UNIVERSIDADE PAULISTA

UNIP

COMPONENTES ELETROMECÂNICOS

CHAVES AUTOMÁTICAS

Grupo 2

Data: 03/03/2010

NOME R.A. TURMA

André Augusto Gomes dos Santos 347629-4 EM7R01

Eder Luiz Navais 302588-6 EM7R01

Gabriel de Freitas Gonzalez 346943-3 EM7R01

Jadir Amancio dos Santos 338678-3 EM7R01

Sidnei Atanazio 776319-0 EM7R01

ÍNDICE

INTRODUÇÃO_______________________________________________________01

CHAVES____________________________________________________________01

PÓLOS E TERMINAIS_________________________________________________03

CHAVE LIGA DESLIGA________________________________________________04

CHAVE BOTOEIRA___________________________________________________05

CHAVE SELETORA___________________________________________________05

CRITÉRIOS DE SELEÇÃO_____________________________________________06

CHAVES AUTOMÁTICAS______________________________________________07

CHAVE PRESSOSTATO_______________________________________________08

CHAVE TERMOSTATO________________________________________________10

CHAVE DE VAZÃO/FLUXO_____________________________________________14

CHAVE DE NÍVEL____________________________________________________21

CHAVE FIM DE CURSO_______________________________________________28

BIBLIOGRAFIA_______________________________________________________30

Introdução

A eletrônica é constituída por vários componentes como, chaves, reles, solenóides, temporizadores, entre outros. Estes componentes são essenciais para o desenvolvimento de produtos, principalmente na indústria que é a maior consumidora deste seguimento.

Nesta gama de componentes eletrônicos existe um se torna essencial que são as chaves. A chave é um elemento eletromecânico que tem como função característica de ligar e desligar ou direcionar a corrente elétrica de forma mecânica ou automática.

A chave é um elemento muito utilizado na indústria e no nosso cotidiano, por ser ela que da a partida para tudo se mover. No nosso dia-dia ela esta presente a todo instante, ao ligar a luz de nossa cassa, nos eletrodomésticos, em nossos carros e por assim vai à necessidade deste componente que é de muita importância e muitas vezes passam despercebido no dia-dia.

Na indústria se encontra vários modelos de chaves cada uma direcionada para uma área e função. Temos chaves simples mais convencionais que são as de acionamento manualmente (Ex. chave liga-desliga (toggle), chave botoeira (push button), chave seletora) e temos as chaves automáticas que são acionadas por variável de processo, ela estão mais direcionadas para certos seguimentos da industriais (Ex. termostato, pressostato, nível, vazão, posição).

Chaves

A chave possui um funcionamento muito simples que é o de ligar ou desligar. Estas chaves acabam possuindo uma característica de posições básica, conhecidas como, normal aberta (NA) ou normal fechada (NF), estas posições básicas onde se encontram inicialmente mostra se a chave esta ou não energizada.

Para determinar estas posições que a chave se encontra existem simbologias normalizadas que podem estar muitas vezes gravadas em seu corpo ou representadas em esquemas de circuitos. Estas simbologias alem de mostra qual é sua posição básica mostram também, seu modelo, como deve ser instalada e acionada, facilitando a sua montagem de acordo como o processo.

Símbolos utilizados em sistemas de segurança.

Símbolos de chaves.

Tendo em vista o funcionamento da chave, um exemplo de aplicação esta esquematizada na figura abaixo. Onde a chave quando acionada ira fazer a corrente que sai da bateria percorrer o sistema acendendo a lâmpada, este é um esquema de aplicação bem simples, mas existem processos que utilizam vários modelos de chaves

As chaves são muito essenciais que suas aplicações são as mais diversas e importantes. Hoje a tecnologia esta crescendo e as chaves vêm se melhorando e tendo cada vês mais aplicações.

Pólos e terminais

Basicamente as chaves possuem uma haste que é movida através de força mecânica para fechar ou abrir o circuito, esta haste ou parte da chave é chamada de pólo da chave.

As chaves podem ter um ou mais pólos como por exemplo, uma chave que possui somente um pólo é chamada de chave de único pólo(single pole switch), chave que possui dois pólos é chamado de chave de duplo pólo, e assim por diante.

O tipo de contato que fecha e abre o circuito alternadamente é chamada de único terminal(single throw), o contato que abre um circuito enquanto simultaneamente fecha outro é chamado de duplo terminal(double throw), sendo assim, podem haver varias combinações de pólos e terminais como:

Single-pole,single-throw(SPST): (Um polo, um terminal)

Single-pole,double-throw(SPDT): (Um polo, dois terminais)

Double-throw,single-pole(DPST): (Dois terminais, um pólo)

Double pole, double throw(DPDT): (Dois polos, dois terminais)

Chave Liga-desliga (Toggle)

É uma chave com um funcionamento muito simples e eficiente, basicamente possui uma haste ou alavanca que através de um movimento mecânico se move através de um arco abrindo ou fechando os contatos do circuito. O fato de o contato abrir ou fechar muito rapidamente reduz o arco voltaico e garante um curto-circuito seguro. Devido o acionamento mecânico da chave, os contatos permanecem na posição até que outro acionamento mecânico ocorra em sentido contrario.

Simbologia:

Chave Botoeira

Chaves botoeiras ou push buttons, são botões que substituem os mecânicos usados no acionamento de máquinas. Não requerendo esforço físico e sendo ergonômicas, são muito empregadas na indústria. O contato não é retentivo e volta para a posição normal só quando se tira a pressão de cima da chave. Isto acontece devido uma mola que existe dentro da chave que se não estiver pressionada voltará para sua posição inicial. Sobre a chave estar fechada ou aberta quer dizer que os contatos estão numa posição de repouso mantidos pela mola. O tipo de botoeira mais usada é a SPDT e elas podem ter vários pólos, aumentando sua capacidade de chaveamento. As botoeiras são muito empregadas na indústria, principalmente no controle de motores e em campainhas.

