Automação Industrial (Telecurso 2000)

Apresenta o

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este m dulo voc tem uma vis o das diversas tecnologias relativas aos sistemas automatizados que s o utilizados nas ind strias.

De forma bastante simplificada, abordamos elementos da automa o que, aparentemente, parecem complexos e at mesmo assustadores, como rob s, m quinas CNC, sistemas CAD/CAM, intelig ncia artificial, realidade virtual etc. No entanto, voc ver que s o assuntos de f cil entendimento, exigindo, apenas, seu estudo com aten o.

Para favorecer uma aprendizagem r pida do conte do das aulas, o m dulo se inicia com conceitos b sicos da automa o, como sistemas de acionamento, l gica digital, atuadores pneum ticos e hidr ulicos, motores e sensores. Gradativamente, esses conceitos v o sendo ampliados e aprofundados para que voc aprenda o que essencial no uso da automa o em processos de produ o industrial.

Mais importante do que conhecer as tecnologias, voc saber como e onde utiliz -las, tendo em vista o processo de moderniza o das ind strias nacionais.

Ao final de cada unidade, voc tem oportunidade de avaliar sua aprendizagem, fazendo os exerc cios apresentados e conferindo suas respostas com as do gabarito, que se encontra no final do livro.

Boa sorte!

Autores Francisco Carlos D'Em lio Borges Augusto Lins de Albuquerque Neto S rgio Luiz Rabelo de Almeida S lvio Luiz Martins de Oliveira Texto N via Gordo Colabora o J se Roberto Nunes do Esp rito Santo

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Introdu o automa o

Um problema

oc j reparou que a automa o faz parte do dia-a-dia do homem moderno? Pela manh , o r dio-rel gio automaticamente dispara o alarme para acord -lo e come a a dar as not cias do dia. Nessa mesma hora, algu m esquenta o p o para o caf da manh numa torradeira el trica, ajustando o tempo de aquecimento. Na sala, uma crian a liga o videocassete, que havia sido programado para gravar seu programa infantil predileto da semana anterior. Quando a casa esquenta pela incid ncia dos raios solares, o ar condicionado insufla mais ar frio, mantendo a temperatura agrad vel. Esses simples fatos evidenciam como a automa o faz parte da vida cotidiana.

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Conceito

Automa o um sistema de equipamentos eletr nicos e/ou mec nicos que controlam seu pr prio funcionamento, quase sem a interven o do homem. Automa o diferente de mecaniza o. A mecaniza o consiste simplesmente no uso de m quinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esfor o f sico do homem. J a automa o possibilita fazer um trabalho por meio de m quinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas.

Desenvolvimento da automa o

As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais ocorreram na pr -hist ria. Inven es como a roda, o moinho movido por vento ou for a animal e as rodas d' gua demonstram a criatividade do homem para poupar esfor o. Por m, a automa o s ganhou destaque na sociedade quando o sistema de produ o agr rio e artesanal transformou-se em industrial, a partir da segunda metade do s culo XVIII, inicialmente na Inglaterra. Os sistemas inteiramente autom ticos surgiram no in cio do s culo XX. Entretanto, bem antes disso foram inventados dispositivos simples e semiautom ticos.

Devido necessidade de aumentar a produ o e a produtividade, surgiu uma s rie de inova es tecnol gicas: m quinas modernas, capazes de produzir com maior precis o e rapidez em rela o ao trabalho feito m o; utiliza o de fontes alternativas de energia, como o vapor, inicialmente aplicado a m quinas em substitui o s energias hidr ulica e muscular. Por volta de 1788, James Watt desenvolveu um mecanismo de regulagem do fluxo de vapor em m quinas. Isto pode ser considerado um dos primeiros sistemas de controle com realimenta o. O regulador consistia num eixo vertical com dois bra os pr ximos ao topo, tendo em cada extremidade uma bola pesada. Com isso, a m quina funcionava de modo a se regular sozinha, automaticamente, por meio de um la o de realimenta o.

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A partir de 1870, tamb m a energia el trica passou a ser utilizada e a estimular ind strias como a do a o, a qu mica e a de m quinas-ferramenta. O setor de transportes progrediu bastante gra as expans o das estradas de ferro e ind stria naval. No s culo XX, a tecnologia da automa o passou a contar com computadores, servomecanismos e controladores program veis. Os computadores s o o alicerce de toda a tecnologia da automa o contempor nea. Encontramos exemplos de sua aplica o praticamente em todas as reas do conhecimento e da atividade humana. Por exemplo, ao entrarmos num banco para retirar um simples extrato somos obrigados a interagir com um computador. Passamos o cart o magn tico, informamos nossa senha e em poucos segundos obtemos a movimenta o banc ria impressa.

A origem do computador est relacionada necessidade de automatizar c lculos, evidenciada inicialmente no uso de bacos pelos babil nios, entre 2000 e 3000 a.C.

