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Apostila Maq2, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 18/04/2008

alexandre-vicente-12
alexandre-vicente-12 🇧🇷

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Baixe Apostila Maq2 e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Mecânica I 1 Dispositivos Elétricos Introdução Os dispositivos elétricos são componentes do sistema eletropneumático automatizado que recebem os comandos do circuito elétrico de controle e acionam as máquinas elétricas. Alguns dispositivos elétricos aqui apresentados possuem função de proteção, sinalização ou de regulagem. Dispositivos de Comando São elementos de comutação destinados a permitir ou não a passagem da corrente elétrica entre um ou mais pontos de um circuito. Os tipos mais comuns são: Chave sem retenção ou impulso É um dispositivo que só permanece acionado mediante aplicação de uma força externa. Cessada a força, o dispositivo volta à situação anterior. Este tipo de chave pode ter, construtivamente, contatos normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Chave com retenção ou trava É um dispositivo que uma vez acionado, seu retorno à situação anterior acontece somente através de um novo acionamento. Construtivamente, pode ter contato normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF). Chave de contatos múltiplos com ou sem retenção Existem chaves com ou sem retenção de contatos múltiplos NA ou NF. Chave seletora É um dispositivo que possui duas ou mais posições podendo selecionar uma entre várias funções em um determinado processo. Este tipo de chave apresenta um ponto de contato comum (C) em relação aos demais contatos. OBS: para a escolha das chaves devemos levar em consideração as especificações de tensão nominal e corrente máxima suportável pelos contatos. Relé O relé nada mais é do que uma chave impulso acionada pelo cmpo magnético. Este dispositivo é formado basicamente por uma bobina e pelos seus conjuntos de contatos. Aplicando–se uma tensão elétrica nos terminais da bobina do relé, surge na mesma uma corrente gerando um campo magnético. A força magnética, por sua vez, atrai a parte móvel do relé, distendendo a mola. Esta manobra faz com que o terminal C, que anteriormente estava em contato com o terminal NF, passe a se fixar com o contato NA.Enquanto a bobina permanecer energizada, os contatos se mantêm nesta posição. Ao ser desenergizado, o solenóide cessa a força eletromagnética de atração, resultando no retorno da parte móvel do relé à posição inicial pelo efeito de contração da mola. Deve ser ressaltado que um relé, construtivamente, pode ser formado por vários conjuntos de contatos. Uma das grandes vantagens dos relés é o isolamento galvânico entre os terminais da bobina e os contatos NA e NF, além do isolamento entre os conjuntos de contatos. A figura abaixo mostra outra vantagem dos relés, que é a possibilidade de acionar cargas com tensão diferentes através de um único relé. Ao acionar a chave S, automaticamente energiza-se as cargas 1 e 2 com as tensões de 127V e 220V respectivamente. C NF NA C Chave impulso: 3 posições Chave trava: 2 posições K NA NA NF NF C C S 24V ~ ~ carga 1 carga 2 127V 220V NF NA NA NF Chave impulso: 2NA+2NF Chave trava: 2NA+1NF C NA NF terminais da bobina isolamento mola K NA NA NF NF C C A1 A2 13 14 23 24 33 34 41 42 K Mecânica I 2 Uma outra propriedade muito explorada dos relés é o efeito memória, ou seja, a retenção de sinais elétricos de comando. Ao acionar a chave S1, a bobina do relé K é energizada, fechando os dois contatos K, acendendo, com isso, a lâmpada L. Retirando-se a força de acionamento da chave S1, ela abre, mas a lâmpada continua acesa devido a retenção do sinal (efeito memória). A lâmpada permanece acesa até o acionamento da chave S2. Quando isto acontece a bobina do relé K é desenergizada, abrindo, com isso, os contatos K, desligando a lâmpada.A lâmpada permanece apagada até um novo acionamento da chave S1. Contator Assim como o relé, o contator é uma chave de comutação eletromagnética. Ele é empregado, geralmente, para acionar máquinas e equipamentos elétricos de grande potência, enquanto o relé é usado em cargas de pequena potência. O contator, além de possuir os contatos principais, apresenta também contatos auxiliares NA e NF de pequena capacidade de corrente. Estes contatos são utilizados para realizar o próprio comando do contator (auto-retenção), sinalização e acionamento de outros dispositivos elétricos. Ao acionar a chave S1, a bobina do contator C é energizada, fechando os contatos principais e o contato C de auto-retenção, ligando o forno elétrico trifásico. Para desligar este forno basta acionar a chave S2. OBS: para a