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ATUADORES

FABRICIA NERES

TiposdeAcionamento

Os acionadores são dispositivos responsáveis pelomovimento nos atuadores. Podem ser classificadosem:

• AcionamentoElétrico;• AcionamentoPneumático;• AcionamentoHidráulico.

AcionamentoElétrico

•Oferecem menor velocidade e força (quandocomparados aos hidráulicos);

•Permitem maior precisão, maior repetitividade emais “limpos” na utilização;

•Exemplos de acionamentos elétricos: motores passo apasso (controle em malha fechada ou aberta) eservomotores DC (controle em malha fechada e maisusados).

AcionamentoPneumático

• Utilizadoemrobôsdepequenoporteequepossuampoucosgrausdeliberdade

• Baixocusto(maiseconômicoqueosdemais)

AcionamentoHidráulico

• Permitegrandesvalores develocidade edeforça;

• Agrandedesvantagem éoseuelevadocusto;

• Preferíveisemambientesnosquaisosdriveselétricospoderãocausarincêndios.

ComparaçãodosTiposdeAtuadores

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ComparaçãodosTiposdeAtuadores

ACIONAMENTOSELÉTRICOS

MotoresElétricos

• Objetivo é transformar energia elétrica em energiamecânica.

• Pode-se afirmar que de 70 a 80% da energia elétricaconsumida seja transformada em energia mecânicapor motores elétricos.

MotoresElétricos

• ClassificaçãodeacordocomaTensão:

§ MotoresdeCorrenteContínua(CC)

§ MotoresdeCorrenteAlternada(AC)

MotoresElétricosMotoresdeCorrenteContínua(CC)

• Conhecidosporseucontroleprecisodevelocidade.

• Customaiselevadoe,alémdisso,precisamdeumafontedecorrentecontínua,oudeumdispositivoqueconvertaacorrentealternadacomumemcontínua.

MotoresElétricosA escolha dependem da utilização a que o motor vai ser sujeitoe das possibilidades do investidor. Destaca-se:

• Fonte de alimentação: DC ou AC, monofásico oupolifásico, tensão, freqüência, etc.

• Condições ambientais: agressividade, altitude,temperatura.

• Exigências da carga e condições de serviço: potênciasolicitada, rotação, esforços mecânicos, ciclos deoperação.

• Consumo e Manutenção:• Controle: Posição, torque, Velocidade, Corrente de

partida (depende das exigências da carga).

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MotoresElétricos

Osmotoresdecorrentealternadadotipodeinduçãosãoclassificadosem:

•SÍNCRONO:Funcionacomvelocidadefixa;

•ASSÍNCRONO:Funcionanormalmentecomumavelocidadeconstante,quevarialigeiramentecomacargamecânicaaplicadaaoeixo.

MotoresdePasso

• Dispositivos eletro-mecânicos que convertempulsos elétricos em movimentos mecânicos quegeram variações angulares discretas.

• O rotor ou eixo de um motor de passo érotacionado em pequenos incrementosangulares, denominados “passos”, quando ospulsos elétricos são aplicados aos seus terminais.

MotoresdePasso

• A velocidade do motor está ligada freqüênciados pulsos recebidos e o tamanho do ângulo decada passo.

• Utilizados em aplicações onde se desejamovimentos precisos sendo possível controlarângulo de rotação, velocidade sincronismo eposição.

• Muito usados em robôs e dispositivoseletrônicos.

Servo- Motores

• Compostos por motores DC e um redutor develocidade, junto com um sensor de posiçãoe um sistema de controle re-alimentado.

• Podem ser considerados como sendo motorescomandados em posição (angular ou linear).

• São pequenos, com ampla variação detorques.

Servo- motores

• O mecanismo de posicionamento ajusta aposição angular por meio de um sinalcodificado que lhe é enviado.

• Enquanto esse código estiver na entrada, oservo irá manter a sua posição angular.

• Em geral o sinal e do tipo PWM (Pulse WidthModulation)

MotoresElétricosMotoresdeCorrenteAlternada(AC)

• São os mais utilizados, porque a distribuição de energiaelétrica é feita normalmente em corrente alternada;

• Muito usado por causa de sua simplicidade, construçãorobusta, baixo custo de fabricação e boas característicasde funcionamento;

• Estima-se que 90% dos motores fabricados são motoresde indução de gaiola.