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O marco seguinte foi a inven o da r gua de c lculo e, posteriormente, da m quina aritm tica, que efetuava somas e subtra es por transmiss es de engrenagens. George Boole desenvolveu a lgebra booleana, que cont m os princ pios bin rios, posteriormente aplicados s opera es internas de computadores. Em 1880, Herman Hollerith criou um novo m todo, baseado na utiliza o de cart es perfurados, para automatizar algumas tarefas de tabula o do censo norte-americano. Os resultados do censo, que antes demoravam mais de dez anos para serem tabulados, foram obtidos em apenas seis semanas! O xito intensificou o uso desta m quina que, por sua vez, norteou a cria o da m quina IBM, bastante parecida com o computador. Em 1946, foi desenvolvido o primeiro computador de grande porte, completamente eletr nico. O Eniac, como foi chamado, ocupava mais de 180 m e pesava 30 toneladas. Funcionava com v lvulas e rel s que consumiam 150.000 watts de pot ncia para realizar cerca de 5.000 c lculos aritm ticos por segundo. Esta inven o caracterizou o que seria a primeira gera o de computadores computadores, que utilizava tecnologia de v lvulas eletr nicas. A segunda gera o de computadores marcada pelo uso de transistores (1952). Estes componentes n o precisam se aquecer para funcionar, consomem menos energia e s o mais confi veis. Seu tamanho era cem vezes menor que o de uma v lvula, permitindo que os computadores ocupassem muito menos espa o. Com o desenvolvimento tecnol gico, foi poss vel colocar milhares de transistores numa pastilha de sil cio de 1 cm , o que resultou no circuito computadores, integrado (CI). Os CIs deram origem terceira gera o de computadores com redu o significativa de tamanho e aumento da capacidade de processamento. Em 1975, surgiram os circuitos integrados em escala muito grande (VLSI). Os chamados chips constitu ram a quarta gera o de computadores Foram computadores. ent o criados os computadores pessoais, de tamanho reduzido e baixo custo de fabrica o. Para se ter id ia do n vel de desenvolvimento desses computadores nos ltimos quarenta anos, enquanto o Eniac fazia apenas 5 mil c lculos por segundo, um chip atual faz 50 milh es de c lculos no mesmo tempo. Voltando a 1948, o americano John T. Parsons desenvolveu um m todo de emprego de cart es perfurados com informa es para controlar os movimentos de uma m quina-ferramenta. Demonstrado o invento, a For a A rea patrocinou uma s rie de projetos de pesquisa, coordenados pelo laborat rio de servomecanismos do Instituto Tecnol gico de Massachusetts (MIT). Poucos anos depois, o MIT desenvolveu um prot tipo de uma fresadora com tr s eixos dotados de servomecanismos de posi o. A partir desta poca, fabricantes de m quinas-ferramenta come aram a desenvolver projetos particulares.

Essa atividade deu origem ao comando num rico que implementou num rico, uma forma program vel de automa o com processo controlado por n meros, letras ou s mbolos. Com esse equipamento, o MIT desenvolveu uma linguagem de programa o que auxilia a entrada de comandos de trajet rias de ferramentas na m quina. Trata-se da linguagem APT (do ingl s, Automatically Programmed Tools , ou "Ferramentas Programadas Automaticamente"). Os rob s (do tcheco robota, que significa "escravo, trabalho for ado") substitu ram a m o-de-obra no transporte de materiais e em atividades perigosas. O rob program vel foi projetado em 1954 pelo americano George Devol, que mais tarde fundou a f brica de rob s Unimation. Poucos anos depois, a GM instalou rob s em sua linha de produ o para soldagem de carrocerias. Ainda nos anos 50, surge a id ia da computa o gr fica interativa forma interativa: de entrada de dados por meio de s mbolos gr ficos com respostas em tempo real. O MIT produziu figuras simples por meio da interface de tubo de raios cat dicos (id ntico ao tubo de imagem de um televisor) com um computador. Em 1959, a GM come ou a explorar a computa o gr fica. A d cada de 1960 foi o per odo mais cr tico das pesquisas na rea de computa o gr fica interativa. Na poca, o grande passo da pesquisa foi o desenvolvimento do sistema sketchpad, que tornou poss vel criar desenhos e altera es de objetos de maneira interativa, num tubo de raios cat dicos. No in cio dos anos 60, o termo CAD (do ingl s Computer Aided Design ou "Projeto Auxiliado por Computador") come ou a ser utilizado para indicar os sistemas gr ficos orientados para projetos. Nos anos 70, as pesquisas desenvolvidas na d cada anterior come aram a dar frutos. Setores governamentais e industriais passaram a reconhecer a import ncia da computa o gr fica como forma de aumentar a produtividade. Na d cada de 1980, as pesquisas visaram integra o e/ou automatiza o dos diversos elementos de projeto e manufatura com o objetivo de criar a f brica do futuro. O foco das pesquisas foi expandir os sistemas CAD/CAM (Projeto e Manufatura Auxiliados por Computador). Desenvolveu-se tamb m o modelamento geom trico tridimensional com mais aplica es de engenharia (CAE Engenharia Auxiliada por Computador). Alguns exemplos dessas CAE aplica es s o a an lise e simula o de mecanismos, o projeto e an lise de inje o de moldes e a aplica o do m todo dos elementos finitos. Hoje, os conceitos de integra o total do ambiente produtivo com o uso dos sistemas de comunica o de dados e novas t cnicas de gerenciamento est o se disseminando rapidamente. O CIM (Manufatura Integrada por Computador) j uma realidade.

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Componentes da automa o

A maioria dos sistemas modernos de automa o, como os utilizados nas ind strias automobil stica e petroqu mica e nos supermercados, extremamente complexa e requer muitos ciclos de realimenta o. Cada sistema de automa o comp e-se de cinco elementos: acionamento prov o sistema de energia para atingir determinado acionamento: objetivo. o caso dos motores el tricos, pist es hidr ulicos etc.; sensoriamento mede o desempenho do sistema de automa o ou uma sensoriamento: propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para medi o de temperatura e encoders para medi o de velocidade; controle utiliza a informa o dos sensores para regular o acionamento. controle: Por exemplo, para manter o n vel de gua num reservat rio, usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma v lvula, de acordo com o consumo. Mesmo um rob requer um controlador, para acionar o motor el trico que o movimenta; comparador ou elemento de decis o compara os valores medidos decis o: com valores preestabelecidos e toma a decis o de quando atuar no sistema. Como exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores;

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Programas: tamb m chamados softwares, s o conjuntos de instru es l gicas, seq encialmente organizadas. Indicam ao controlador ou ao computador o que fazer.

programas cont m informa es de processo e permitem controlar programas: as intera es entre os diversos componentes.

Classifica o

A automa o pode ser classificada de acordo com suas diversas reas de aplica o. Por exemplo: automa o banc ria, comercial, industrial, agr cola, de comunica es, transportes. A automa o industrial pode ser desdobrada em automa o de planejamento, de projeto, de produ o. Essa automa o pode ser classificada tamb m quanto ao grau de flexibilidade. A flexibilidade de um sistema de automa o depende do tipo e da quantidade do produto desejado. Isto significa que quanto mais variados forem os produtos e menor a sua quantidade, mais flex vel ser o sistema de automa o. O quadro a seguir apresenta uma classifica o de tipos de processo e de produ o e respectivos sistemas de produ o.