Simbologia:

Chave Seletora

A chave seletora ou rotatória fecha e abre circuitos quando é girada entre posições. Ao contrário das chaves botoeiras, o knob da chave seletora é girado e não apertado. Um contato fixo ao eixo gira por meio de um knob ligado à outra extremidade do eixo. Quanto girado, o contato se move ao longo de um círculo de material isolante que possui tiras de material condutor instaladas ao longo da circunferência. Quando girado o eixo, o contato rotativo faz a ligação para as tiras condutoras. No knob há uma marcação externa para localizar a posição da chave. A chave seletora é usada para selecionar varias posições e é muito empregada na indústria para selecionar diferentes faixas de medição de instrumentos, funções de amplificadores, etc.

A chave seletora pode ser do tipo curto-circuito ou do tipo não curto-circuito. No tipo curto-circuito, o seu contato girante faz a ligação com o próximo terminal antes de abrir contato com a posição atual, esta é uma característica que fornece proteção para certos instrumentos e equipamentos. No tipo não curto-circuito, o circuito atual é aberto antes de fechar o circuito seguinte.

Simbologia de uma chave seletora múltipla:

Critérios de Seleção

O tipo de chave escolhida para uma determinada aplicação depende de muitos fatores, como:

1. A configuração, que determina número de pólos e terminais

2. A tensão a ser chaveada e o tipo de corrente (ca ou cc)

3. O valor da corrente a ser chaveada e a corrente a ser percorrida após o chaveamento

4. O ciclo de vida necessário em número de atuações.

5. As considerações ambientes, como vibração, temperatura, umidade, agressividade do ambiente.

6. O tamanho físico necessário.

7. A velocidade de atuação.

8. A capacitância parasita.

9. Opções, como lâmpada piloto embutida, chave de trava.

Chaves Automáticas:

As chaves vistas até agora eram acionadas manualmente. Assim que o operador aperta o seu acionamento, seus contatos mudam de estado. Quando os contatos são retentivos, eles permanecem mudados quando o operador retira a pressão de acionamento. Quando são não retentivos, os contatos voltam a posição original quando a chave deixa de ser apertada.Existem chaves automáticas, cuja operação é determinada pela posição de algum dispositivo ou pelo valor de alguma quantidade física. Sistemas mais complexos podem ter chaves ligadas de um modo intertravado, tal que a operação final de uma ou mais chave depende da posição das outras chaves individuais.As principais chaves automáticas são: pressostato, termostato, chave de vazão, chave de nível, chave fim de curso.

Chave Pressostato

É uma chave de medição de pressão utilizada como componente do sistema de proteção de equipamento ou processos industriais alterando os estados dos seus contatos quando a pressão atinge determinados valores críticos. Por exemplo, por economia e segurança, um compressor de ar deve ser desligado quando a sua pressão atingir um valor alto determinado e deve ser religado quando a pressão atingir um valor baixo determinado.

Função: Sua função básica é de proteger a integridade de equipamentos contra sobrepressão ou subpressão aplicada aos mesmos durante o seu funcionamento. É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave de duas posições (aberto ou fechado). Como mecanismo de ajuste de set-point utiliza-se na maioria das aplicações uma mola com faixa de ajuste selecionada conforme pressão de trabalho e ajuste, e em oposição à pressão aplicada. O mecanismo de mudança de estado mais utilizado é o micro interruptor, podendo ser utilizado também ampola de vidro com mercúrio fechando ou abrindo o contato que pode ser do tipo normal aberto ou normal fechado.

O pressostato é um modo simples e barato de executar o controle liga-desliga de processos envolvendo pressão. O pressostato também pode servir de proteção de um sistema de controle de pressão. Um controlador convencional fornece uma pressão constante, dentro da banda proporcional. Quando, por algum problema do controlador ou do sistema, o controlador perde o controle e a pressão tende para um valor perigoso de alta pressão, um pressostato desliga o sistema.

Seleção do pressostato:

Vida útil do pressostato:

A primeira consideração a ser feita na seleção de um pressostato é o seu tempo de vida útil, independente da pressão ou da sensibilidade desejada. Se o número de ciclos que o pressostato deve operar (vida útil), for de um milhão de vezes ou menos, o uso dos tipos diafragma ou bourdon é recomendável. Caso esse número seja ultrapassado, deve-se usar o tipo pistão. Uma exceção a essa regra pode ser feita quando a variação de pressão no sistema for muito pequena (20% ou menos da faixa ajustável). Sob tais condições, os tipos diafragma ou bourdon podem ser usados até 2,5 milhões de ciclos, antes que se dê a fadiga do elemento sensor. Uma segunda consideração na escolha de um pressostato é a velocidade de ciclagem, independente de sua vida útil. Se houver a necessidade de uma ciclagem de mais de uma vez a cada três segundos, o tipo pistão deve ser especificado. O elemento sensor de qualquer pressostato dos tipos diafragma ou bourdon age como uma mola a qual irá se aquecer e sofrer fadiga em operação de ciclagem extremamente rápidas, diminuindo assim a vida útil do pressostato.

A função do pressostato é outro fator determinante na seleção. Três tipos de pressostatos, baseados em sua função, são descritos abaixo:

a) Pressostato de 1 contato - atua sobre uma única variação de pressão, abrindo ou fechando um único circuito elétrico, por meio da ação reversível do micro-interruptor.

b) Pressostato diferencial - atua sobre a variação entre 2 pressões numa mesma linha controladas pelo mesmo instrumento.

c) Pressostato de 2 contatos - atua independentemente sobre dois limites de uma mesma fonte de pressão, abrindo ou fechando dois circuitos elétricos independentes por meio da ação reversível de dois interruptores.

