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EL 71D - Introdução à Engenharia Mecatrônica
Prof. Sérgio Leandro Stebel
Prof. Gilson Yukio Sato
Aula 5
• Sensores industriais
• Acionamentos industriais
Atuadores
sato<at>utfpr.edu.br
Atuadores: o que são
• Transformam um tipo de energia em outro • Movimento: elétrica em mecânica
• Temperatura: elétrica em térmica
• São usados para intervir no processo
Sistema digital no “mundo” analógico
Temperatura
Sensor Interface
Atuador Interface
Sistema Digital
“Mundo” Analógico
A/D PS
D/A
Atuadores e Automação
http://cloverdigital.com.my/author/admin/
Atuadores: tipos comuns
• Hidráulicos • Fonte de energia: líquido sob pressão em duto (óleo)
• Pneumáticos • Fonte de energia: gás sob pressão (ar comprimido)
• Elétrico • Fonte de energia: eletricidade
Acionamento hidráulico • Utiliza motor de movimento rotativo e cilindro para
movimento deslizante
• Características
• Torque alto e constante em ampla faixa de velocidade
• Precisão de operação (óleo não é compressível)
• Fonte de energia cara
• Manutenção cara e intensa
• Válvulas de precisão caras
• Sujeito a vazamento de óleo
http://www.industriahoje.com.br/o-que-e-e-como-funciona-um-cilindro-
hidraulico/
http://wdc65xx.com/thexxcelr8racademy/wp-content/uploads/2015/08/linear-
actuator_650x387.jpg/
Acionamento pneumático • Utiliza motores pneumáticos de movimento rotativo e
cilindros pneumáticos de movimento deslizante
• Características
• Velocidades extremamente altas
• Custo relativamente baixo
• Fácil manutenção
• Momento constante para uma ampla faixa de velocidade
• Baixa precisão
• Sujeito a vibrações quando para
http://pointing.spiraxsarco.com/images/resources/steam-engineering-tutorials/6/6/fig6.6.01.gif
http://www.designworldonline.com/uploads/Imagegallery/festo-actuator.jpg
Acionamento elétrico • Utiliza motor de corrente contínua, motor de passo
e motor de corrente alternada
• Características
• Eficiência calculada, com controle preciso
• Estrutura simples e fácil manutenção
• Fonte de energia barata
• Custo relativamente baixo
• Danos para cargas que param o eixo do motor
• Baixa relação de potência de saída por peso
http://machinedesign.com/site-files/machinedesign.com/files/uploads/2015/02/308MADa22.gif
http://www.actuators-electric.co.uk/wp-content/uploads/slz90-banner-pic-no-
background-new-640x434.png
Comparação
Tipo Precisão Carga Velocidade Custo
Elétrico Alta 20 kg Alta Alto
Hidráulico Média/Alta 1.000 kg Média/Alta Médio/Alto
Pneumático Baixa 10 kg Alta Baixo
Aplicação de atuadores
Video 1 – https://youtu.be/oDGNmoC229Y
Video 2 – https://youtu.be/MmYpzgh6Gok
Video 3 – https://youtu.be/_imyybhZV80
Video 4 – https://youtu.be/MjfBXeoPKsU
Video 5 – https://youtu.be/c4KXmR8QuPo
Video 6 – https://youtu.be/2EDNwUOcdrM
Video 7 – https://youtu.be/tKAJNI--Du4
Motores Elétricos
Energia Elétrica
Energia Mecânica
Motor
Gerador
Tipos
• Motores de corrente contínua (CC)
• Motores de corrente alternada (CA)
• Motores de passo
Características • Potência
• Energia entregue / tempo ↔ J/s ou W ou hp
• Fator de potência • Energia elétrica/Energia mecânica < 1
• Torque • Força a uma determinada distância do eixo ↔ N.m, kgf.cm
• Velocidade • Ângulo girado/segundo ↔ ͦ/s, rad/s, rpm
Motor CC • Alimentação: corrente contínua