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MotoresdeIndução

• Podem ser trifásicos ou monofásicos;

• Transforma em energia mecânicaaproximadamente 85% da energia elétrica querecebe;

MotoresdeIndução

• Vantagens:u Baixocustodeaquisição;u Baixocustodemanutenção;u Torquedepartidanãonulo;u Robustez;

u Potência:de0,25HPaté30.000HP;.• Desvantagens:u Controledevelocidadedifícil;u Correntedepartidaelevada;u Fatordepotênciabaixaesempreindutivo.

MotoresdeIndução

Tipos de ligação:• Estrela : tensão nominal 220

• Triangulo: tensão nominal 380

EspecificaçãodoMotor MotoresdeIndução– AcionamentoAtualmente

• Motor:converteenergiaelétricaemenergiamecânica;

• DispositivoEletrônico:comandae/oucontrolaapotênciaelétricaentregueaomotor;

• TransmissãoMecânica:adaptaavelocidadeeinérciaentreomotoremáquina(carga);

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MotoresdeIndução–InversoresdeFrequência

• Durante muitos anos as aplicações industriais quenecessitavam de variação de velocidade foramimplementadas com certo nível de dificuldade e utilizavamcomponentes mecânicos, hidráulicos ou elétricos;

• Em muitos casos a eficiência das instalações equipadas como uso de inversores de frequência chegou a ser duplicadaquando comparada com os sistemas anteriores.

MotorDe

Indução

Inversor de freqüência

MotoresdeIndução–InversoresdeFrequência

• Vantagensdousodeinversores:u Economiadeenergia;u Melhordesempenhodamáquinadevidoaadaptaçãodavelocidadeaos

requisitosdoprocesso;u Eliminaopicodecorrentenapartidadomotor;u Reduzotempoentreasmanutenções.

MotoresdeIndução–InversoresdeFrequência

• Exemplosdeuso:

u Bombas;u Ventiladores;u Sistemasdetransporte;u Sistemasdedosagem;u Tornos.

ACIONAMENTOSPNEUMÁTICOS

PneumáticanaIndústria

• A pneumática utiliza o ar comprimido comomeio de transmissão de potência paraatuadores lineares (cilindros pneumáticoslineares) e/ou atuadores rotativos (motorespneumáticos e cilindros de rotação).

AplicaçõesdaPneumática

• Furar;• Abrir;• Prensar;• Empurrar;• Levantar;• Pintar.

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PneumáticaAtualmente

• Está ao lado da mecânica e da eletricidade comomeio de transmissão e controle de energia;

• Essas tecnologias, em parte concorrentes, sãocomplementares e frequentemente sãoutilizadas em conjunto.

VantagensdaPneumática• Incremento da produção com investimento relativamente

pequeno;

• Redução dos custos operacionais: A rapidez nos movimentospneumáticos e a libertação do homem de operações repetitivas;

• Robustez dos componentes pneumáticos: torna-os relativamenteinsensíveis a vibrações e golpes;

• Fácil Manutenção;

• Facilidade de implantação: são necessários apenas pequenasmodificações nas máquinas e disponibilidade de ar comprimido;

VantagensdaPneumática

• Resistência a ambientes hostis;

• Simplicidade de manipulação: não necessita de operários comgrandes conhecimentos em pneumática;

• Segurança: Como os equipamentos pneumáticos envolvem semprepressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes,com pessoas ou até mesmo explosões;

• Redução do número de acidentes: a implantação de controlespneumáticos reduz sua incidência de fadiga (operações repetitivas).

DesvantagensdaPneumática• É necessário remover as impurezas do ar;

• Não é um sistema para ser utilizado em aplicações que requeremforça. Exemplo: extração de metais;

• Nãomuito simples obter baixas velocidades;

• O ar é um fluido altamente compressível, portanto, impossível seobterem paradas intermediárias e velocidades uniformes;

• O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são efetuadasexaustões para a atmosfera.

PropriedadesdoarComprimidonaIndústria

• Custos: Baixos custos, pois o ar comprimido encontra-se emquantidades praticamente ilimitadas;

• Transporte: Facilidade de transporte através de tubulações paradistâncias quando dimensionado de forma correta;

• Armazenamento: Fácil armazenamento no local de utilização emreservatórios de pressão móveis ou fixos. Facilidade de transporte;

• Variação de temperatura: não é sensível a pequenas variações detemperatura;

• Segurança: Não existe risco de explosões ou incêndios com o uso dear comprimido.

PropriedadesdoarComprimidonaIndústria

• Limpeza: o ar utilizado quando escapa não polui omeio ambiente;

• Economia: sistemas de segurança simples pois nãoexiste a necessidade de sistemas contra explosões erisco de incêndio;

• Velocidade: o ar comprimido é um meio de trabalhorápido permitindo velocidades entre 1 e 2 m/s;

• Regulação: Velocidades e força de trabalho doselementos são reguláveis mas sem escala.