Pressão de teste:

A escolha do tipo de pressostato a ser usado - diafragma, pistão ou bourdon - deve também ser regida pela pressão de teste a qual poderão ser submetidos (Pressão de teste é o maior impulso - pico - de pressão que pode ocorrer em um sistema). Deve ser lembrado que, embora o manômetro registre uma pressão de operação constante, podem haver impulsos através do sistema os quais o manômetro não possue sensibilidade para acusar. Os tipos diafragma e bourdon são extremamente sensível e podem ser afetados por esses impulsos. Os pressostatos tipo diafragma são disponíveis numa faixa ajustável desde vácuo até 20 Bar, com pressões de teste até 70 Bar. O tipo bourdon pode operar até 1.240 Bar, com pressões de teste até 1.655 Bar. E os tipos pistão compreendem uma faixa ajustável que vai até 825 Bar, com pressões de teste até 1.380 Bar

Chave Termostato

Termostato é uma chave comandada pela temperatura. Uma chave elétrica muda os estados dos seus contatos quando a temperatura atinge determinados valores críticos. Por exemplo, por economia e segurança, um condicionador de ar deve ser desligado quando a temperatura do ambiente atingir um valor alto determinado e deve ser religado quando a temperatura atingir um valor baixo determinado. Ajustes convenientes no termostato permitem que o condicionador opere entre estes dois valores críticos de temperatura.

O termostato é um modo simples e barato de executar o controle liga-desliga de processos envolvendo temperatura. O termostato também pode servir de proteção de um sistema de controle de temperatura. Um controlador convencional fornece uma temperatura constante, dentro da banda proporcional. Quando, por algum problema do controlador ou do sistema, o controlador perde o controle e a temperatura tende para valores perigosos de muito baixa ou muito alta temperatura, o pressostato desliga o sistema.

Termostato é um controle que funciona como uma Chave "liga-desliga" que é comandada pela temperatura. Os valores de liga-desliga são definidos e calibrados pela fábrica. Para alterar esses valores de liga-desliga, basta girar o botão localizado na Haste do Termostato para a posição desejada (mais quente ou mais frio). São suas características internas que determinam os valores de temperatura.

Por isso, Termostatos podem ter as mesmas características externas, mas com valores de liga-desliga totalmente diferentes.

Funcionamento:

O mecanismo interno possui três conjuntos: o Hidráulico, o Mecânico e o Elétrico. O Conjunto Hidráulico "sente" a temperatura e envia um "sinal" de pressão que será comparado com as cargas das molas do Conjunto Mecânico que por sua vez, aciona o Conjunto Elétrico, abrindo ou fechando os seus contatos, ligando ou desligando o Compressor.

Fig. 1

O Conjunto hidráulico:

É formado por: Tubo Capilar (Bulbo do Termostato), Diafragma e Carga de Gás. O Bulbo "sente" a temperatura, transferindo-a para o Gás, que exerce uma pressão para o Diafragma (quanto maior a temperatura, maior a pressão e quanto menor a temperatura, menor a pressão). A pressão interna no Conjunto Hidráulico corresponde sempre a da temperatura do Gás da região mais fria do conjunto, e não somente do Bulbo do Termostato.

O Conjunto Mecânico:

É formado por: Alavanca do Diafragma, Molas da Faixa e do Diferencial, Parafuso de Calibração, Impulsor e Haste. As Molas "comparam" a pressão do Conjunto Hidráulico com os valores ajustados pelo Parafuso de Calibração e pela posição da Haste, fazendo um movimento de "alavanca" sobre o Conjunto Elétrico. A Alavanca possui duas posições: para cima ou para baixo; ficará em cima quando a temperatura ambiente for maior que a ajustada, e em baixo quando a temperatura for menor que a ajustada. Ao girar a Haste aplica-se maior ou menor força sobre as Molas, variando as temperaturas de acionamento do Termostato.

O Conjunto Elétrico:

É formado por: Base, Terminais e Contatos Elétricos. Os Terminais conectam o Termostato ao aparelho que será ligado ou desligado em função da temperatura.

Cuidados com o Termostato:

Como o Sensor do Termostato é um Tubo Capilar que possui Gás Refrigerante em seu interior, o uso de ferramentas inadequadas ou dobras acentuadas podem causar danos ao mesmo (estrangulamento por exemplo), e esses danos podem não ser percebidos, ocorrendo problemas como: Termostato não liga/ não desliga ou descalibrado.

Fig. 2

O Termostato não deve ficar em locais com poeira, pois pode ocorrer isolação nos contatos elétricos, onde apesar do "clic", não há passagem de corrente elétrica.

O mecanismo interno trabalha em função das forças das molas, alavanca e posição da Haste, por isso, evite quedas e pancadas no Termostato. Ao colocar o Botão do Termostato com muita força, por exemplo, pode-se comprometer o perfeito funcionamento do mesmo. Transporte, armazenagem e manuseio devem ser feitos com cuidado.

Quando da substituição do Termostato, deve-se tomar cuidado para não aplicar um Termostato "não original", ou seja, colocar um Termostato diferente do especificado.

A fixação do Bulbo do Termostato também é importante. Ela deve obedecer à posição original e ter um contato perfeito com o Evaporador.

Fig.3

Mudar as características originais, como por exemplo, mexer na regulagem do Parafuso de Calibração, altera as condições de trabalho do Termostato. Da mesma forma, retirar ou colocar tubo plástico no Bulbo do Termostato (ou trocar o tipo do plástico), também modifica o funcionamento do Termostato, alterando o rendimento do produto.

