Tipos de Sensores Elétricos 2017

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ESTÁCIO – UNIRADIAL: CAMPOS VILA REMÉDIOS
Estágio supervisionado de Engenharia Elétrica
 	 São Paulo, 02 de Outubro de 2017
 
Matéria:
Máquinas e Acionamentos Elétricos
Estudo sobre:
- SENSORES 
Professor:
 Hélvio Fregolente Junior
Nome dos Alunos:				Matricula:
Josenildo Vilela Lima 2013.01.53076-1
RESUMO
Apresentação de trabalho para avaliação da disciplina Maquinas e Acionamentos Elétricos.
Este estudo aborda informações técnicas de funcionamento e aplicação de diferentes tipos de sensores elétricos utilizados em Maquinas e Acionamentos industriais.
	
	ESTÁCIO – UNIRADIAL: CAMPOS VILA REMÉDIOS
Planejamento Enérgico
SENSORES INDUTIVOS
· O que é e como funciona?
Nos sistemas de automação, os sensores desempenham um papel fundamental. São responsáveis pela conversão de uma grandeza física para um sinal elétrico, que pode ser compreendido pelo controlador lógico programável (CLP). Dentre os inúmeros tipos de sensores com diferentes funções, existe o sensor indutivo. 
Este tipo de sensor apresenta a capacidade de detectar objetos metálicos em pequenas distâncias. Sendo, portanto, definido como um sensor de proximidade.
· Características técnicas
O sensor indutivo possui algumas características que tornam seu uso uma opção muito viável e vantajosa na aplicação em sistemas industriais. Por não possuírem partes móveis, os sensores indutivo possuem uma vida útil prolongada em relação aos sensores fim de curso que utilizam contatos mecânicos. Adicionalmente, são componentes muito bem vedados e que podem trabalhar em ambientes com poeira (não metálica) e até mesmo em contato com líquidos. E apesar da pequena distância de detecção, apresenta ótima precisão e, portanto, repetibilidade em medições de proximidade.
· Princípio de funcionamento
O sensor indutivo é composto por um núcleo de ferrite envolto por uma bobina, um circuito oscilador e, por fim, um circuito disparador em conjunto com um amplificador (Disparador de Schmitt). 
O princípio de funcionamento do sensor indutivo se dá a partir do um campo eletromagnético variável que é gerado pelo oscilador em conjunto com a bobina na extremidade do dispositivo. Quando um material metálico penetra este campo, são induzidas pequenas correntes parasitas. Com a indução no metal, ocorre uma diminuição na energia do campo e, consequentemente na amplitude do sinal proveniente do oscilador. Quando este sinal se torna muito baixo, o circuito de disparo percebe a mudança e altera a tensão de saída. Fornecendo uma resposta lógica, de nível alto ou baixo, que pode ser utilizada no controle do processo.
· Aplicações
Os sensores indutivos podem ser aplicados em diferentes funções relacionadas à percepção de proximidade. Dentre as principais aplicações deste tipo de sensor estão:
· Detecção de presença ou ausência de um material metálico;
· Detecção de passagem de material;
· Detecção de fim de curso;
· Contagem e reconhecimento de pulsos por meio de componente mecânico dentado;
· Identificação de materiais metálicos;
· Leitura de posição (longa distância);
· Imagem ilustrativa
SENSORES ULTRASSÔNICOS
Um tipo de sensor bastante usado em aplicações industriais é o que faz uso de ultrassons. Esses sensores podem ser usados para detectar a passagem de objetos numa linha de montagem, detectar a presença de pessoas ou ainda de substâncias em diversos estados num reservatório permitindo a medida de seu nível. Veja nesse artigo como funcionam esses sensores, quais os tipos disponíveis e como são utilizados. Se bem que os conceitos deste artigo não tenham mudado desde sua publicação, fizemos alterações principalmente nas figuras nesta revisão de 2012. Também temos a acrescentar que existem muitos artigos novos sobre o assunto no nosso site.
Os sensores que fazem uso de ultrassons encontram uma grande gama de utilizações na indústria e mesmo em outros campos de atividades.
Esses sensores se caracterizam por operar por um tipo de radiação não sujeita a interferência eletromagnética e totalmente limpa, o que pode ser muito importante para determinados tipos de aplicações.
Podendo operar de modo eficiente detectando objetos em distâncias que variam entre milímetros até vários metros, eles podem ser usados para detectar os mais variados tipos de objetos e substâncias.
 
· Como Funciona
O princípio de operação desses sensores é exatamente o mesmo do sonar, usado pelo morcego para detectar objetos e presas em seu vôo cego.
Conforme mostra a figura 1, o pequeno comprimento de onda das vibrações ultrassônicas faz com que elas reflitam em pequenos objetos, podendo ser captadas por um sensor colocado em posição apropriada.
 
Figura 1
 O comprimento de onda usado e, portanto a frequência são muito importantes nesse tipo de sensor, pois ele determina as dimensões mínimas do objeto que pode ser detectado.
De fato, conforme mostra a figura 2, só ocorre reflexão em intensidade suficiente para se obter um bom sinal, quando o objeto tem dimensões que se aproximam do comprimento de onda do sinal, ou seja, maior.
 