CATEGORIA

DESCRI O

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Processo de fluxo cont nuo

Produ o em massa (seriada)

Produ o em lotes

Produ o individualizada (ferramentaria)

Sistema de produ o cont nua de grandes quantidades de produto, normalmente p ou l quido. Exemplo: refinarias e ind strias qu micas. Sistema de produ o de um produto com pouca varia o. Exemplo: autom veis e eletrodom sticos. Sistema de produ o de uma quantidade m dia de um produto que pode ser repetido periodicamente. Exemplo: livros e roupas. Sistema de produ o freq ente de cada tipo de produto, em pouca quantidade. Exemplo: prot tipos, ferramentas e dispositivos.

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Aplica es da automa o

Para fixar os conceitos at aqui explicados, damos a seguir o exemplo de um sistema autom tico de controle de fluxo de pessoas em academias de gin stica. Este sistema tem um leitor ptico laser e um computador digital de alto desempenho. Quando um associado quer utilizar a academia, passa um cart o pessoal, com um c digo de barras, pelo leitor ptico (elemento sensor). O dado de entrada convertido em sinais el tricos e enviado ao computador. O cliente identificado (programa). Caso sua situa o esteja em ordem (pagamento de mensalidades, exame m dico etc.), o computador envia um sinal para libera o da catraca (elemento de acionamento) e em seguida registra a ocorr ncia num banco de dados, para consultas posteriores.

Outras aplica es

O desenvolvimento de elementos sensores cada vez mais poderosos e o baixo custo do hardware computacional v m possibilitando aplicar a automa o numa vasta gama de equipamentos e sistemas. Por exemplo: Produtos de consumo Eletroeletr nicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores. Carros com sistemas de inje o microprocessada, que aumentam o desempenho e reduzem o consumo de combust vel. Ind strias mec nicas Rob s controlados por computador. CAD/CAM, que integra ambientes de projeto e manufatura. CNC. Bancos Caixas autom ticos.

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Comunica es Chaveamento de chamadas telef nicas. Comunica es via sat lite. Telefonia celular. Correios. Transportes Controle de tr fego de ve culos. Sistemas de radar. Pilotos autom ticos. Sistemas autom ticos de seguran a. Medicina Diagn stico e exames.

O impacto da automa o na sociedade

O processo de automa o em diversos setores da atividade humana trouxe uma s rie de benef cios sociedade. A automa o geralmente reduz custos e aumenta a produtividade do trabalho. Este aumento possibilita mais tempo livre e melhor sal rio para a maioria dos trabalhadores. Al m disso, a automa o pode livrar os trabalhadores de atividades mon tonas, repetitivas ou mesmo perigosas. O esquadr o antibomba da pol cia americana, por exemplo, disp e de rob s para detectar e desarmar bombas e reduzir riscos de acidentes com explos es inesperadas. Apesar dos benef cios, o aumento da automa o vem causando tamb m s rios problemas para os trabalhadores: aumento do n vel de desemprego, principalmente nas reas em que atuam profissionais de baixo n vel de qualifica o; a experi ncia de um trabalhador se torna rapidamente obsoleta; muitos empregos que eram importantes est o se extinguindo: o que vem ocorrendo com as telefonistas, perfeitamente substitu veis por centrais de telefonia autom ticas; aumento das aus ncias no trabalho, falta de coleguismo, alcoolismo ou consumo de drogas, que alteram o comportamento dos indiv duos no ambiente de trabalho. De certa forma, esse processo de aliena o deriva do sentimento de submiss o do trabalhador m quina, da falta de desafios.

Esses problemas, no entanto, podem ser solucionados com programas cont nuos de aprendizagem e reciclagem de trabalhadores para novas fun es. Al m disso, as ind strias de computadores, m quinas automatizadas e servi os v m criando um n mero de empregos igual ou superior queles que foram eliminados no setor produtivo.

Teste sua aprendizagem. Fa a os exerc cios e confira suas respostas com as do gabarito.

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Exerc cios

Marque com X a resposta correta. Exerc cio 1 A automa o permite substituir a m o-de-obra humana por: a) ( ) m quinas; b) ( ) animais; c) ( ) energia; d) ( ) escravos. Exerc cio 2 Um dos motivos que levam as empresas a automatizarem seus processos : a) ( ) reduzir a qualidade; b) ( ) aumentar os custos de opera o; c) ( ) reduzir a produtividade; d) ( ) satisfazer o cliente. Exerc cio 3 A sigla CAD significa: a) ( ) desempenho auxiliado por computador; b) ( ) projeto auxiliado por computador; c) ( ) manufatura auxiliada por computador; d) ( ) desenho auxiliado pela prancheta. Exerc cio 4 A primeira tecnologia utilizada na constru o de computadores foi: a) ( ) inversores; b) ( ) circuitos integrados; c) ( ) v lvulas; d) ( ) transistores.

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Ciclo de um produto

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Um problema

oc j percebeu, ao andar pelos corredores de um supermercado, a infinidade de produtos industrializados? Desde alimentos a produtos de limpeza e eletrodom sticos, s o incont veis as marcas, os tamanhos, os fabricantes, as cores, as fun es etc. Como esses produtos chegam ao supermercado para que possamos compr los? Como o fabricante descobriu que havia necessidade exatamente daquele produto? De que forma ele foi fabricado? E o seu custo? Esta aula visa mostrar como se desenvolve um produto, desde sua concep o at a coloca o no mercado, e tamb m de que modo as tecnologias de automa o podem ser utilizadas.

Introdu o

O progresso da automa o, conforme foi visto na aula anterior, tem melhorado sensivelmente o padr o de vida da popula o, principalmente devido ao aumento dos n veis de produtividade do trabalho. Junto com as inova es tecnol gicas, ocorreram nas ltimas d cadas modifica es na rela o da empresa com o mercado consumidor. Hoje, uma televis o custa bem menos do que h uma d cada, mesmo acrescida de todos os recursos tecnol gicos (controle remoto, por exemplo). E ainda pode ser encontrada em diferentes modelos e tamanhos. Seus fabricantes, antes restritos aos pa ses de origem, hoje competem em n vel mundial. Da mesma forma, muitos produtos que eram fabricados em grandes lotes, hoje se adaptam ao tamanho do mercado.