Outro detalhe é a correta conexão dos fios nos terminais do Termostato. A inversão dos fios altera totalmente o esquema elétrico e pode ocasionar problemas como: Refrigerando pouco, Termostato não liga, Formação excessiva de gelo, etc.

Vida útil do termostato:

O projeto do Termostato tem uma expectativa mínima de uso de 10 anos, podendo ultrapassar 20 anos.Historicamente, quando o Termostato apresenta defeito de fabricação, o mesmo se manifesta nos primeiros 60 dias de uso.

Como avaliar problemas do termostato:

1. O termostato não liga:

Desligue o Termostato e com o auxílio de um Multímetro (ou uma Lâmpada de Teste), verifique se há passagem de corrente pelos terminais;Verifique se o Botão não está na posição "desligado";Verifique se o corpo do Termostato e a sobra do Bulbo (normalmente dentro da caixa do Termostato), estão em um local mais quente do que o local de fixação do Bulbo do Termostato no Evaporador, e acima da temperatura que liga o Termostato (lembre-se que o Termostato atua de acordo com a região mais fria, pelo Bulbo ou pelo seu próprio corpo).

2. O termostato não desliga:

Verifique se o Bulbo do Termostato está fixado corretamente e se é o Termostato correto;Cheque o Esquema Elétrico para verificar se não há conexões incorretas;Verifique as Temperaturas na região de fixação do Bulbo do Termostato. Fixe o Sensor de Temperatura bem junto ao Evaporador e o Bulbo do Termostato.

3. Bulbo do termostato solto, mal fixado ou fora de posição original.

Fixe o Bulbo do Termostato corretamente e no local adequado.

4. Termostato com botão na posição mais quente/mais fria:

Gire o Botão do Termostato para a faixa mais adequada e oriente o consumidor quanto à correta posição de funcionamento do mesmo, de acordo com a temperatura ambiente.

5. Termostato com mau contato:

Desligue o Termostato e com o auxílio de um Multímetro, verifique o valor da resistência ôhmica dos contatos (o valor inicial deve estar próximo a "zero"), e que não deverá variar durante a movimentação do Botão do Termostato.

6. Termostato descalibrado:

Verifique as Temperaturas de liga-desliga do Termostato.

7. Termostato com ruídos (barulho):

O único ruído proveniente do Termostato é ocasionado pelo acionamento da Chave no instante do liga/desliga.Durante o funcionamento do Compressor, o Termostato não faz ruído. Este ruído varia em função dos modelos dos Termostatos, da sua posição e fixação (onde pode ser amplificado ou abafado).

8. Modelo de termostato inadequado:

Externamente os Termostatos são iguais e o que define o seu funcionamento, são as características internas. A troca por modelos "não originais" altera totalmente o funcionamento do produto.

Chave de vazão

As chaves de fluxo são dispositivos que atuam na detecção da vazão em determinados pontos de trabalho em uma escala de 0 a 100%. Esses pontos são valores de vazão/fluxo em processos industriais que, quando atingidos, devem acionar outro dispositivo. Assim sendo, uma chave de fluxo pode ligar ou desligar uma bomba, acionar uma segunda bomba para aumentar a vazão, ligar ou desligar uma resistência de aquecimento, uma caldeira, prever a necessidade de desligar um reator, um trocador de calor devido a falta de fluxo de alimentação, o que não pode acontecer em processos contínuos. A função principal das chaves de fluxo, é o envio de um sinal on/off (continuidade ou descontinuidade) um sistema de controle utilizado nos processos industriais. As chaves de fluxo possuem uma parte sensora e outra parte que é o circuito de saída. A primeira informa ao circuito de saída sua condição atual de fluxo/vazão referente ao ponto de controle (chaveamento). O circuito de saída informa o sistema de controle quanto à condição de fluxo no momento. Dentre as chaves de fluxo principais as mais usadas na indústria são: as chaves de fluxo do tipo palheta, dispersão térmica (calorimétrica) e eletromagnética.

Simbologia

Chave de fluxo tipo palheta

Esta chave possui uma palheta que é movimentada proporcionalmente à vazão em uma tubulação. Conforme a vazão atinge o valor de ajuste para o chaveamento, a palheta se movimentará acionando assim uma micro chave que se encontra na parte do circuito de saída que está hermeticamente separada da parte sensora e, por sua vez, da parte molhada do processo. O princípio dessa chave está baseado na força que um fluído em movimento pode gerar na placa do tipo palheta. Através dessa força ela seria movimentada totalmente no ponto de chaveamento, para depois acionar o seu contato, informando assim o sistema de controle sobre a condição on ou off da vazão no momento.

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Dados técnicos de aplicação da chave de fluxo tipo palheta

Disponibilização: compacta;Montagem: topo da tubulação através de uma conexão do tipo Tee, que pode ser fornecida junto com a chave para facilitar a montagem;Pontos de controle: um ponto por chave/instrumento;Tipos de palheta: redonda ou retangular;Saída: Micro chave;Temperatura de operação: -20 a 120 ºC;Pressão de operação: atmosférica até 100 bar (250 bar em construções especiais).

