Automação industrial

Automação industrial

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Em comandos elétricos trabalhar-se-á bastante com um elemento simples que é o contato. A partir do mesmo é que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a condução de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir:

i. Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 3.3(a). Desta forma a carga não estará acionada. i. Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 3.3(b). Desta forma a carga estará acionada.

Figura 3.3 – Representação dos contatos NA e NF

Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais associações entre contatos são descritas a seguir.

3.1 - Associação de contatos normalmente abertos

Basicamente existem dois tipos, a associação em série (figura 3.4a) e a associação em paralelo (3.4b).

Quando se fala em associação de contatos é comum montar uma tabela contendo todas as combinações possíveis entre os contatos, esta é denominada de “Tabela Verdade”. As tabelas 3.1 e 3.2 referem-se as associações em série e paralelo.

Nota-se que na combinação em série a carga estará acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso é denominada de “função E”. Já na combinação em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso é denominada de “função OU”.

Apostila de Automação Industrial – Prof. Marcelo Eurípedes – Página 14 - 14

Figura 3.4 – Associação de contatos NA

Tabela 3.1 – Associação em série de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso desligada repouso acionado desligada acionado repouso desligada acionado acionado ligada

Tabela 3.2 – Associação em paralelo de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso desligada repouso acionado ligada acionado repouso ligada acionado acionado ligada

3.2 - Associação de contatos normalmente fechados

Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série (figura 3.5a) e paralelo (figura 3.5b), as respectivas tabelas verdade são 3.3 e 3.4.

Nota-se que a tabela 3.3 é exatamente inversa a tabela 3.2 e portanto a associação em série de contatos NF é denominada “função não OU”. Da mesma forma a associação em paralelo é chamada de “função não E”.

Apostila de Automação Industrial – Prof. Marcelo Eurípedes – Página 15 - 15

Figura 3.5 – Associação de contatos NF

Tabela 3.3 – Associação em série de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso ligada repouso acionado desligada acionado repouso desligada acionado acionado desligada

Tabela 3.4 – Associação em paralelo de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso ligada repouso acionado ligada acionado repouso ligada acionado acionado desligada

3.3 - Principais elementos em comandos elétricos

Havendo estudado os principais tipos de contato, o próximo passo é conhecer os componentes de um painel elétrico.

Apostila de Automação Industrial – Prof. Marcelo Eurípedes – Página 16 - 16

3.3.1 - Botoeira ou Botão de comando

Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de uma chave. Entretanto, no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é diferente de uma chave usual, destas encontradas em residências, utilizadas para ligar a luz, por exemplo. A diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave residencial” ela vai para uma posição e permanece nela, mesmo quando se retira a pressão do dedo. Na “chave industrial” ou botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola, como pode ser observado na figura 3.6a. O entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porque da existência de um selo no circuito de comando.

Figura 3.6 – (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais

A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “elementos de sinais”.

Estes são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores.

A figura 3.6a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 pólos. O contato

NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno é feito de forma automática através de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas últimas podem ser do tipo NA ou NF.

Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na movimentação de cargas, acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga.

Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nível e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes).

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Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga / desliga. Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a ação do Pressostato será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão atinja novamente um valor mínimo atua-se re-ligando o mesmo.

Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco terminais. Os terminais (1) e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o de entrada, e os terminais (4) e (5) correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA), respectivamente.

Uma característica importante dos relés, como pode ser observado na figura 3.7 é que a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto simultâneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico:

i. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou dispositvo e portanto trabalha com baixas correntes (até 10 A) e/ou baixas tensões. i. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste podem circular correntes elétricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de até 760 V.

Figura 3.7 – Diagrama esquemático de um relé

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Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no circuito de comando. Do conceito de relés pode-se derivar o conceito de contatores, visto no próximo item.

Para fins didáticos pode-se considerar os contatores como relés expandidos pois o principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é um elemento eletro-mecânico de comando a distância, com uma única posição de repouso e sem travamento.

Como pode ser observado na figura 3.8, o contator consiste basicamente de um núcleo magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e é atraído por forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria um fluxo magnético. Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do núcleo é repelida por ação de molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo, constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), ou normalmente fechados (NF).

Figura 3.8 – Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF

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Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares

(CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente máxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios.

Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais:

a. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistência. b. AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. c. AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas, ventiladores e compressores. d. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em plena marcha e operação intermitente.

A figura 3.9 mostra o aspecto de um contator comum. Este elemento será mais detalhado em capítulos posteriores.

Figura 3.9 – Foto de contatores comerciais

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