Ciclo do produto

A figura a seguir ilustra o ciclo de desenvolvimento de um produto, ressaltando as atividades principais.

CICLO DE DESENVOLVIMENTO DE UM PRODUTO

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Analisaremos cada etapa desse ciclo isoladamente.

Projeto

Suponha que voc queira montar seu pr prio neg cio no ramo industrial e tenha capital para isso. Quais seriam os passos necess rios? Primeiro preciso pensar no produto que a empresa vai vender. Qual o produto? Como ele deve ser? Quanto vai custar? A quem deve atender? Como deve funcionar?

Muitos pesquisadores analisaram estas quest es e, a partir delas, definiram um esquema geral que corresponde a um projeto projeto.

Um projeto pode ser entendido como um conjunto de decis es que solucionam um dado problema ou atendem a uma necessidade.

Um projeto pode ser caracterizado pelas etapas apresentadas num fluxograma, conforme o modelo ao lado.

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Reconhecimento

Reconhecer o que necess rio requer observa o do meio em que se vive. O telefone, por exemplo, surgiu como resposta necessidade das pessoas de se comunicarem a dist ncia. Um copo, por sua vez, atende necessidade de conter e reservar l quidos. A necessidade nem sempre evidente, mas pode ser identificada por certos aspectos. Por exemplo, a necessidade de fazer alguma coisa a respeito de uma m quina de lavar roupa pode ser indicada pelo n vel de ru do da m quina, pela qualidade da roupa lavada ou pelo consumo exagerado de energia. Por outro lado, reconhece-se facilmente uma necessidade depois que algu m a exp e. Assim, atualmente tornou-se importante adotar medidas de prote o da camada de oz nio, melhorar os transportes coletivos nas grandes cidades e reduzir a polui o do ar e da gua, a fim de melhorar a qualidade de vida.

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Identifica o

Identificar a necessidade e a defini o do problema s o coisas diferentes. A defini o do problema bem mais espec fica. Por exemplo, se a necessidade a ser atendida melhorar o sistema de transportes coletivos, a defini o do problema pode ser aumentar a quantidade de nibus, investir no metr ou mesmo construir corredores especiais para nibus. A defini o do problema deve incluir todas as especifica es para o objeto que se deseja projetar. As especifica es indicam os elementos de entrada, as respostas, as caracter sticas e as dimens es que o objeto deve ter, o espa o ocupado e todas as limita es dessas quantidades. A defini o do problema deve levar em conta os aspectos b sicos de projeto. Por exemplo, se estamos projetando uma estrutura met lica, a resist ncia de um elemento um aspecto importante na determina o da geometria e das dimens es desse elemento. J no projeto de um copo pl stico, o formato geom trico deve favorecer boas condi es de execu o do projeto.

S ntese e an lise

Depois de definir e especificar o problema, o pr ximo passo do projeto identificar meios para a sua solu o. Nesta fase, deve-se analisar todas as alternativas de solu o com base em crit rios preestabelecidos. Ap s definir a melhor forma de solu o, faz-se um modelo do objeto a ser executado. Ou seja, primeiro deve-se fazer a an lise das poss veis solu es e, depois, a s ntese, ou seja, o projeto ou o modelo. Espera-se encontrar um modelo semelhante ao sistema f sico real. Criando-se um modelo matem tico, simplifica-se o sistema f sico de modo que ele possa ser analisado. A simplifica o de um modelo pode ser melhor entendida no exemplo da figura ao lado, que mostra um cadinho contendo ferro em estado fundente.

esquema do cadinho

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modelo simplificado

Podemos determinar a massa aproximada do l quido, simplificando sua geometria original em um cilindro.

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Avalia o

A avalia o consta de uma prova final, que visa verificar se um projeto est satisfat rio. Normalmente, a avalia o envolve o teste de um prot tipo em laborat rio. O objetivo verificar se o projeto satisfaz realmente s necessidades estabelecidas. Algumas perguntas devem ser respondidas: O produto confi vel? Sua fabrica o econ mica? A manuten o simples? O produto f cil de regular? Um passo final e necess rio no processo do projeto apresent -lo a outras pessoas. A humanidade teria perdido muitos grandes projetos, inven es e trabalhos criativos se os seus criadores n o tivessem sido capazes de explic -los a outros. As obras de Bach, por exemplo, n o teriam chegado at n s se ele n o as tivesse escrito e divulgado. Um projeto de engenharia bem documentado compreende: desenhos de fabrica o e de conjunto, lista de materiais e normas para controle de qualidade.

Resumindo:

A identifica o de uma necessidade relaciona-se com a identifica o de um problema que requer solu o. O problema definido orienta o projeto, nos seguintes aspectos: especifica es t cnicas (funcionais e operacionais), plano de investimentos, padr es de qualidade, custos etc. A partir desses dados, procedemos a uma an lise das poss veis solu es at que se obtenha a que melhor satisfa a a crit rios predeterminados. A avalia o consta de testes do produto, que permitam verificar seu desempenho. Por ltimo, elaboram-se os desenhos detalhados de fabrica o de todos os componentes.

Fabrica o da pe a

Vamos supor que temos o projeto de um pe o para jogo de xadrez, e o desenho de fabrica o correspondente, conforme a figura ao lado. Nosso objetivo agora fabricar o pe o. Vejamos as etapas b sicas da fabrica o.

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Planejamento

A primeira tarefa consiste em planejar o processo de fabrica o do pe o. Vamos selecionar e definir em detalhes os processos a serem executados numa pe a, de acordo com as suas especifica es. O planejamento de processo pode ser definido como o ato de preparar instru es de opera o detalhadas para transformar um desenho de engenharia em produto final. Dessa forma, a fabrica o do produto passa pelas seguintes etapas: determina o do m todo, dispositivo de fixa o e equipamento, levandose em conta as padroniza es existentes; determina o da seq ncia das modalidades de processo (torneamento, fresamento, fura o etc.) e das respectivas opera es (faceamento, torneamento cil ndrico etc.); sele o das ferramentas aplic veis; sele o das condi es de processo, velocidade de corte, avan o, profundidade etc. Adaptando estes itens ao projeto do pe o, obtemos a seguinte tabela:

EQUIPAMENTO: TORNO DISPOSITIVO DE FIXA O: PLACA DE TR S CASTANHAS

SEQ NCIA DE OPERA ES FERRAMENTAS

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- MATERIAL: A O ABNT 1045

CONDI ES DE USINAGEM

1. Torneamento de desbaste 2. Acabamento do perfil 3. Sangramento

Desbaste Acabamento Bedame

Vc = 150 m/min f = 0,6 mm/rota o Vc = 250 m/min f = 0,05 mm/rota o Vc = 100 m/min f = 0,4 mm/rota o

Dados de planejamento de processo para o pe o: Vc a velocidade de corte e f o avan o de corte.