Essas chaves são indicadas para para fluídos limpos com baixa viscosidade e com baixo índice de sólidos em suspensão. As aplicações para a chave de fluxo tipo palheta vão desde a indústria química, petroquímica, farmacêutica, fabricantes de máquinas e ferramentas e de eletroeletrônicos até plantas de geração de energia. Este tipo de chave de fluxo possui instalação mais simples e não depende da energia elétrica para operar, pois seu acionamento é função apenas da força gerada em sua palheta sensora pelo próprio fluído em movimento, que após movimentar a palheta faz com que a mesma acione micro chave localizada no circuito de saída da chave, e o mesmo envia um sinal on/off (continuidade ou descontinuidade) para o sistema. Desse modo, é utilizado apenas um par de cabos conectado no circuito de saída diretamente no contato que, através desses fios se comunica com uma bobina de um relé ou com uma entrada para um cartão de CLP, para que o processo tenha seqüência.

palheta

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Além disso, as chaves tipo palheta possuem partes móveis e, portanto, necessitam de manutenção preventiva e corretiva. Muitas vezes é necessário substituir a palheta, dependendo da falha. Caso a parte eletrônica do circuito de saída tenha sido molhada, recomendamos a substituição da chave como um todo. Por ser um dispositivo de controle bastante simples e de fácil fabricação, esta chave é encontrada em larga escala, geralmente para pronta entrega, e seu custo é bastante baixo comparado a outras tecnologias. Contudo, sua vida útil é limitada conforme cada aplicação. Veja na figura 1 um exemplo de aplicação das chaves de fluxo tipo palheta.

Chave de fluxo tipo dispersão térmica

Seu princípio de funcionamento está baseado na dispersão térmica, onde um sensor de temperatura é aquecido internamente em alguns graus Celsius acima da temperatura do fluído controlado. Quando o fluído escoa pela tubulação onde a chave de fluxo está instalada, o calor gerado neste sensor é disperso pela velocidade do fluído. Resumindo: quanto maior for a dispersão térmica maior será a vazão, visto que o sensor aquecido tende a reduzir sua temperatura conforme aumenta a vazão. Um segundo sensor de temperatura, não aquecido, é colocado para medir a temperatura do fluído, possibilitando uma referência de comparação. A temperatura do sensor aquecido é medida e comparada com sua temperatura antes do aquecimento (que mede a temperatura do fluído de processo) para efeito de comparação e correção. Com base nas medidas do sensor de temperatura aquecido, que tem sua temperatura dispersa pelo fluído em movimento, e nos registros do sensor da temperatura do fluído para efeito de correção e comparação, o circuito de medição e controle da chave de fluxo avalia os dois sinais correspondentes: a temperatura dispersa do fluído e sua temperatura real.

Dados técnicos de aplicação da chave de fluxo tipo dispersão térmica

Disponibilização: compacta ou remota;Montagem: topo da tubulação;Pontos de controle: um ponto por chave/instrumento;Tipos de sensor: termo-resistências encapsuladas à pequena haste rígida;Saída: contato do tipo relé ou transistor;Temperatura de operação: -20 a 135º C;Pressão de operação: vácuo até 100 bar.

As chaves de fluxo tipo dispersão térmica são indicadas para gases e líquidos limpos, sujos, com alta viscosidade, com sólidos em suspensão, abrasivos, corrosivos ou mesmo líquidos pastosos com tendência em agregar-se na haste sensora, desde que a viscosidade não ultrapasse 1000 cSt. As aplicações para a chave de fluxo tipo dispersão térmica vão desde a indústria química, petroquímica, siderúrgica, alimentos e bebidas, farmacêutica, automobilística, têxtil, fertilizantes, metalúrgica, geração de energia, óleo e gás, papel e celulose, fabricantes de máquinas e ferramentas, eletroeletrônicos até centros de pesquisa.

Elas são altamente confiáveis, robustas, não possuem partes móveis e sua instalação, montagem e configuração são bastante simples, além de não gerarem perdas de carga na tubulação. No entanto, devido a sua eletrônica ser um tanto complexa se comparada com outros tipos de chave de fluxo, necessita de alimentação externa, que dependendo do fabricante do instrumento, pode possuir opções de alimentação de 110, 220 VAC ou 24 VDC. Sua parte sensora é composta por dois sensores de temperatura encapsulados dentro de uma haste curta e também pelo circuito eletrônico que faz as comparações entre a temperatura de dispersão e a do fluído, fazendo o cálculo da vazão instantânea para, depois, acionar o circuito de saída. Este é composto por um circuito receptor que avalia o sinal e conforme estiver ajustada a chave de fluxo (no valor de fluxo de controle/chaveamento), ele aciona o relé de saída para que o mesmo possa enviar o sinal de chaveamento para uma bobina de um relé ou ainda para a entrada de um cartão do CLP, para que o sistema realize sua seqüência no intuito de manter sob controle a variável determinada. Apesar deste tipo de chave possibilitar instalação, montagem e configuração rápida e fácil e estar praticamente livre de manutenção por não possuir partes móveis, se sua eletrônica (ou sensora) for danificada, é recomendada sua substituição, que só deverá ser feita pelo próprio fabricante, pois será necessária uma nova inserção de dados nas unidades EEPROM (memória que pode ser programada e apagada várias vezes, eletricamente) do circuito eletrônico, a recalibração eletrônica de todo o conjunto na melhor das hipóteses. Isso para que a chave possa operar corretamente após a substituição dos componentes e reparos realizados.

A manutenção deste tipo de chave acaba demorando e custa um pouco mais também, mas de qualquer modo o preço no mercado atual está bastante baixo, considerado seus benefícios. Observe na figura 2 um exemplo de aplicação das chaves de fluxo tipo dispersão térmica.

Chave de fluxo tipo eletromagnética

Seu princípio é pela geração de uma tensão induzida em um condutor que se movimenta em direção de um campo magnético. Isso também acontece na medição e detecção do fluxo, visto que o fluído condutivo se movimenta em direção ao campo magnético, e este é gerado por um par de bobinas. A tensão induzida é proporcional a velocidade do fluído e ela é captada por um par de eletrodos incorporados ao sensor. Os eletrodos captam a tensão induzida e a enviam a um amplificador de sinal. Depois, essa tensão vai para um circuito eletrônico microprocessado que avalia o sinal amplificado e o transforma em sinal de vazão através de cálculos.