escolha de relés e contatores, devemos levar em consideração as especificalções do número de contatos, tensão nominal da bobina e corrente máxima nos contatos. Dispositivos de Proteção São elementos intercalados no circuito com o objetivo de interomper a passagem de corrente elétrica sob condições anormais, como curto-circuitos ou sobrecargas. Os dispositivos de proteção mais comuns são: Fusível O princípio de funcionamento do fusível baseia-se na fusão do filamento e conseqüente a bertura do filamento quando por este passa uma corrente elétrica superior ao valor de sua especificação. Os fusíveis geralmente são dimensionados 20% acima da corrente nominal do circuito. Diante disso, nunca devemos substituí-lo por outro de maior corrente. Os fusíveis são classificados em retardados e rápidos. Os fusíveis de ação retardada são usados em circuitos nos quais a corrente de partida é muitas vezes superior à corrente nominal. É o caso dos motores elétricos e cargas capacitivas. Já os fusíveis de ação rápida são utilizados em cargas resistivas e na proteção de componentes semicondutores, como o diodo e o trisistor em conversores estáticos de potência. Corente nominal K S1 K K S2 L V1 filamento tubo de vidro terminal FUS 3A 1 2 3 4 5 6 13 23 31 14 24 32 41 42 NA NA NF NF C contatos principais contatos auxiliares 1 4 2 5 3 6 forno elétrico trifásico ~ Vr ~ ~ Vs Vt C a) Representação b) Circuito de potência C S1 S1 C 13 14 + - c) Circuito de comando Mecânica I 5 Contador de impulsos elétricos O contador de impulsos elétricos realiza a contagem progressiva, mediante a ação de impulsos elétricos na bobina contadora. Estes impulsos são provenientes de relés, contadores, chaves, sensores elétricos, etc. A programação é realizada pelo usuário através de chaves do tipo impulso localizadas no painel deste dispositivo. O acionamento dos contatos do contador ocorre quando o número de impulsos elétricos na bobina contadora for igual ao valor programado pelo usuário. O reset significa zerar a contagem dos impulsos elétricos, e pode ser acionado manualmente via uma chave sem retenção ou por um impulso elétrico na bobina do reset do contador. A figura acima apresenta o comportamento de um contador rpogramado para acionar uma lâmpada após três impulsos elétricos da chave S. Depois de um tempo o reset é acionado, zerando o contador e apagando a lâmpada. Dispositivos de sinalização São componentes elétricos utilizados para indicar o estado em que se encontra um processo automatizado. As informações mais comuns fornecidas pelos dispositivos são: ligado, desligado, falha e emergência. Deve-se ainda sinalizar o estado de cada elemento de trabalho e de cada sensor elétrico do processo com a finalidade de facilitar a localização de defeito numa eventual manutenção. Indicador visual Os indicadores visuais fornecem sinai luminosos indicativos de estado, emergência, falha, etc. São os indicadores mais utilizados, devido à simplicidade, eficiência na indicação e baixo custo. Esse sinais são fornecidos por lâmpadas ou LED’s (diodos emissores de luz), principalmente em ambientes onde o silêncio é necessário. A seguinte tabela apresenta as cores de sinalização recomendadas para cada situação de um processo automatizado e afigura que segue mostra a simbologia elétrica de um indicador visual. Estado Cor Ligado Vermelho Desligado Verde falha Amarelo Indicador acústico O indicador acústico fornece sinais audíveis, indicativos de estado, falha, emergência, etc. São as sirenes e as buzinas elétricas. Este tipo de sinalizador é utilizado em ambientes de difícil visualização dos indicadores luminosos ou quando se deseja atingir um grande número de pessoas em diferentes locais. Nos ambientes onde não existem restrições ou dificuldades na utilização dos sinalizadores, pode-se usar em conjunto os indicadores luminosos e acústicos. Para a escolha dos dispositivos de sinalização, deve-se levar em consideração as especificações da tensão nominal de alimentação. Solenóides Os solenóides são bobinas eletromagnéticas que, quando energizadas, geram um campo magnético capaz de atrair elementos com características ferrosas, comportando-se como um imã permanente. Numa eletroválvula, hidráulica ou pneumática, a bobina do solenóide é enrolada em torno de um magneto fixo, preso à carcaça da válvula, enquanto que o magneto móvel é fixado diretamente na extremidade do carretel da válvula. Quando uma corrente elétrica percorre a bobina, um campo magnético é gerado e atrai os magnetos, o que empurra o carretel da válvula na direção oposta à do solenóide que foi energizado. Dessa forma, é possível mudar a posição do carretel no interior da válvula, por meio de um pulso elétrico. Em eletroválvulas