Fundamentos de Automação
Atuadores e
Elementos Finais de Controle
CURSO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Ministério da educação - MEC
Secretaria de Educação Profissional e Técnica – SETEC
Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do
Rio Grande do Sul – Campus Rio Grande
Curso de Automação Industrial
Disciplina de Fundamentos de Automação – 2
Atuadores e Elementos Finais de Controle
Considerações Iniciais
Os atuadores são responsáveis pela variação de parâmetros do processo a
ser controlado. Praticamente todas as ações físicas realizáveis por um
operador humano sobre um processo podem ser realizadas (com maior
precisão) por um atuador controlado eletronicamente.
Estes dispositivos recebem as informações enviadas pelo sistema, com a
finalidade de auxiliar ou até mesmo realizar diretamente um trabalho elétrico,
mecânico, pneumático ou hidráulico em uma máquina ou processo industrial, ou
apenas a fim de realizar sinalização visual ou sonora aos operadores.
Entre esses elementos, podemos citar: relés, contatores, solenóides de
válvulas, cilindros, válvulas de controle proporcional, inversores de
frequência, motores, entre outros.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Localização de um Atuador em um Diagrama de Controle de
Processo
Controlador
Processo
Atuador
Transmissor
Sensor
Setpoint
correção variável
manipulada variável
controlada
realimentação
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
O que é um atuador?
Dispositivo destinado a executar uma ação:
– Ligação um motor;
– Movimentação de uma esteira;
– Abertura/fechamento de uma válvula;
– Dosagem de material.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Tipos de Atuadores
Cilindros
Também conhecidos como
atuadores pneumáticos ou
hidráulicos, que transformam
a pressão do ar comprimido
ou do óleo, em movimento
linear e força. Os tipos de
cilindros lineares mais
utilizados são o de simples
ação e o de dupla-ação.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Tipos de Atuadores
Cilindros Simples Ação
Os cilindros de simples ação,
possuem um único orifício
pelo qual o ar ou óleo e sai.
Ao colocarmos pressão
nestes cilindros eles são
movimentados e ao
retirarmos pressão, uma
mola retorna a haste do
cilindro para a posição
original.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Tipos de Atuadores
Cilindros Dupla Ação
Os cilindros de dupla-ação, possuem dois orifícios pelos quais podem entrar e
sair o ar ou óleo, dependendo do movimento desejado, portanto, um orifício
serve para o avanço do cilindro e outro para o seu retorno. O fluxo de ar ou
óleo que o cilindro recebe, é transmitido por válvulas direcionais, que podem
ser acionadas por comando manual, elétrico, pneumático ou mecânico.
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Motores elétricos
São equipamentos que, quando energizados, realizam movimentos giratórios
de seu eixo, que podem ser medidos em Rotações por minuto (Rpm).
Existem motores de diversos tipos e finalidades, variando de acordo com sua
forma construtiva e tipo de alimentação (tensão contínua ou alternada),
consumo de corrente, etc.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle Tipos de Atuadores
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Atuadores e Elementos Finais de Controle Tipos de Atuadores
São utilizados para inúmeras aplicações: movimentar e acionar esteiras,
elevadores, bombas, compressores, partes móveis de máquinas, extrusoras,
robôs, misturadores, ventiladores, furadeiras, bem como sua utilização já
bastante difundida na área de eletrodomésticos, automóveis, aviões, etc.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle Tipos de Atuadores
Relés
São chaves composta de vários contatos, acionadas por bobinas eletromagnéticas.
São utilizados para comando, sinalização e intertravamento de circuitos elétricos.
Quando a bobina é energizada, os contatos NA (normal aberto) fecham e os
contatos NF (normal fechado) abrem, permitindo ou interrompendo a passagem de
corrente elétrica por eles. Quando a bobina é desenergizada, uma mola retorna os
contatos a posição original.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle Tipos de Atuadores
Contatores
Apresentam as mesmas características dos relés, porém seus contatos são
dimensionados para suportarem correntes mais elevadas, permitindo assim
sua utilização no acionamento direto de motores.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Válvula de Controle
É um equipamento usado para modificar a vazão de um fluido em um processo. Como elemento final de controle, as válvulas são normalmente culpadas por todo e qualquer problema que ocorre no processo. Quando falamos de válvula de controle podemos imaginar apenas a válvula, ou seja, o dispositivo mecânico instalado na tubulação que controla a passagem do produto, seja ele líquido ou gás. Contudo, por estarmos em um curso de automação vamos nos referir às válvulas com controle automático de posição, lembrando que ela é, na verdade, um conjunto formado por três partes: 1- a válvula propriamente dita, que restringe mecanicamente o produto na tubulação onde está instalada através do deslocamento do obturador na sede, produzido pela haste;
2- um atuador, que transforma a energia em movimento para a válvula;
3- um posicionador, um circuito eletrônico, eletropneumático ou eletro-hidráulico que controla o atuador para otimizar o funcionamento da válvula.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Tipos de Válvulas de Controle
As válvulas de controle podem ser classificadas de acordo com a forma
geométrica do elemento de restrição. Os tipos de válvulas com maior
aplicação podem ser vistas na figura a seguir:
Obs: Existem centenas de formatos para as válvulas de controle.
