valor de saída para um estímulo crescente do sinal de entrada ao passar pelo valor X1, e outro valor diferente na saída para um estímulo decrescente do sinal de entrada ao passar pelo mesmo valor X1, então nesse caso se diz que há uma histerese no sensor.; 
Erro ou exatidão: dada uma determinada grandeza física a ser medida, a exatidão é a diferença absoluta entre o valor do sinal de saída entregue pelo sensor e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para esse determinado valor de grandeza física;
Sensibilidade: a sensibilidade é a transferência do sensor, quer dizer, a relação entre a variação do sinal elétrico entregue na saída e a variação da grandeza física medida;
Custo do sensor e sua vida útil: Poeira, óleo ou produtos químicos. Deve-se ficar atento também à temperatura ambiente, pois a maioria dos sensores com eletrônica embutida trabalha até 55C;
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EXERCÍCIOS
Um sensor que possui grau de proteção IP68 pode operar em ambientes com muito pó em suspensão e também submerso continuadamente por toda sua vida útil?
No processo de escolha de um sensor de posição temos que do ponto de vista da empresa o custo do sensor é sempre o primeiro e mais importante fator de escolha, mesmo em detrimento de outros fatores de escolha tais como o tipo de objeto a ser detectado ou a vida útil do mesmo?
Os sensores de proximidade são capazes de transformar uma informação de distância física em que se encontra um objeto do sensor em um sinal elétrico. Podemos afirmar sem medo de errar que os sensores analógicos são muito mais precisos que os sensores digitais?
Se um sensor de proximidade analógico for sensibilizado fora de seu range, isso significa que sua saída será um sinal elétrico constante, de tensão ou de corrente, sempre no valor máximo de sua faixa de transmissão de sinal?
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EXERCÍCIOS
Quando afirmamos que um sensor qualquer, de proximidade, de temperatura, de pressão, etc., foi “sensibilizado”, isso significa que o sensor foi submetido à ação da variável que tem a capacidade de acioná-lo e nada tem com a característica chamada sensibilidade, que todo sensor possui e que pode ser calculada pela variação da saída sobre a variação da entrada do sensor?
Podemos afirmar que se a faixa de medição de um sensor for muito pequena então maior será sua resolução, e que se a resolução de um sensor é muito grande, maior será sua sensibilidade?
A histerese é uma das características mais difíceis de se compreender. Basicamente pode-se afirmar que histerese é o fato de termos dois valores distintos de sinal elétrico medidos na saída de um sensor associados a um único valor da grandeza física que está sensibilizando o sensor em sua entrada, quando essa grandeza física cresce e decresce seus valores nesse processo de sensibilização do sensor?
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EXERCÍCIOS
O termo ruído é usado para identificar qualquer sinal elétrico que esteja presente na saída do sensor e que não seja proveniente da entrada do mesmo. Verifica-se então a presença do ruído quando conseguimos medir um sinal elétrico aleatório na saída de um sensor quando sua entrada não estiver sendo sensibilizada pela variável de processo que o aciona?
Observando a maneira como se calcula a relação sinal/ruído pela fórmula apresentada, podemos afirmar que temos um sinal de qualidade entregue na saída pelo sensor quando o resultado dessa fórmula nos fornecer um pequeno valor em decibéis?
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Chaves
As chaves são componentes eletromecânicos usados para ligar, desligar ou direcionar a corrente elétrica, por meio de um acionamento mecânico manual ou automático;
A entrada da chave é uma força mecânica e a saída uma tensão elétrica.
Vantagens:
Alta velocidade de comutação;
Alta confiabilidade; 
Baixa perda na comutação; 
Baixo custo.
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Botoeira
A chave mais comumente utilizada na indústria é a botoeira. Existem dois tipos de chaves botoeira: de impulso e a de trava.
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Contatos
Os contatos destinados aos próprios comandos denominam-se auxiliares. Eles suportam baixas
intensidades de corrente e não podem se aplicados em circuitos de carga. 
O primeiro representa o número sequencial do contato e o segundo, o código de função, que no caso dos contatos auxiliares NA são 3 e 4 e no caso dos contatos auxiliares NF são 1 e 2.
Simbologia
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Chaves Fim de Curso
As chaves de fim de curso são dispositivos auxiliares de comando e de acionamento que atuam em um circuito em funções como:
Comando de contatores;
Indicar posição de elemento de circuito (início, ou parada 
de processo);
Desliga equipamento ou aciona alarme quando há 
abertura de porta, etc;
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Chaves Fim de Curso
Apesar de haver grande variedade de chaves elétricas, a 
terminologia utilizada para descrevê-las é padronizada. Se uma 
chave possui somente um polo, ela é chamada de chave de único polo 
(single pole switch). Se ela possui dois polos, chama-se chave duplo polo.
A chave pode ter também três, quatro ou mais polos, quando é chamada
de triplo polo e multipolo;
Chama-se single throw quando abre e fecha somente um circuito. 
Chama-se double throw quando a chave abre um circuito e fecha outro;
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Chaves Fim de Curso
Vantagens:
Operação visível e simples;
Encapsulamento durável;
Alta robustez para diferentes condições ambientais encontradas na indústria;
Alto poder de repetição.