pneumáticas de pequeno porte, do tipo assento, o êmbolo da válvula é o próprio magneto móvel do solenóide. NF NA C S L + - K chave S lâmpada L acesa apagada fechada aberta tempo reset desacionado acionado L A Mecânica I 6 Quando o campo magnético é gerado, em conseqüência da energização da bobina, o êmbolo da válvula é atraído, abrindo ou fechando diretamente as passagens do ar comprimido no interior da carcaça da válvula. Partida de motores Chave de Partida direta manual É o método mais simples, em que não são empregados dispositivos especiais de acionamento. A chave de comando direto existe em grande número de modelos e diversas capacidades de corrente, sendo a chave faca a mais simples. Chave de Partida direta automática (com contator e relé bimetálico) Os motores somente podem partir diretamente desde que sejam satisfeitas as seguintes condições: • a corrente nominal da rede é tão elevada que a corrente de partida do motor não é relevante; • a corrente de partida do motor é de baixo valor porque sua potência é pequena; • a partida do motor é feita sem ou com mínima carga, o que reduz a corrente de partida. Nas concessionárias de fornecimento de energia elétrica permite- se partida direta de motores trifásicos até 5 CV em 220V e de 7,5CV em 380V. Partida através de chave estrela-triângulo automática Sempre que possível, a partida de um motor trifásico de gaiola, deverá ser direita, por meio de contatores. Nos casos em que a corrente de partida do motor é elevada podem ocorrer as seguintes conseqüências prejudiciais: • elevada queda de tensão no sistema da alimentação da rede. Em função disto provoca a interferência em equipamentos instalados no sistema. • o sistema de proteção (cabos, contatores) deverá ser superdimensionada ocasionando um custo elevado. • a imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a queda da tensão da rede. Caso a partida direta não seja possível devido aos problemas citados acima, pode-se usar sistema de partida indireta para reduzir a corrente de partida. É fundamental para a partida com a chave estrela - triângulo que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220 / 380V, em 380/660V ou 440/760V. Os motores deverão ter no mínimo 6 bornes de ligação. A chave estrela - triângulo em geral só pode ser empregada em partidas da máquina em vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido a rotação nominal, a carga poderá ser aplicada. Esquema de ligação de um motor trifásico. Consiste na alimentação do motor com redução de tensão nas bobinas durante a partida. Na partida as bobinas do motor recebem 58% (1/ 3) da tensão que deveriam receber. A chave estrela-triângulo é um dispositivo que liga as três fases do motor em estrela durante a partida até uma rotação próxima da nominal (90%), quando comuta a ligação para triângulo. Isto significa que a tensão por fase na ligação estrela será 3 vezes menor que a tensão de alimentação, conseqüentemente, a corrente de linha na partida será 3 vezes menor, assim como o seu conjugado motor. Vantagens: • é muito utilizada, devido ao seu custo reduzido; • não tem limites quanto ao seu número de manobras; • os componentes ocupam pouco espaço; • a corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3 da nominal. Desvantagens: • a chave só pode ser aplicada em motores com no mínimo seis terminais acessíveis; • a tensão de linha da rede deve coincidir com a tensão da ligação triângulo do motor; • reduzindo a corrente de partida em 1/3 reduz-se também o momento de partida em 1/3; • se o motor não atingir 90% da velocidade nominal no momento da troca de ligação, o pico de corrente na comutação será quase como se fosse uma partida direta. Diagrama Principal Mecânica I 7 Diagrama de Comando São utilizados três contatores: K1 que alimenta as pontas 1, 2 e 3 do motor com as três fases R, S e T, respectivamente; K2 que alimenta com a mesma seqüência as pontas 6, 4 e 5 e; K3 que interliga as pontas 4, 5 e 6. Desta forma a ligação simultânea de K1 e K3 corresponde a configuração estrela, enquanto que a ligação de K1 e K2 equivale a configuração triângulo. Bibliografia Automação Eletropneumática, Nelson G. Bonacorso e Valdir Noll. 5a Ed. São Paulo: Érica, 2001. Automação Hidráulica: projetos, dimensionamento e análise de circuitos. Arivelto B. Fialho. São Paulo: Érica, 2002. Tecnologia Eletropneumática Industrial. Apostila M1002-2 BR. Parker Hannifin Corporation. Ago. 2001. Eletrotécnica para Escolas Profissionais. Anzenhofer et al, Ed. Mestre Jou. Instalações Elétricas de Baixa Tensão. Workshop. Proteção contra sobrecorrentes e dimensionamento dos condutores. Schneider/Procobre, Edição Jan. 2003.
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