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FatoresqueInfluenciamosSistemasPneumáticos

• Preparação: o uso de ar comprimido requer a eliminaçãode impurezas e de umidade, para evitar desgastes noselementos pneumáticos;

• Fiabilidade: impossibilidade de manter uniforme econstante a velocidade dos cilindros mediante arcomprimido;

• Forças: o valor limite varia entre 20000 e 30000 N;

• Custos: fonte de energia cara, mas compensada pelosvantajosos preços dos elementos e pela elevadarentabilidade do ciclo de trabalho.

ProduçãodeArComprimido

• Para produção de ar comprimido são necessárioscompressores;

• A função do compressor é aspirar ar atmosférico ecomprimi-lo até a pressão de trabalho desejada;

• O ar comprimido deverá ser armazenado em reservatóriospossibilitando a sua posterior utilização;

• O compressor central fornece o ar comprimido para oslugares necessários através de uma rede de tubulação.

Compressores• O ar possui água na forma de vapor;

• Este vapor d'água é aspirado pelo compressor juntocom o ar;

• A água acumulada pode ser eliminada através de filtrosseparadores de água e drenos dispostos ao longo dalinha;

• No entanto um filtro não pode eliminar vapor d'água epara isso são necessários secadores.

SecagemdoArComprimido

• Resfriamento: Consiste em se resfriar o ar oque reduz o seu ponto de orvalho

SecagemdoArComprimido

• As tubulações pneumáticas exigem manutençãoregular, e não devem ser mantidas dentro deparedes ou cavidades estreitas, pois isto dificultaa detecção de fugas de ar;

• Linhas principais são feitas de tubos de Cobre,latão, aço liga, etc… Conectadas;

• Linhas secundárias em geral são de mangueirasde borracha ou material sintético.

DistribuiçãodeArComprimido

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• Redeemcircuitoaberto:éamaissimplesedevesermontadacomumdeclivede1%a2%nadireçãodofluxoparagarantiraeliminaçãodaáguaquecondensanointeriordalinha

DistribuiçãodeArComprimido

• Redeemcircuitofechado:permitequeoarfluanasduasdireçõesequefiquecirculandonalinhareduzindooproblemadecondensação

DistribuiçãodeArComprimido

Redecombinada:sãoinstalaçõesemcircuitofechado.Masasválvulasdefechamentopermitembloqueardeterminadaslinhasdearcomprimidoquandoaelasnãoestiveremsendousadasouemmanutenção.

DistribuiçãodeArComprimido• Para entrar em uma máquina pneumática o arpassa por uma unidade de tratamento compostapor um filtro, uma válvula reguladora de pressão eum lubrificador.

• O objetivo ajustar é as características do ar deforma específica para cada máquina

TratamentodoarComprimido

• Filtro: serve para eliminar partículas sólidas elíquidas (impurezas, água, etc..). O filtroapresenta um dreno (manual ou automático)para a eliminação de água.

TratamentodoarComprimido

• Válvula Reguladora de Pressão: tem a função demanter constante a pressão no equipamento. Elasomente funciona quando a pressão a ser regulada(pressão secundária) for inferior que a pressão dealimentação da rede (pressão primária).

TratamentodoarComprimido

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• Lubrificador : tem a função de lubrificar osaparelhos pneumáticos de trabalho e de comando.

TratamentodoarComprimido

As principais características dos atuadores pneumáticossão:

• Apresentam baixa rigidez devido àcompressibilidade do ar;

• Não há precisão na parada em posiçõesintermediárias;

• Apresentam uma favorável relação peso/potência;• Dimensões reduzidas;• Segurança à sobrecarga;• Facilidade de inversão;• Proteção à explosão.

AtuadoresPneumáticos

• Lineares: São constituídos de componentes queconvertem a energia pneumática em movimento linear ouangular. São representados pelos Cilindros Pneumáticos.Dependendo da natureza dos movimentos, velocidade,força, curso, haverá um mais adequado para a função.

• Rotativos: Convertem energia pneumática em energiamecânica, através de momento torsor contínuo.

• Oscilantes: Convertem energia pneumática em energiamecânica, através de momento torsor limitado por umdeterminado número de graus.

AtuadoresPneumáticos(classificação)Cilindros de simples ação• Consiste de um pistão com uma mola. Ao se reduzir a

pressão a mola retorna o pistão. Entre as suascaracterísticas temos:

qConsumo de ar em um sentido;qForças de avanço reduzida (em 10%) devido à mola;qMaior comprimento e cursos limitados;qBaixa força de retorno (devido à mola)

• Aplicação: Freios de caminhão travando o mesmoquando ocorre falha no motor.