A figura a seguir ilustra cada opera o com suas respectivas ferramentas.

Poss vel seq ncia de fabrica o do pe o

1. opera o de desbaste

2. acabamento do perfil

3. sangramento

O conjunto das decis es tomadas em cada uma das etapas anteriores n o nico. Por exemplo, se mudarmos a velocidade de corte da opera o n 1, de 150 m/min para 180 m/min, estar amos com outra solu o. As solu es devem basear-se em crit rios que otimizem medidas de custo ou tempo de fabrica o. O resultado do planejamento do processo um plano tamb m conhecido como roteiro ou folha de processo. Ele orienta, detalhadamente, como fabricar determinado componente.

N o s o setor de produ o que necessita das informa es contidas nas folhas de processo. Por exemplo, para o Planejamento e Controle da Produ o necess ria a seq ncia de opera es e respectivos tempos das opera es para definir o n vel de utiliza o dos equipamentos e a capacidade da empresa para atender a um pedido de cliente. Na contabilidade de custos, o plano de processos facilita uma estimativa dos custos de fabrica o de um componente, ainda na fase de projeto, permitindo comparar solu es tecnicamente vi veis. Planejamento e pedido de material De posse da lista de material feita pelo projetista, o encarregado do processamento verifica se todo o material est dispon vel em estoque e, se for o caso, compra os itens que faltam. Programa o e controle da produ o (PCP) A produ o de um componente deve ser programada segundo a capacidade produtiva, levando-se em conta a disponibilidade de material, os dispositivos de fixa o, ferramentas, m o-de-obra etc. Manufatura e montagem A pe a trabalhada em m quinas espec ficas que implementam o processo de fabrica o. No caso do pe o, utilizar amos um torno de comando num rico, dotado de uma placa de tr s castanhas. Controle de qualidade Ao final de cada etapa de fabrica o, as pe as devem ser inspecionadas para se verificar se atendem s especifica es t cnicas do projeto, escritas na documenta o do projeto. Para isso, podem ser empregados instrumentos de medi o. Entrega ao cliente O produto embalado e entregue ao cliente.

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Impacto das tecnologias de automa o no ciclo do produto

N o exagero dizer que em cada etapa seria poss vel inserir alguma tecnologia de automa o. Com exce o das etapas do projeto que exigem criatividade, as demais etapas podem ser automatizadas. Desde o in cio, tudo pode ser automatizado. Basta que as ferramentas do projeto auxiliado por computador (CAD) abranjam as etapas de concep o e projeto propriamente dito. Planejam-se o projeto e o processo com aux lio do computador (CAPP), fabricam-se as pe as em m quinas controladas numericamente, com programa o feita por meio de ferramentas CAM: manufatura auxiliada por computador. Os sistemas computacionais tornaram-se ferramentas indispens veis aplica o de t cnicas modernas de produtividade nas atividades de projeto e na fabrica o. importante que as empresas e seu pessoal conhe am bem as ferramentas de automa o, principalmente quando os lotes que ser o produzidos forem pequenos, pois neste caso os custos relativos ao projeto e planejamento s o proporcionalmente maiores. Mesmo as atividades de controle de qualidade e os testes podem ser automatizados.

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CICLO DE DESENVOLVIMENTO DE UM PRODUTO E AS TECNOLOGIAS DE AUTOMA O

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O objetivo final obter um ciclo cada vez mais r pido, reduzindo-se o tempo de produ o do produto. Alcan ando-se esta meta, pode-se aumentar a produtividade e reduzir custos. Mas tudo tem um in cio. Todas as tecnologias que hoje se disseminam na sociedade t m seus alicerces em conceitos fundamentais de eletricidade e eletr nica. Teste sua aprendizagem. Fa a os exerc cios e confira suas respostas com as do gabarito.

Exerc cios

Marque com X a resposta correta. Exerc cio 1 A primeira etapa de um projeto : a) ( ) otimiza o; b) ( ) defini o do problema; c) ( ) s ntese; d) ( ) reconhecimento da necessidade. Exerc cio 2 Por s ntese, entende-se: a) ( ) otimiza o de processos; b) ( ) an lise de resultados; c) ( ) gera o de solu es; d) ( ) estabelecimento de necessidade. Exerc cio 3 Escreva o significado das siglas abaixo: CAD: . CAM: . CAPP: .

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Eletricidade e automa o

oper rio desperta com o toque do r diorel gio. Levanta, acende a luz. Toma um banho quente. Prepara seu lanche com aux lio da torradeira el trica. Sai de casa, pega um tr lebus. Chega f brica, marca o ponto na m quina leitora de cart es magn ticos. Dirige-se ao posto de trabalho e l est o torno CNC dando os ltimos retoques numa pe a. Alguma coisa ajuda a vida do oper rio desde que ele acorda. a eletricidade. Voc j imaginou o mundo sem eletricidade? N o existiria nenhum dos equipamentos de que o oper rio precisou. Nem o r dio, nem a televis o. Tampouco existiriam as m quinas comandadas por computador e rob s. Certamente, sem a eletricidade a automa o n o teria alcan ado o est gio de desenvolvimento que possui hoje. Para poder imaginar um mundo sem eletricidade, temos de regredir mais de cem anos. Foi somente no ltimo quarto do s culo passado que os primeiros geradores de eletricidade, os d namos, foram aperfei oados de modo a se tornarem fontes de suprimento. Em 1875, um desses geradores foi implantado em Paris (Fran a), para fornecer eletricidade s l mpadas de uma esta o. Mas o que a eletricidade? Esta uma quest o em parte j respondida na Aula 1 deste m dulo, quando tratamos da automa o de forma mais gen rica. Nesta aula vamos abordar conceitos t cnicos, que s o fundamentais para a aplica o da automa o.