Quando este circuito mede o valor de fluxo, ele envia suas coordenadas através de um sinal digital para a unidade de saída da chave de fluxo simultâneamente, para que ela execute (ou não) sua saída conforme ajuste do valor de fluxo para chaveamento.

Dados técnicos de aplicação da chave de fluxo tipo eletromagnética

Disponibilização: compacta;Montagem: topo da tubulação;Pontos de controle: um ponto por chave/instrumento;Tipos de sensor: bobina excitadora e eletrodos encapsulados à haste;Saída: contato do tipo relé;Temperatura de operação: -20 a 120º C;Pressão de operação: máximo 16 bar para temperatura de 25 ºC e 10 bar para temperatura de 120 ºC

As aplicações típicas deste tipo de chave englobam líquidos condutivos, são ideais para líquidos de alta viscosidade, sujos, com sólidos em suspensão, pastosos com tendência em agregar-se na haste ou limpos. Geralmente estão presentes na indústria química, geração de energia, tratamento de água,

esgoto e efluentes, indústria de alimentos e bebidas, siderúrgicas, laticínios, metalúrgicas, farmacêutica e papel e celulose. As chaves de fluxo eletromagnéticas são confiáveis e sua precisão está em torno de 2%, o que para uma chave de fluxo é muito bom. Além disso são robustas, não possuem partes móveis, sua instalação, montagem e configuração são muito simples e ainda não geram perda de carga significante na tubulação, mesmo em diâmetros menores. Elas possuem uma unidade eletrônica, mas devido ao campo magnético necessário na geração da tensão induzida, têm um consumo de energia elétrica em torno de 2,5 W. Normalmente, os fabricantes desse tipo de chave de fluxo a fornecem com possibilidade de alimentação de até 24 VDC.

A parte sensora é composta por um par de bobinas pequenas e outro de eletrodos encapsulados internamente a uma pequena haste, um pequeno circuito eletrônico também faz parte da unidade sensora. Este circuito amplifica o sinal de tensão induzida na medição, o avalia e depois aciona a unidade de saída. Esta é composta de um circuito receptor que avalia o sinal e, conforme a chave estiver ajustada para o chaveamento (controle do fluxo), poderá ser acionado o relé de saída ou mantido na mesma condição.

O relé de saída pode estar conectado eletricamente a uma bobina que aciona diversos deles, ao cartão de entrada de um CLP ou outro tipo de hardware que informe ao sistema a situação atual de fluxo/vazão e realize sua seqüência de manobras automáticas para manter o processo sob controle. Com o uso desta chave não é gerada praticamente nenhuma manutenção, pois ela não possui partes móveis e sua instalação, montagem e configuração são fáceis, além disso suas partes eletrônicas tanto a parte sensora quanto a parte de saída raramente são danificadas. O único motivo para danificá-las são situações externas adversas que nada tem a ver com o sistema de controle ou mesmo com o processo, como descargas elétricas próximas ao instrumento, na tubulação onde o instrumento está instalado, etc.

Em casos como este, a única solução viável mais rápida seria a substituição do instrumento por completo. No geral, a chave de fluxo eletromagnética já é encontrada facilmente no mercado fornecedor de equipamentos industriais. Seu custo inicial pode estar um pouco acima das expectativas, se levarmos em consideração o custo de chaves de fluxo do tipo palheta e outros tipos similares mecânicos, contudo a relação custo x benefício é das melhores, uma vez que ela proporciona boa precisão, confiabilidade, não gera manutenção, nem paradas inesperadas. Na figura 3 mostramos um caso típico de aplicação das chaves de fluxo eletromagnéticas.

Chave de nível

As chaves de nível são dispositivos próprios para atuar em determinados pontos fixos para controle de nível como em tanques, vasos, reservatórios, caixas, colunas, reatores, silos, entre outros. Estes pontos fixos são valores de nível em processos industriais que, uma vez atingidos, exigem o acionamento de um outro dispositivo para que sua condição volte ao normal no processo. Assim, uma chave de nível pode ligar ou desligar uma bomba, abrir ou fechar uma válvula, acionar um alarme para indicação de situação anormal e necessidade de intervenção do operador.

A função principal das chaves de nível é enviar um sinal on/off (continuidade ou descontinuidade) para o sistema de controle. O sinal é geralmente executado por um relé conectado eletricamente no circuito da malha correspondente ao processo. As chaves de nível possuem uma parte sensora e outra parte do circuito de saída. O sensor informa ao circuito de saída sua condição atual com respeito a posição de controle (chaveamento). Já o circuito de saída informa ao sistema de controle a condição atual do nível no momento. Dentre as chaves de nível podemos citar as principais que são mais utilizadas na indústria.

Simbologia

Chave de nível Condutiva

Baseada no conceito de um eletrodo no aterramento e outro na detecção de condutividade, ambos devem ser construídos em material condutivo. Geralmente são fabricados em aço inoxidável. Os eletrodos condutivos detectam o nível da superfície de um líquido através da condutividade. Quando o líquido atinge a extremidade da haste do eletrodo de detecção, uma pequena corrente alternada flui entre o eletrodo de detecção e o eletrodo de aterramento. Este é o sinal da detecção da superfície do nível que avisa o circuito de saída, para que o mesmo ative seu sinal, geralmente executado por um relé. Em tanques construídos de material condutivo, as paredes podem ser utilizadas como eletrodo de aterramento. Neste caso, a chave de nível pode ser formada por apenas um eletrodo (de detecção), uma vez que a parede do

tanque será o eletrodo de aterramento. Existem casos em que uma única chave de nível condutiva possui até seis eletrodos de detecção de tamanhos diferentes que executam o chaveamento em seis posições distintas de nível em um tanque.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível condutiva

Disponibilização: compacta ou remotaMontagem: topoPontos de controle: até seis pontos, geralmente, por chave/instrumentoTipos de haste: rígida ou flexívelSaída: relé SPDT (contato seco)Comprimento máximo de controle/detecção: 30 m (haste/eletrodo flexível)Temperatura de operação: -20 a 150 ºCPressão de operação: até 25 bar

As chaves condutivas são contra-indicadas para sólidos, líquidos abrasivos, corrosivos, pastosos, viscosos ou com tendência em agregar-se na haste/eletrodo. Evite a montagem do sensor próximo à alimentação de líquido do tanque, pois além de gerar falsas detecções ele pode romper devido ao excesso de carga lateral.