• Partes principais • Estator
• Rotor ou armadura
• Estator: imã permanente ou eletroimã
• Rotor: Bobina de numerosas espiras
Funcionamento
https://ae01.alicdn.com/img/pb/981/413/161/1161413981_163.jpg
Motor CC sem escovas • Brushless
• Partes principais • Estator
• Rotor ou armadura
• Controle eletrônico proporciona variação no campo
Funcionamento
Co
mp
on
entes
http://3.bp.blogspot.com/-2OGpfEdgymE/VV9n-ie36cI/AAAAAAAAGgo/8PY5PCY5etI/s1600/Motor%2Bde%2BIm%25C3%25A3s%2BPermanentes.JPG
Motores CC
Video 1 – https://youtu.be/LAtPHANEfQo
Video 2 – https://youtu.be/bCEiOnuODac
Video 3 – https://youtu.be/0PDRJKz-mqE
Video 4 – https://youtu.be/-qS85aIvleQ
Video 5 – https://youtu.be/C1-klL3B9LU
Motor CA • Monofásicos ou trifásicos
• Síncronos ou assíncrono (ou de indução)
• Estator e rotor
Motor síncrono
http://www.theengineeringprojects.com/wp-content/uploads/2016/10/ar4_1.jpg
http://2.bp.blogspot.com/-rvD40hysqnc/VCmMIw1GV2I/AAAAAAAAA7Y/uecPscXlGN4/s1600/3%2Bphase%2Brotating%2Bmagnetic%2Bfield.PNG
http://2.bp.blogspot.com/-UAAkZiiMnUc/UwyKfn3IO-I/AAAAAAAAAi4/Py4C2aMTItQ/s1600/synchronous+machine.png
Motor assíncrono
http://www.portaleletricista.com.br/wp-content/uploads/2014/01/Rotor-em-gaiola-de-esquilo.jpg
Motores CA
Video 1 – https://youtu.be/Vk2jDXxZIhs
Video 2 – https://youtu.be/LtJoJBUSe28
Video 3 – https://youtu.be/awrUxv7B-a8
Video 4 – https://youtu.be/w5ugeGOOjso
Video 5 – https://youtu.be/tiKH48EMgKE
Motor de passo • Move-se em incrementos angulares discretos
• Acionado por pulsos
• Características • Pode ser usado em malha aberta
• Baixo torque por volume
• “Pode perder passos”
• Custo baixo
• Precisão na posição
Fun
cion
amen
to
Funcionamento
http://www.anaheimautomation.com/images/tmp-001/How%20Does%20a%20Variable%20Reluctance%20Stepper%20Motor%20Work.png
http://2.bp.blogspot.com/-8PCEo8yrVT0/UZkrJrCkAxI/AAAAAAAAAS4/RLLyAvMKgy8/s1600/15.jpg
http://www.lamtechnologies.com/Resources/Images/Products/stpmtrn23_W490.jpg
Motor de passo: tipos
• Magnético permanente
• Relutância variável
• Híbrido
Motor de passo
• Passo, meio passo e micropasso
• Unipolar, bipolar
• Quatro, cinco ou seis terminais
Motores de passo
Video 1 – https://youtu.be/TWMai3oirnM
Video 2 – https://youtu.be/eyqwLiowZiU
Video 3 – https://youtu.be/bkqoKWP4Oy4
Video 4 – https://youtu.be/hHe4Fc6uuBs
Video 5 – https://youtu.be/IEmGOuMFPKQ
Video 6 – https://youtu.be/lduqo4fmXYo
Video 7 – https://youtu.be/x48ggHZDFLY
Servomotores
• Motor + redução + sensor + controle
• Permite controle de posição e velocidade
• Máquinas-ferramenta a comando numérico (CNC); Sistemas de posicionamento; Linhas de transporte; Robôs industriais; Sistemas flexíveis de manufatura e etc.
http://www.parker.com/Online/Product%20Images/Electromechanical-Division-North-America/zoom_1000x1000/Rotary_Brushless_Servo_Motors_-_MPP_MPJ_zm.jpg
http://138.197.15.0/wp-content/uploads/2014/07/servo.jpg
Servomotores
• Características • Precisão na velocidade e posição
• Resposta rápida a mudanças de velocidade e torque
• Alto torque
• Alta capacidade de sobrecarga mecânica e térmica
• Larga escala de velocidade
• Custo mais elevado
Servomotores
Video 1 – https://youtu.be/hYu9fGE4pCk
Video 2 – https://youtu.be/Dgq3wdpx-So
Video 3 – https://youtu.be/t0dSaugIXF8
Video 4 – https://youtu.be/v2jpnyKPH64
Fim