Exemplos: válvulas de retenção, válvulas de alívio, válvulas de
diafragma, válvulas em “Y”, entre outras.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
Tipos de Válvulas de Controle
Válvula Borboleta: podem ser utilizadas como válvulas de
regulagem e de bloqueio. O seu fechamento é feito pela
rotação de uma peça circular (disco), em torno de um eixo
perpendicular à direção do escoamento do fluído. Possuem
baixo custo inicial e de manutenção, peso reduzido, alta
capacidade de vazão e resistência à erosão.
Válvula Globo: É a válvula mais usada para regulagem
eficiente de serviços críticos de fluídos limpos, os quais
podem danificar os componentes internos. Usada
extensivamente em controle automático de processos.
Encontrada em grande variedade de tamanhos e
aplicada em uma grande faixa de pressão e temperatura.
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Tipos de Válvulas de Controle
Válvula de Gaveta: não altera a direção do
fluxo quando aberta. Se usada para regulagem
de fluxo, apresenta a tendência de erodir
rapidamente pela formação de bolhas (cavitação).
Existe uma grande variedade de tamanhos e
aplicadas em uma ampla faixa de pressões e
temperaturas.
Válvula de Esfera: é construída por um corpo em
cujo interior aloja uma esfera oca, que permite uma
passagem bastante livre. São simples, compactas
e de abertura rápida. Existem em pequena variedade
de tamanhos e aplicadas em uma ampla faixa de
temperaturas e pressões.
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Atuadores em Válvulas de Controle
Mecânicos (1% das aplicações) Elétricos ou eletromecânicos
(11% das aplicações)
Hidráulicos (1% das aplicações) Pneumáticos (87% das aplicações)
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Válvula de Controle - características
Deslocamento
A válvula de controle pode ser classificada de acordo com o tipo de
deslocamento da peça móvel que restringe a passagem de produto. A válvula
de deslocamento linear descreve um movimento retilíneo, como por exemplo
a válvula globo e gaveta. Na válvula de controle com deslocamento rotativo,
a peça móvel descreve um movimento de rotação, como nas válvulas esfera
e borboleta.
Ação
A válvula de controle, como um equipamento dentro de uma malha de
controle, poderá ser de ação direta (fecha com sinal na alimentação, e abre
sem sinal ou com falha), ou de ação reversa (abre com sinal na alimentação, e
fecha sem sinal ou com falha).
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Válvula de Controle - características
Desempenho (característica de vazão)
O desempenho de uma válvula depende da forma e do tipo de obturador
utilizado e como o mesmo reduz a área do orifício (sede) através do qual
passa o fluido. A característica de vazão de uma válvula demonstra a
proporcionalidade da variação da vazão do fluido em relação à variação do
deslocamento da haste.
Existem três características de vazão:
a linear, a
de abertura rápida e
de igual percentagem.
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Válvula de Controle – característica de vazão
Linear– iguais incrementos do curso
corresponde a iguais incrementos da vazão
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Válvula de Controle – característica de vazão
Abertura rápida – produz uma grande
variação na taxa de vazão, para uma
pequena variação na posição da haste.
Este tipo de válvula é freqüentemente
utilizado em controles on-off (liga-desliga)
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Válvula de Controle – característica de vazão
Igual percentagem - acréscimos
iguais no curso da haste produzem
percentagens iguais ao acréscimos em
relação à vazão do momento.
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Atuadores e Elementos Finais de Controle
PONTO DE REFLEXÃO:
Quais são os principais atuadores e elementos finais de controle estudados?
Qual a finalidade dos atuadores em um sistema de malha fechada?
O que é a característica de vazão de uma válvula de controle?
Quais as partes formadoras de uma válvula de controle?
Cite exemplos de aplicações para motores elétricos e cilindros industriais.