São muitas as aplicações da chave de nível condutiva. Entre elas podemos citar a indústria alimentícia e de bebidas, farmacêutica, saneamento, têxtil, automobilística, máquinas, ferramentas e eletroeletrônicos, plantas de geração de energia e sistemas de irrigação, entre outras.

As chaves condutivas são desenvolvidas para aplicações que envolvem o controle ou detecção do nível de líquidos condutivos em tanques, reservatórios e poços profundos. Elas são de fácil instalação, não apresentam partes móveis e, portanto, não necessitam de manutenção constante. Veja na figura 1 um exemplo de aplicação das chaves de nível condutivas.

Chave de nível Capacitiva

Esse tipo de chave utiliza o princípio de funcionamento da capacitância, onde um eletrodo formado pela haste sensora e o líquido ou sólido a ser controlado e a parede do tanque forma um capacitor elétrico. O eletrodo da haste sensora e a parede do tanque ou silo formam as placas do capacitor e o produto a ser detectado forma o dielétrico. O produto deve possuir uma constante dielétrica mínima, para que possa contrastar com a constante dielétrica do ar. Com isso o valor de capacitância aumenta com a aproximação do produto a ser detectado à extremidade da haste capacitiva. Quando o nível do produto atinge a posição da haste capacitiva, ela avisa o circuito de saída eletricamente quanto a mudança de capacitância. Neste momento, o nível de produto dentro do tanque ou silo atingiu a posição de chaveamento, para que assim o circuito de saída avise ao sistema sobre a mudança.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível capacitiva

Disponibilização: compacta ou remotaMontagem: Topo ou lateralPontos de Controle: 1 ponto por chave/instrumentoTipos de haste: Rígida ou FlexívelSaída: relé SPDT (contato seco), transistor Comprimento máximo de controle/ detecção: 25 m (haste/eletrodo flexível)Temperatura de operação: -50 a 200 ºC (versões especiais até 400 ºC)Pressão de operação: vácuo até 100 bar (versões especiais até 500 bar)

As chaves capacitivas são contra-indicadas para líquidos e sólidos com constante dielétrica DK menor que 1,5, silos de granulados e pó em geral com alta umidade e variação constante da mesma, pastas com condutividade alta com tendência em agregar-se na haste sensora. Evite a montagem do sensor próximo a alimentação de líquido do tanque ou sólido do silo, pois além de gerar falsas detecções ele pode vir a romper devido a excesso de carga lateral. As principais aplicações da chave de nível capacitiva envolvem a indústria alimentícia e bebidas, química e petroquímica, farmacêutica, saneamento, cimentos e mineração, plantas de geração de energia, papel e celulose, ração animal, tintas além de plástico e borracha.Desenvolvidas para a medição e controle/detecção de nível de líquidos e sólidos que possuem constante dielétrica (DK) a partir de 1,5, elas não apresentam partes móveis e devido ao seu princípio de operação, são extremamente versáteis, podendo ser utilizadas com os mais variados produtos, como líquidos condutivos ou não, líquidos viscosos, líquidos agressivos, materiais granulados, pó, polpas, entre outros. Observe a figura 2.

Chave de nível vibratória

Consiste num garfo tipo diapasão ou haste ressonante que é alimentado por um piezoelétrico e vibra numa freqüência conhecida, aproximadamente de 400 Hz. Um segundo piezoelétrico transfere essa freqüência para o circuito de saída da chave de nível vibratória. Quando este garfo ressonante é coberto em sua extremidade pelo produto o qual está controlando, a freqüência muda, e é detectada pelo circuito de saída que, por sua vez, envia o sinal para o sistema de controle.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível vibratória

Disponibilização: compacta ou remotaMontagem: topo ou lateralPontos de Controle: 1 ponto por chave/instrumentoTipos de haste: haste ou garfoSaída: relé SPDT ou transistorComprimento máximo de controle/ detecção: 25 m (cabo prolongador)Temperatura de operação: - 40 a 150 ºC (versões especiais até 400 ºC)Pressão de operação: até 25 bar

As chaves vibratórias não são indicadas para sólidos e líquidos. Evite a montagem do sensor próximo a alimentação de líquido do tanque ou sólido do silo, pois além de gerar falsas detecções o sensor pode vir a romper devido a excesso de carga lateral. As principais aplicações desta chave de nível podem ser divididas em: indústria alimentícia e bebidas, química e petroquímica, farmacêutica, saneamento, cimentos e mineração, madeira e aparelhados, papel e celulose, ração animal, tintas e de plástico e borracha. Este tipo de chave foi

desenvolvido para o controle/detecção de nível de materiais sólidos ou líquidos e suprir as deficiências de outros tipos de chaves. Uma das aplicações é demonstrada na figura 3.

Chave de nível ultra-sônica

Um sensor piezocerâmico de alta performance emite ondas de ultra-som em direção à superfície do líquido ou sólido que deve ser controlado. Essas ondas são refletidas na superfície do produto e retornam após um pequeno intervalo de tempo ao piezocerâmico de recepção de ultra-som. Com este intervalo de tempo, o circuito de saída da chave de nível detecta a posição atual do nível e executa o chaveamento.