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Um problema

Eletricidade

Eletricidade uma manifesta o de uma forma de energia associada a cargas el tricas, paradas ou em movimento. O que possui cargas el tricas s o os el trons, part culas min sculas que giram em volta do n cleo dos tomos que formam as subst ncias. A figura a seguir representa um tomo de hidrog nio.

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representa o do tomo de hidrog nio

Na Gr cia antiga, j se conhecia a propriedade do mbar de atrair part culas de p ao ser esfregado em outro material. O mbar uma resina amarela, semitransparente e quebradi a, e na l ngua grega chamada de elektron . Talvez tenha sa do da o nome da eletricidade. Ocorre que certos materiais perdem cargas el tricas quando atritados com outros (ou, dependendo do material atritado, ganham cargas el tricas em vez de perd -las). Quando ganham, dizemos que ficam carregados negativamente, pois convencionou-se dizer que os el trons possuem cargas negativas. Quando perdem el trons, ficam carregados positivamente. Estando eletricamente carregado, o material capaz de atrair corpos eletricamente neutros e cargas com sinais opostos. Este fato pode ser verificado facilmente. Por exemplo, um pente depois de ser atritado v rias vezes contra o cabelo atrai peda os pequenos de papel picado. Esta forma de eletricidade chama-se eletrost tica.

Tens o, corrente e resist ncia el tricas

No ano 1800, o italiano Alessandro Volta inventou a pilha el trica. Ele observou que dois metais diferentes, em contato com as pernas de uma r morta, fizeram a perna da r se movimentar. Volta concluiu acertadamente que o movimento da perna da r devia-se passagem de el trons, a que ele denominou corrente el trica. Mais tarde, Volta descobriu que os el trons se movimentavam de um metal para outro, atrav s da perna da r , impulsionados por uma diferen a de cargas el tricas entre os metais. Essa diferen a, capaz de provocar o movimento ordenado dos el trons de um metal para outro, chamada hoje de tens o el trica ou diferen a de potencial el trico. A unidade de medida de tens o el trica o volt, em homenagem a Alessandro Volta. A pilha de Volta, ou pilha voltaica, ou qualquer gerador de tens o el trica s o capazes de manter entre seus p los uma diferen a de potencial. H o p lo positivo, que tem menos el trons e o negativo, que tem mais el trons. Um material condutor (como o fio de cobre, no qual os el trons se movimentam de um tomo a outro com mais facilidade) quando ligado entre os dois p los

Tens o el trica: diferen a de potencial el trico entre dois pontos, capaz de gerar movimento ordenado dos el trons entre um ponto e outro.

do gerador permite a passagem de corrente el trica no sentido do negativo para o positivo. O corpo que tem menos el trons tende a atrair os el trons do corpo que tem mais.

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pilha gerando corrente em um condutor

As figuras representam um circuito el trico. Qualquer caminho fechado por onde possa passar a corrente el trica forma um circuito el trico. O circuito tamb m pode ser desenhado com s mbolos:

pilha gerando corrente em um condutor com a pilha substitu da pelo seu s mbolo

A corrente el trica provocada por uma pilha chamada corrente cont nua cont nua, pois sempre percorre o circuito no mesmo sentido. Assim tamb m a corrente gerada pelas baterias dos autom veis. As m quinas utilizadas na automa o necessitam de corrente cont nua para movimentar certos tipos de motores e grande parte dos componentes eletr nicos. Em 1831, Michael Faraday observou que m s em movimento dentro de circuitos fechados d o origem corrente el trica.

Corrente cont nua: movimento ordenado de cargas el tricas, sempre no mesmo sentido, do p lo negativo de uma fonte para o p lo positivo. Sua unidade de medida o amp re.

movimento de m gerando corrente

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Corrente alternada: movimento ordenado de cargas el tricas, por m com sentido que muda de um instante para outro. A freq ncia com que a corrente alternada muda de sentido depende do tipo de gerador utilizado.

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Outra coisa que Faraday percebeu, usando instrumentos sens veis ao movimento dos el trons, foi que, afastando-se o m do circuito, o sentido da corrente mudava. Assim, com movimentos de aproxima o e afastamento do m , produziu-se pela primeira vez uma corrente el trica que mudava de sentido. Isto recebeu o nome de corrente alternada alternada.

As usinas geradoras de energia el trica produzem tens o e corrente alternadas. O s mbolo de um gerador de tens o alternada mostrado na figura ao lado. Este o tipo de tens o que encontramos nas tomadas de nossas resid ncias e f bricas.

s mbolo do gerador de tens o alternada

Observe que n o existe defini o de qual seja o p lo positivo ou negativo. O que de fato ocorre que a polaridade da tens o alternada se inverte v rias vezes a cada segundo. No Brasil, gra as velocidade com que giram as turbinas das nossas hidrel tricas, a polaridade da tens o alternada se inverte 60 vezes a cada segundo.

tomada de tens o alternada

As m quinas que necessitam de corrente cont nua devem possuir um dispositivo capaz de converter a tens o alternada recebida da rede el trica para a tens o cont nua necess ria, num esquema como o da figura a seguir.

convers o de tens o alternada para cont nua em m quinas de corrente cont nua

Para distribuir a eletricidade, foram inicialmente utilizados condutores de ferro, depois substitu dos pelos de cobre, melhor condutor el trico. El trons em movimento chocam-se com os tomos do material condutor. Isto dificulta a corrente el trica. A esta oposi o passagem de corrente el trica

d -se o nome de resist ncia el trica e seu s mbolo mostrado na figura a seguir. el trica, Sua unidade de medida o ohm.