Figura 2
 
Os sinais passam através de objetos cujas dimensões sejam muito menores do que o comprimento de onda. Por esse motivo é que sons comuns não podem ser usados nesse tipo de detector.
Um sinal de 1000 Hz, por exemplo, teria 34 cm de comprimento de onda, sendo teoricamente esse o tamanho do menor objeto que poderia ser detectado por essa frequência, considerando-se uma velocidade aproximada do som de 340 m/s.
Na prática um sensor ultrassônico é formado por um emissor e um receptor, tanto fixados num mesmo conjunto como separados, dependendo do posicionamento relativo desejado, conforme mostra a figura 3.
 
Figura 3
 
O emissor pode ser tanto do tipo magnetostritivo como piezoelétrico, conforme mostra a figura 4.
 
Figura 4
 No primeiro caso um diafragma de metal vibra a partir do campo magnético alternado produzido por um circuito oscilador. No segundo caso, temos uma cerâmica do piezoelétrico (titanato de bário, por exemplo) que vibra por deformação quando uma alta tensão alternada lhe é aplicada.
É interessante observar que, por efeito Doppler, o movimento do objeto detectado pode também ser determinado por precisão. Conforme mostra a figura 5, o comprimento de onda de um sinal refletido num objeto em movimento se altera com o esse movimento.
 
Figura 5
 Temos uma alteração no sentido de aumentar o comprimento de onda e, portanto diminuir a frequência se o objeto se afasta da fonte emissora. Por outro lado, o comprimento de onda diminui e, portanto temos uma frequência maior para o sinal refletido, se o objeto se aproxima da fonte emissora.
Levando-se em conta a velocidade do som, pode-se determinar com precisão a velocidade de aproximação ou afastamento do objeto pela medida da alteração de sua frequência, com um circuito mostrado em blocos como o da figura 6. 
Figura 6
 O leitor deve ter percebido que o princípio de funcionamento é o mesmo dos radares usados nas rodovias, mas que naquele caso utilizam micro-ondas.
Como os ultrassons passam através de materiais sólidos, sofrendo alterações de velocidade com a mudança das características do meio, eles podem ser usados de forma muito eficiente para detectar falhas internas de materiais como rachaduras e bolhas, conforme mostra a figura 7.
 
Figura 7
  
Tipos de Sensores
O tipo de sensor usado depende do que se deseja detectar. Assim, os objetos podem ser classificados em três categorias, conforme a reflexão dos ultrassons que proporcionam:
a) Superfícies planas como fluídos, caixas, folhas ou placas de plástico ou papel, vidros, etc.
b) Objetos cilíndricos como latas, garrafas, canos e o corpo humano.
c) Pós e grãos como minerais, cereais, areia, plásticos em pó, etc.
 
A figura 8 mostra os três casos.
 
Figura 8
 É importante saber exatamente qual é formato do que vai ser detectado, pois esse formato influi na capacidade de reflexão dos ultrassons e portanto na distância máxima em que os sensores podem serusados.
 
Cuidados no Uso
Como qualquer tipo de sensor, o posicionamento correto e a observação de eventuais fontes capazes de interferir no funcionamento são fundamentais para se obter o bom desempenho de um sistema. A seguir algumas indicações importantes para o leitor que vai trabalhar com esse tipo de sensor.
 
a) Reflexões indevidas
Dependendo da natureza do material a ser detectado, o ultrassom pode tanto penetrar como passar por reflexões múltiplas. Essas reflexões, conforme mostra a figura 9, podem falsear as indicações por um efeito de interferência destrutiva.
 
Figura 9
 
b) Região limite
Conforme mostra a figura 10, é preciso definir a faixa de distância de detecção do sensor para que problemas de sinal não ocorram.
 
Figura 10
 
A distância mínima que o objeto vai passar diante do sensor e a distância máxima delimita a região limite.
O que ocorre é que entra o sensor e o objeto em sua posição de detecção mais próxima, existe uma zona de incerteza em que efeitos de reverberação podem prejudicar o funcionamento do sistema.
 
c) Características direcionais
Numa aplicação em que se utilizem elementos que irradiam sinais de qualquer tipo deve-se considerar a diretividade tanto do sensor como do emissor.
Para os sensores ultrassônicas a característica de diretividade normalmente varia entre 8 e 30 graus conforme uma curva característica semelhante à mostrada na figura 11.
 