Resistentes à influências eletromagnéticas;
Não possuem corrente de fuga
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Chaves Fim de Curso
Desvantagens:
Vida útil menor dos contatos se comparado com tecnologia de estado sólido;
Sensores de contato não são aplicáveis em todas as situações;
Alta robustez para diferentes condições ambientais encontradas na indústria;
Alto poder de repetição;
Resistentes à influências eletromagnéticas;
Não possuem corrente de fuga.
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Chaves Fim de Curso
Aplicações:
Verificação de abertura ou fechamento;
Detecção de peça;
Indicação de desalinhamento;
Contagem;
Inversão de polaridade.
Exercício: Elabore um sistema de automação para pelo menos uma das situações citadas acima.
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Chaves Fim de Curso
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Chaves Automáticas
Em muitos pontos de um processo industrial não é possível a colocação de um operador, devido aos fatores técnico, econômico e de periculosidade. Para resolver este problema, existem chaves automáticas, cuja operação é determinada pela posição de algum dispositivo ou pelo valor de alguma
grandeza física.
As principais chaves utilizadas na indústria são: pressostato, termostato, chave de vazão, chave de nível e chave de fim de curso.
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Pressostato
O pressostato também é conhecido como um interruptor de pressão, configurados para detectar a variação de pressão em um sistema e responder de uma determinada maneira, através de uma resposta elétrica. Em algumas situações essa resposta dada pelo pressostato ocorre com uma resposta automática ao sistema, enquanto existem casos em que essa resposta atua como um alerta para uma ação manual por parte do operador.
Existem vários tipos de pressostatos, embora todos se enquadrem em uma de duas categorias distintas: pressostatos hidráulicos e pressostatos pneumáticos. Os pressostatos hidráulicos são amplamente utilizados em sistemas contra incêndio, piscinas, reservatórios de agua, indústria alimentícia, sistemas de combustíveis líquidos, pressostatos para bombas d’água, dentre outros.
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Pressostato
Os pressostatos pneumáticos são utilizados em sistemas de gases pressurizados. Uma aplicação muito comum para esses componentes são os compressores de ar. Os pressostatos são os responsáveis por detectar a pressão existente no reservatório, liberando ou bloqueando a pressurização de mais ar pelo motor, através de uma conexão elétrica.
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Termostato
O termostato é um instrumento utilizado para manter constante a temperatura de um determinado sistema, através de regulação automática. O termostato é um instrumento que tem a função de impedir que a temperatura de determinado sistema varie além de certos limites pré estabelecidos. 
Em geral, o termostato tem um mecanismo composto, fundamentalmente, por dois elementos: um indica a variação térmica sofrida pelo sistema (elemento sensor) e o outro controla essa variação e corrige os desvios de temperatura, mantendo-a dentro do intervalo desejado.
Os termostatos controlam a temperatura dos refrigeradores, ferros elétricos, ar condicionado e muitos outros equipamentos. 
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Termostato
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Chave de vazão
Chaves de fluxo servem para a indicação e monitoramento do fluxo de meios líquidos e gasosos. Estes instrumentos destacam-se através da alta precisão de chaveamento e segurança de funcionamento, baixa histerese de chaveamento e configuração altamente customizável pelo usuário. 
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Chave de Nível
São dispositivos responsáveis pela medição de nível nos mais diversos tipos de líquidos;
Em alguns produtos, a chave de nível tipo bóia Magnética é movimentada ao longo do produto com a sua haste; 
A chave de nível Capacitiva foi desenvolvida para ser aplicada em processos onde não se deseja contato com o produto.
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Atuadores
	São dispositivos que modificam uma variável controlada. Recebem um sinal proveniente do controlador eagem sobre o sistema controlado. São alguns exemplos de autadores:
Válvulas (pneumáticas, hidráulicas, etc);
Relés (estáticos, eletromecânicos);
Cilindros (pneumáticos, hidráulicos);
Motores;
Solenóides.
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Transdutores
	São dispositivos que convertem uma grandeza física qualquer (temperatura, pressão, densidade, etc) em outra utilizada por dispositivos de controle (tensão ou corrente). Todo transdutor é um sensor, mas nem todo sensor é um transdutor. São exemplos de transdutores:
Transdutores de pressão com saída de tensão;
Transdutores de pressão com saída de corrente;
Transdutores de temperatura com saída de corrente;
Transdutores de temperatura ultra sônicos;
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Sensores de Presença
	São sensores utilizados para identificar objetos pessoas e também podem ser empregados como indicadores de posicionamento. Podem ser:
Ópticos;
Retroreflexão;
Óptico por transmissão;
Óptico por reflexão difusa;
Infravermelho passivo;
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Sensores de Posição
	São sensores utilizados para identificar posicionamento de ferramentas e objetos com grande precisão. Alguns exemplos são:
Sensores de proximidade indutivos;
Sensores indutivos de corrente alternada;
Sensores de proximidade capacitivos;
Sensores de proximidade magnéticos;
Encoders;
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Sensores Ópticos
	São sensores utilizados para identificar posicionamento de ferramentas e objetos com grande precisão. Alguns exemplos são:
Sensores de proximidade indutivos;
Sensores indutivos de corrente alternada;
Sensores de proximidade capacitivos;
Sensores de proximidade magnéticos;
Encoders;
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Assuntos da próxima aula:
4 – Controladores Lógicos Programáveis.
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