Dados técnicos da aplicação da chave de nível ultra-sônica

Disponibilização: compacta ou remotaMontagem: TopoPontos de Controle: 4 pontos por chave/instrumentoTipo de haste / sensor: emissor/ detector sem contatoSaída: relé SPDTComprimento máximo de controle/ detecção: 60 mTemperatura de operação: - 40 a 80 ºCPressão de operação: até 3 bar

As chaves ultra-sônicas não devem ser utilizadas em sólidos com alta porcentagem de poeira em suspensão, líquidos com formação de gases e vapores em tanques pressurizados ou fechados. Monte o sensor com sua

extremidade sempre paralela, e respeitando o mesmo ângulo da superfície do líquido ou sólido a ser detectado.

Entre as principais aplicações desta chave de nível estão a indústria alimentícia e bebidas, farmacêutica, saneamento, cimento e mineração, madeira e aparelhados, papel e celulose, ração animal e plástico e borracha. Veja a figura 4.

A chave foi desenvolvida para o controle/detecção de nível de materiais sólidos ou líquidos e apresenta excelente precisão e performance, além de não depender do contato físico entre o sensor e o meio controlado para executar sua detecção. Pode ser utilizada nos mais variados materiais como água, efluentes, líquidos inflamáveis ou corrosivos e sólidos como granulados, pó (cal, cimento, farinha), chips de plástico, cavacos de madeira, entre outros.

Chave de nível flutuador (bóia)

Possui um flutuador tipo bóia, daí sua denominação. Geralmente é instalada num ponto alto de um tanque para que quando o líquido contido neste tanque atingir sua posição, a bóia flutue na superfície acionando o circuito de saída para a ligação do mesmo de acordo com a situação do nível do tanque.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível flutuador

Disponibilização: compacta ou remotaMontagem: topo ou lateralPontos de controle: 2 pontos por chave/instrumentoTipo de haste: rígidaSaída: relé SPDTComprimento máximo de controle/ detecção: 6 m

Temperatura de operação: - 10 a 100 ºCPressão de operação: até 10 bar

As chaves do tipo flutuador são contra-indicadas para líquidos com densidade abaixo 0,6 kg/litro, líquidos com alta viscosidade e com presença de sólidos em suspensão. Dentre as principais aplicações podemos destacar a indústria alimentícia e de bebidas, papel e celulose, farmacêutica, saneamento, têxtil, automobilística, máquinas, ferramentas é eletro-eletrônicos e plantas de geração de energia. Este tipo de chave foi desenvolvido para controlar ou detectar o nível de líquido em tanques ou reservatórios, contendo materiais como água, produtos químicos agressivos ou não, alimentícios, combustíveis inflamáveis e outros, acompanhe a figura 5.

Chave de nível rotativa

São dispositivos compostos de um eixo vertical dotado de pequenas pás, que são movimentadas por um motor síncrono. Isso faz com que o eixo vertical e suas pás fiquem girando durante todo o tempo em baixa rotação. Quando o nível de produto dentro do silo atinge o nível das pás da chave de nível rotativa, o movimento do eixo vertical e suas pás são submetidos a resistência. Assim, o motor tende a girar ao contrário, desligando-se automaticamente e acionando o circuito de saída da chave quanto a posição atual do nível.

Dados técnicos de aplicação da chave de nível rotativa

Disponibilização: compactaMontagem: topo ou lateralPontos de Controle: 1 ponto por chave/instrumentoTipo de haste: rígidaSaída: relé SPDTComprimento máximo de controle/ detecção: 6 m

Temperatura de operação: - 20 a 80 ºC (versões especiais até 200 ºC)Pressão de operação: até 6 bar

As chaves rotativas são contra-indicadas para sólidos com densidade abaixo 0,1 ton/m3 ou acima de 2,5 ton/ m3 e com partículas maiores que 50 mm. A indústria alimentícia e bebidas, cimentos e mineração, farmacêutica, ração animal, madeira e aparelhados e papel e celulose são algumas das áreas onde existem aplicações deste tipo de chave. A chave foi desenvolvida para o controle/detecção de nível de sólidos em silos contendo materiais como granulados, pó (cal, cimento, farinha, etc.) além de chips de plástico. Veja as figuras 6 e 7.

Chave limite ou fim de curso

A chave limite ou fim de curso é acionada automaticamente pelo movimento de alguma máquina ou dispositivo. Ela deve ter uma resposta instantânea e confiável.

Em geral, a operação de uma chave fim de curso começa quando uma peça em movimento aciona uma alavanca que atua a chave, quando acionada a chave muda seus contatos.

O tamanho, força de operação, percurso e modo de montagem são os parâmetros críticos na instalação da chave fim de curso.

As chaves fim de curso podem ser usadas como pilotos de circuitos de controle de motores, como proteção ou emergência para evitar o funcionamento impróprio de maquinas. As chaves fim de curso podem ser de contato momentâneos ou retentivos.

Simbologia

CHAVE FIM DE CURSO

http://www.siemens.com.br/medias/IMAGES/14121_20081111145533.jpg

http://pt.wikipedia.org/wiki/Chave_fim_de_curso

Referências Bibliográficas

http://www.mecatronicaatual.com.br/

http://www.eletrodomesticosforum.com/boletim/boletim_brastemp/CD-Brastemp_boletins_02/bt128.pdf

http://www.salcas.com.br

http://pt.wikipedia.org

http://www.siemens.com.br/medias/IMAGES/14121_20081111145533.jpg

Ribeiro, Marco Antônio, Automação Industrial, 4ª edição, 1997, 1998, 199, Tek Treinamento & Consultoria Ltda, Salvador, 10/1999