Figura 11
 
Isso significa que tanto o objeto que vai ser detectado deve passar pela região de maior intensidade de sinal como o sensor deve apontar para ela.
É comum nas especificações dos sensores serem indicado o "ângulo de meia pressão sonora". Trata-se do ângulo em relação à normal para a qual aponta o sensor em que a intensidade do ultrassom cai à metade.
Também deve ser observado pela figura, que existem normalmente lóbos laterais de irradiação e de recepção nas características dos sensores. A presença desses lóbos é importante, pois significa a possibilidade de se detectar objetos que estejam na sua direção de forma indevida.
 
d) Utilização de cornetas
Para concentrar mais os sinais numa determinada direção é possível fazer uso de cornetas como a mostrada na figura 12. 
Figura 12
 
Com essa concentração aumenta-se o alcance e obtém-se uma resolução maior para o sensor, evitando-se a eventual detecção de objetos de forma indevida. 
e) O fenômeno da Reverberação
Quando um pulso ultrassônico é aplicado a um objeto ele consiste numa forma de energia que será parte absorvida e parte refletida por esse objeto.
O que ocorre é que a energia absorvida pode levar o objeto a vibrar na mesma frequência por alguns instantes.
O resultado é que o pulso refletido pode ter uma duração maior do que a do pulso transmitido por esse efeito de "prolongamento" ou reverberação, conforme mostra a figura 13. 
Figura 13 
Uso Correto
A orientação correta do sensor é fundamental para se obter um bom desempenho do sistema. Nesse caso, especial atenção deve ser tomada com os ângulos para que o objeto passe pela região de maior intensidade do sinal e a reflexão ocorra na direção em que está o sensor.
Conforme mostra a figura 14, deve-se ainda tomar cuidado com a eventual presença de objetos que estejam na proximidade e que possam causar reflexões indevidas do sinal.
 
Figura 14
 
Outro problema que deve ser considerado, alertado pela OMRON, está na possibilidade de perturbações do ar afetar a propagação dos ultrassons, fornecendo indicações errôneas.
Conforme mostra a figura 15, os ultrassons utilizam o ar para se propagar e são extremamente sensíveis à variações de pressão e à própria movimentação do ar.
 
Figura 15
 
Assim, a presença de uma corrente de ar no local em que é feita a detecção pode causar detecções erradas ou funcionamento indevido do sistema.
 
Conclusão
Os sensores ultrassônicos consistem numa excelente alternativa para determinados tipos de aplicações na indústria e mesmo em outros campos.
No entanto, conforme vimos nesse artigo existem algumas considerações de ordem prática que devem ser levadas em conta quando da sua escolha, instalação e uso.
CHAVES SECCIONADORAS
· O que é e como funciona ?
Chaves seccionadoras são dispositivos destinados a realizar manobras de seccionar e isolar um circuito elétrico. Em condições normais e com seus contatos fechados, elas devem manter a condução de sua corrente nominal, inclusive de curtocircuito até a abertura do disjuntor, sem sobreaquecimento. Basicamente a seccionadora é uma extensão do condutor que, se desloca quando acionado, abrindo e fechando através dos contatos fixo e móvel. Normalmente em média tensão seu controle é manual através de alavanca ou bastão.
· Características técnicas
. As chaves seccionadoras mais comuns são tripolares e são fabricadas para proteção de equipamentos internos na subestação, elas podem ser construídas para atuarem com carga ou sem carga. Podem ser com base ou sem base para fusível HH. São fabricadas nas classes de 15, 17,5, 25 ou 35kv nas amperagens de 200, 400, 600,800 ate 1200 A. Em alguns casos podem ser fabricadas para uso externo.
· Princípio de funcionamento
A chave seccionadora pode ser aproveitada para gerenciar a rede de distribuição, para mudar cargas em toda a rede, para interromper a energia enquanto a manutenção ocorre e para desligar uma área da rede se uma ameaça à segurança surge. Um interruptor de desconexão é geralmente usado com um sistema de bloqueio, em que o interruptor é bloqueado após ser ativado, de modo que ele não possa ser acidentalmente ligado novamente.
· Aplicações
Em instalações onde a chave seccionadora está localizada próxima do disjuntor (em geral de 3 a 5m) aplica-se usualmente a seccionadora seca, visto que o próprio disjuntor desempenha a função de proteção contra sobrecorrentes.
Nas instalações onde se dispõe o disjuntor distante da seccionadora (em geral acima de 5m), recomenda-se a utilização de seccionadoras com fusíveis para proteção, inclusive dos cabos condutores e, até mesmo, para melhoria da seletividade.
As chaves seccionadoras que operam sem carga são, em geral, dispostas entre disjuntores e para isolação dos circuitos.
Utiliza-se, normalmente, a chave seccionadora sob carga em circuito de alimentação de transformadores de pequeno porte.
· Imagem ilustrativa
Chave seccionadora sem carga
Chave seccionadora sem carga com fusíveis
Chave seccionadora unipolar com fusíveis
Chave seccionadora sob carga
Chave seccionadora sob carga
Conclusão
Chaves seccionadoras são equipamentos de extrema necessidade no sistema elétrico, sem elas seria impossível fazer manobras de circuitos para garantir continuidades no suprimentos de energia elétrica isto no sistema de distribuição.
São também equipamentos de proteção para que os profissionais possam fazer manutenção no equipamento sem correr risco de acidentes, mas os profissionais tem que ser treinados e habilitados aos serviços. 
BIBLIOGRAFIA 
Sensores para Controle de Automação https://www.citisystems.com.br
Funcionamento de Sensores Ultrassônicos http://www.newtoncbraga.com.br
Chaves seccionadoras http://www.abraman.org.br
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