AtuadoresPneumáticosLineares

CilindrodeDuplaAção• Aatuaçãoéfeitaporarcomprimidonosdoissentidos.Entreassuas

característicastemos:qNãopermitecargasradiaisnahaste;qAtuaçãodeforçanosdoissentidos,porémcomforçadeavançomaiordoqueaderetorno.

• Aplicação:prensas,fixadores.Ocursonãopodesermuitograndepoissurgemproblemasdeflambagem.

AtuadoresPneumáticosLineares• Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num

movimento rotativo com ângulo limitado de rotação.

• Sistema pinhão-cremalheira: a rotação tem ângulo limitado podendo serregulada de 45º até 720º.

• Cilindro de alerta giratória: Seu ângulo é limitado em 300º e apresentamproblemas de vedação.

• São aplicados para girar peças, curvar tubos, acionar válvulas.

AtuadoresPneumáticosRotativos

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AtuadoresPneumáticos AplicaçõesdaPneumática

• Alinharobjetos

AplicaçõesdaPneumática• Montarobjetos

AplicaçõesdaPneumática

SISTEMASHIDRÁULICOS

Aplicação• Antiguidade:Relógiodeáguaefontes.

• Indústrias: Bombas,Prensas,Direção,Freios..

• Aeronáutica:ComandoeFlaps.

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Hidráulica

• A hidráulica é muito usada como meio detransmissão de energia em diversos segmentosdo mercado;

• Muito usada na industria e no setor móbil;

• Muitos processos de automação só forampossível utilizando-se da hidráulica;

Aplicaçõesdahidráulicanaindústria

Aplicaçõesdahidráulicaemveículos Vantagens• Fácil instalação dos diversos elementos, oferecendo

flexibilidade, inclusive em espaços reduzidos;

• Devido a baixa inércia permitem uma rápida e suaveinversão do movimento;

• Permitem ajustes finos na velocidade;

• São sistemas autolubrificados;

• Relação –(peso x tamanho x potência consumida)muito menor que os demais sistemas.

Desvantagens• Custo elevado inicialmente;

• Transformação de energia elétrica em mecânica e mecânicaem hidráulica para depois ser transformada em mecânica;

• Perdas por vazamentos internos em todos os componentes;

• Perdas por atritos externos e internos;

• Perigo de incêndio pois os óleos são inflamáveis.

LeidePascal

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TiposdeFluidos• Fluido à base de petróleo: é mais usado do que um óleo

comum;• Emulsão de Óleo em Água: A mistura pode variar em

torno de 1% a 40% de óleo e de 60% a 99% de água. Aágua é sempre o elemento dominante;

• EmulsãodeÁguaemÓleo:.Amisturaégeralmentede40%deáguae60%deóleo.Oóleoédominante.;

• FluídodeÁgua-Glicol: Amisturaégeralmentede60%deglicole40%deágua.

• Sintéticos:sãoresistentesaofogo,consistemgeralmentedeésteresdefosfato,hidrocarbonos clorados,ouumamisturadosdoiscomfraçõesdepetróleo.

ÍndicedeViscosidade(IV)• O índice de viscosidade é um número puro que indica

como um fluido varia em viscosidade quando atemperatura muda;

• Um fluido com um alto índice de viscosidade mudariarelativamente pouco com a temperatura;

• A maior parte dos sistemas hidráulicos industriais requerum fluido com um índice de viscosidade de 90 ou mais.

InibidoresdeOxidação

• A oxidação do óleo ocorre por causa de umareação entre o óleo e o oxigênio do ar;

• A oxidação resulta em baixa capacidade delubrificação na formação de ácido e na geraçãode partículas de carbono e aumento daviscosidade do fluido;

• A oxidação do óleo é aumentada por três fatores:1. Alta temperatura do óleo.2. Catalisadores metálicos, tais como cobre,

ferro ou chumbo.3. O aumento no fornecimento de oxigênio.

InibidoresdeCorrosão

• Os inibidores de corrosão protegem assuperfícies de metal do ataque por ácidos ematerial oxidante. Este inibidor forma umfilme protetor sobre as superfícies do metal eneutraliza o material corrosivo ácido à medidaque ele se forma.

AditivosdeExtremaPressãoouAntidesgaste

• Estes aditivos são usados em aplicações dealta temperatura e alta pressão. Em pontoslocalizados onde ocorrem temperaturas oupressões altas (por exemplo, as extremidadesdas palhetas numa bomba ou motor depalheta).