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s mbolo da resist ncia el trica

Pot ncia el trica

A eletricidade, convertida em outra forma de energia, pode ser utilizada em diversas situa es comuns. o caso, por exemplo, da resist ncia de um chuveiro, que aquece a gua que passa pela resist ncia el trica. Dizemos que o chuveiro converte energia el trica em energia t rmica. Os motores el tricos, quando recebem tens o, giram seu eixo. Dizemos que os motores convertem energia el trica em energia mec nica, possibilitando que outros corpos sejam movimentados por meio do giro de seu eixo. Os gases das l mpadas fluorescentes emitem luz ao serem percorridos pela corrente el trica. Dizemos que as l mpadas convertem energia el trica em energia luminosa. Voc mesmo capaz de observar v rias situa es em que a energia el trica convertida em outra forma de energia, a fim de gerar alguma coisa til sociedade. A quantidade de energia que um sistema el trico capaz de fornecer depende da tens o e da corrente do sistema el trico. Mais precisamente, chamamos de pot ncia el trica, cujo s mbolo a letra P, a capacidade de fornecimento de energia num certo intervalo de tempo. A unidade de medida da pot ncia el trica o watt, em homenagem ao inventor de motores, o escoc s James Watt (1736-1819).

Pot ncia el trica: capacidade de fornecimento de energia el trica num intervalo de tempo. Para o sistema que recebe a energia el trica e a converte em outra forma de energia, a pot ncia el trica representa a capacidade de absor o e convers o de energia num dado intervalo de tempo.

Problemas energ ticos atuais

Atualmente, o desenvolvimento de qualquer na o est associado produ o de energia el trica. As na es andam preocupadas com o elevado consumo de energia el trica. A constru o de usinas hidrel tricas, principal fonte de energia el trica em diversos pa ses, como o Brasil, requer altos investimentos. As obras de uma usina, al m de caras, produzem altera es irrevers veis no meio ambiente, tais como mudan a no curso de rios, inunda o de florestas, mudan as clim ticas e desapropria es. Por isso, economizar energia um dever de todo cidad o. E n s podemos fazer isso em casa e na f brica. Em casa, ligando apenas o necess rio, nas horas certas. Ligar apenas e somente o necess rio um h bito que podemos levar para o trabalho. Nas f bricas, os t cnicos j se preocupam em especificar m quinas que sejam mais eficientes, isto , que executem mais trabalho com menor consumo de energia.

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Exerc cios

Teste sua aprendizagem. Fa a os exerc cios e confira suas respostas com as do gabarito.

Marque com X a resposta correta. Exerc cio 1 Eletricidade uma manifesta o de uma forma de energia associada ao movimento ordenado dos: a) ( ) planetas; b) ( ) el trons; c) ( ) pr tons; d) ( ) n cleos at micos. Exerc cio 2 O p lo negativo de uma fonte de tens o el trica assim chamado porque, comparado ao seu p lo positivo, ele possui: a) ( ) menos el trons; b) ( ) a mesma quantidade de el trons; c) ( ) mais el trons; d) ( ) mais corrente. Exerc cio 3 Em um circuito el trico, a corrente cont nua quando os el trons movimentam-se sempre: a) ( ) no mesmo sentido; b) ( ) mudando de sentido; c) ( ) da direita para a esquerda; d) ( ) em estrutura cristalina. Exerc cio 4 Associe a primeira coluna segunda coluna: a) Tens o el trica b) Corrente el trica c) Resist ncia el trica d) Pot ncia el trica 1. ( 2. ( 3. ( 4. ( ) Oposi o passagem de corrente el trica. ) Diferen a de potencial el trico capaz de gerar corrente el trica. ) Energia el trica desenvolvida num intervalo de tempo. ) Movimento ordenado dos el trons.

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Eletricidade: acionamento de motores el tricos

omo se pode converter energia el trica em energia mec nica? Considere a situa o descrita a seguir. Tic-tac, blamp-blump, zuuuummmm. S o as m quinas em movimento. o movimento automatizado das m quinas que substitui na pr tica o trabalho humano. Vamos examinar o trabalho mec nico das m quinas. Quando as l minas de um liquidificador giram para triturar uma fruta, ou quando um rob ergue uma pe a, podemos dizer que essas m quinas est o desenvolvendo sua capacidade de trabalho mec nico, isto , sua energia mec nica. Mas energia alguma coisa muito s ria para ser produzida por uma m quina. Em geral, as m quinas n o produzem energia. Elas apenas convertem a energia que recebem em outra forma de energia. As m quinas el tricas convertem energia el trica em energia mec nica para poderem trabalhar. Pode reparar: o liquidificador tem l um motorzinho que gira quando ligado na tomada, o rob tem motores el tricos que s o acionados para movimentar mecanismos que erguem, giram, agarram e soltam. E outras m quinas tamb m possuem motores el tricos que s o os respons veis pela convers o da energia el trica em energia mec nica. Nesta aula, vamos estudar o princ pio de funcionamento dos motores el tricos, t o importantes para a automa o de equipamentos e processos de fabrica o quanto os motores a combust o para os autom veis. Sem eles, simplesmente n o haveria automa o. Apresentaremos tamb m alguns dos modelos de motores el tricos existentes, destacando suas diferen as e aplica es.

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Um problema

Princ pio de funcionamento

O funcionamento dos motores se baseia num princ pio f sico relativo ao campo magn tico gerado ao redor de um condutor quando percorrido por uma corrente el trica.

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Campos magn ticos de mesma polaridade se repelem e campos magn ticos de polaridade diferente se atraem.

A finalidade de um motor el trico gerar movimento. Assim, sua constru o deve prever pe as m veis que se movimentem de acordo com o campo magn tico gerado pela corrente el trica que percorre os condutores do motor. Os elementos b sicos de um motor s o: Estator - pelo nome, podemos deduzir que se trata de uma parte fixa. Nesta parte do motor normalmente existem campos magn ticos fixos, criados por m s permanentes ou eletro m . Rotor - uma parte m vel do motor, ligada ao eixo de transmiss o de movimento. Nesta parte do motor normalmente existem bobinas, percorridas por correntes el tricas que geram campos magn ticos. Em fun o da polaridade, os campos magn ticos submetem o rotor a for as de atra o e repuls o, produzindo o movimento girat rio do rotor.

Coletor ou comutador - esta parte do motor liga as bobinas rede el trica, de modo que o rotor se movimenta sem curtos-circuitos nos fios ligados rede el trica.

Campo magn tico: espa o localizado ao redor de um m ou de um fio percorrido por corrente el trica, e no qual ocorrem fen menos magn ticos de atra o e repuls o entre corpos.

Bobinas - s o enrolamentos de condutores percorridos por corrente el trica. Devido ao fluxo de el trons, os enrolamentos ficam submetidos a um campo magn tico que interage com o campo magn tico do estator, gerando o movimento desejado. Escovas s o contatos do comutador. Em resumo, o magnetismo de m s em movimento gera corrente el trica em circuitos fechados ou bobinas de condutores. Tamb m ocorre o efeito contr rio: corrente el trica num condutor gera magnetismo ao seu redor, formando um campo magn tico magn tico.

Os motores s o constru dos para que se possa aproveitar os efeitos magn ticos da corrente el trica.

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Motores de corrente cont nua

Como voc pode ver na figura a seguir, o motor de corrente cont nua constitu do de uma parte fixa e outra m vel.

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A parte fixa, que chamamos de estator, possui pe as fixas (sapatas polares) em torno das quais se enrolam fios de cobre, formando bobinas. Com a passagem da corrente cont nua, criam-se p los magn ticos ao redor das pe as polares, que substituem os m s apresentados na segunda figura do t pico funcionamento. Princ pio de funcionamento Duas escovas de grafita tamb m ficam presas ao estator e recebem os p los da tens o el trica cont nua que alimenta o motor.

A parte m vel, chamada rotor, pode girar em torno do estator, pois as bobinas do estator s o percorridas por uma corrente el trica que chega at elas pelo comutador. O fio movimenta-se ao ser atravessado pela corrente e faz girar o rotor. Isso acontece devido ao magnetismo dos campos permanentes do estator, que exercem uma for a magn tica sobre os el trons em movimento no interior do condutor, tentando modificar suas trajet rias; o sentido da for a depende do sentido da corrente. Ao girar, o fio perde o contato com as escovas ligadas ao comutador. Entretanto, este movimento logo coloca um novo par de terminais de fio em contato com as escovas, e o rotor continua em movimento. O comutador funciona como uma combina o autom tica de chaves que mant m a corrente sempre no mesmo sentido no condutor. Para inverter o sentido de rota o do motor basta inverter a polaridade da tens o el trica aplicada s escovas. Motores de corrente cont nua podem movimentar cargas pesadas, desde que possuam uma constru o resistente. S o empregados em guindastes, elevadores, locomotivas, prensas, estamparias e m quinas-ferramenta.

For a magn tica: for a de natureza magn tica que age sobre corpos que apresentam cargas el tricas ( letrons) em movimento no interior de um campo magn tico. Qualquer fio sob a a o de um campo magn tico movimentado pela for a magn tica ao ser percorrido por uma corrente el trica.

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Motores universais de corrente alternada

Os motores de corrente alternada podem ser ligados diretamente rede el trica. Gra as maneira como s o constru dos, aproveitam o efeito da corrente alternada para funcionar. A figura a seguir mostra estator e rotor de um motor de corrente alternada. Ele muito parecido com o motor de corrente cont nua, pois pode funcionar tamb m com este tipo de corrente. Por isso recebe o nome de motor universal, pois funciona com corrente alternada ou cont nua. um motor de baixa pot ncia (at 500 watts), muito utilizado em m quinas como liquidificadores, enceradeiras, aspiradores de p , serras e lixadeiras.

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Quando o motor universal recebe corrente alternada, h uma mudan a no sentido da corrente nas bobinas do estator e nos fios, mas essa varia o n o altera o sentido de giro do motor. S poss vel inverter o sentido do movimento de rota o trocando as liga es das escovas pelas bobinas do estator. Assim, o campo magn tico fixo muda de polaridade.

Motores de indu o de anel

Existem tamb m os motores de corrente alternada sem escovas. S o chamados motores de indu o. Nestes motores, o magnetismo do estator, ao variar com a corrente alternada que o atravessa, induz correntes no rotor. Essas correntes induzidas no rotor formam ao seu redor um magnetismo que se op e ao magnetismo do estator. Assim, o motor tende a ficar parado! Se o rotor estiver em movimento, por in rcia ele continuar girando, pois, como os campos se anulam, o resultado das for as zero. Desta forma, o motor de indu o, para funcionar, necessita de um "empurr ozinho" para sair da in rcia, do estado parado. Como estamos falando de automa o, claro que esta "m ozinha" n o ser dada por um homem, mas por uma altera o na constru o do motor, que permitir a partida autom tica. A figura a seguir mostra o esquema de um motor de indu o, com um anel de cobre no estator. Este anel afeta o campo magn tico; portanto, as for as de atra o e repuls o se alteram e o resultado deixa de ser zero, fazendo o rotor se movimentar.

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Motores de indu o de bobina auxiliar

Outros motores utilizam uma bobina auxiliar, que d aquela "m ozinha" no in cio. H duas bobinas no estator: uma de fio mais grosso e com grande n mero de voltas ( a bobina principal) e outra de fio mais fino e com poucas voltas, usada somente na partida. Este motor gira porque h uma diferen a entre os magnetismos gerados nas bobinas. Enquanto a bobina auxiliar est operando, o magnetismo decorrente da diferen a entre as duas bobinas vai mudando de posi o e fazendo o rotor girar. Depois da partida, um interruptor autom tico existente no motor corta a corrente da bobina auxiliar e o motor continua funcionando normalmente, apenas com o magnetismo da bobina principal. Motores de indu o de anel t m pot ncia m xima na faixa dos 300 watts, e s o usados para acionar cargas leves. Os de bobina auxiliar chegam a 600 watts. E, por encomenda, pode-se obter motores de pot ncia ainda maior.

M quinas trif sicas

Os motores de corrente alternada, de que tratamos at aqui, funcionam com uma s tens o el trica: 110 V, 220 V ou outras. Estas tens es s o aplicadas por meio de dois fios, um deles chamado fase e o outro neutro Motores que neutro. funcionam assim s o chamados monof sicos. As turbinas das hidrel tricas produzem tr s tens es, porque t m tr s bobinas com seus centros distanciados cerca de 120 graus um do outro. As tens es se apresentam em tr s fases e suas vari