AditivosAntiespumantes

• Os aditivos antiespumantes não permitem quebolhas de ar sejam recolhidas pelo óleo, o queresulta numa falha do sistema de lubrificação;

• Estes inibidores operam combinando aspequenas bolhas de ar em bolhas grandes que sedesprendem da superfície do fluido e estouram.

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Tiposdefluxos

• Laminar: as camadas de fluido se deslocamparalelamente umas às outras. Nesse tipo de fluxo, avelocidade do fluido aumenta na medida em que seafasta das paredes do tubo, ou seja, a velocidademáxima é atingida pela cama central do fluido;

• Turbulento: as camadas de fluido se deslocam demaneira aleatória, umas em relação às outras.

Tiposdefluxos

PotênciaxEficiênciaemsistemashidráulicos

•Em sistemas hidráulicos, devido às perdas de cargasgeradas pelos próprios elementos do circuito, comopor exemplo: bombas, válvulas, curvas, cilindros,instrumentos de medida e, a própria tubulação, oaproveitamento final da energia fornecida ao circuitoé cerca de 75%

Cavitação• A cavitação é provocada quando, por algummotivo, gera-se uma zona de depressão, oupressão negativa;

• Quando isso ocorre, o fluido tende a vaporizarformando bolhas de ar.

• Um circuito hidráulico básico compõe-se dereservatório, bomba, válvula de alívio, válvulade controle de vazão, válvula direcional e umatuador que poderá ser linear ou rotativo.

• A válvula que protege o sistema desobrecargas é a válvula de alívio, tambémconhecida pelo nome de válvula de segurança.

SistemaHidráulico

• Circuitodeatuação– Válvuladirecional– Cilindro– Motor

• Circuitodeunidadedepotência– Reservatório– Bomba– Válvuladealívio– Filtro

DivisãodoCircuitoHidráulico

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DivisãodoCircuitoHidráulico

• Afunçãodoreservatóriohidráulicoéarmazenarofluidohidráulicodosistema.

ReservatóriosHidráulicos

ReservatóriosHidráulicos• Procuraretirarassujeirasoucontaminaçõesdalinha

FiltrosHidráulicos

• A contaminação causa problemas nossistemas hidráulicos porque interfere nofluido, que as seguintes funções no sistemahidráulico:

1. Dificuldade de transmitir energia.2. Não lubrificação das peças internas que estão em movimento.3. Transferência de calor para o reservatório.4. Vedar folgas entre peças em movimento.

Problemascausadospelacontaminaçãodofluido

• Os elementos do filtro de profundidade forçamo fluido a passar através de várias camadas dematerial. A contaminação é retida por causa doentrelaçamento das fibras que provocatrajetória irregular do fluido. Papéis tratados eos materiais sintéticos são os mais usados

ElementosdeFiltrodeProfundidade

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• O fluxo do fluido tem trajetória direta de fluxoatravés de uma camada de material. As impurezassão retidas na superfície do elemento que estávoltada para o fluxo. Telas de arame ou metalperfurado são tipos mais comuns de materiaisusados como elemento de filtro de superfície.

ElementosdoTipodeSuperfície ElementosdoTipodeSuperfície

• FiltrosdeSucção:internoeexterno

• FiltrodePressão

• FiltrodeLinhadeRetorno

TiposdeFiltros

• São osmais simples e mais utilizados;• Possuem formato f cilíndrico com tela metálicacom malha de 74 a 150 mícrons, não possuemcarcaça e são instalados dentro do reservatório,abaixo, no nível do fluido;

• Apesar de serem chamados de filtro, impedemapenas a passagem de grandes partículas (umaforma de peneira).

FiltrosdeSucçãoInterno

• Pelo fato de possuírem carcaça estes filtrossão instalados diretamente na linha desucção fora do reservatório. Existem modelosque são instalados no topo ou na lateral dosreservatórios. Estes filtros possuem malha defiltragem de 3 a 238 mícrons.

FiltrodeSucçãoExterno

• É localizado geralmente no circuito, entre abomba e um componente do sistema. Amalha de filtragem dos filtros de pressão é de3 a 40 mícrons. Pode também ser posicionadoentre os componentes do sistema.

FiltrodePressão

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FiltrodeLinhadeRetorno

• Está posicionado no circuito próximo doreservatório. A dimensão habitualmenteencontrada nos filtros de retorno é de 5 a 40mícrons.

• As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos, paraconverter energia mecânica em energia hidráulica. Asbombas são classificadas, basicamente, em dois tipos:hidrodinâmicas e hidrostáticas.

Bombashidráulicas