O Objetivo deste post é introduzir alguns conceitos básicos utilizados em um Curso de Automação Industrial. Assim, através deles poderemos evoluir progressivamente no mundo fantástico da Automação Industrial. Então vamos lá.
1 – O que é Tensão, Corrente e Resistência?
Tensão é a força que empurra os elétrons fazendo com que os mesmos se movam de um ponto com alto potencial para um ponto com baixo potencial. A corrente por sua vez representa o fluxo destes elétrons que se movem pelo condutor e a resistência é a oposição (resistência de fato) oferecida ao fluxo dos elétrons (corrente). Uma analogia básica aplicado em um curso de automação industrial para melhor entender este conceito é uma tubulação de água que liga a torneira a uma caixa de água na sua residência. A caixa de água representa a tensão enquanto que a tubulação representa o fio elétrico. Quando abrimos a torneira, há um fluxo de água (corrente) que se move de um alto potencial (caixa de água) para um baixo potencial (torneira). Se esta tubulação tiver um diâmetro muito pequeno, a resistência ao fluxo será maior e haverá menos água saindo da torneira do que se tivéssemos uma tubulação com maior diâmetro (menor resistência). Assim no mundo de tensão e corrente é a mesma coisa. Se tivermos um cabo ou fio elétrico com maior resistência, o fluxo de corrente será menor do que se tivéssemos um cabo com maior resistência. Por isso, os condutores elétricos são feitos de cobre porque este elemento possui baixa resistência elétrica.
Curso de Automação Industrial – Analogia Corrente e água
Curso de Automação Industrial – Analogia Caminhão e Corrente
2 – Definição da Lei de Ohm
A Lei de Ohm afirma que a corrente que flui em um condutor é diretamente proporcional à tensão aplicada
através dele e inversamente proporcional à resistência entre eles. Em outras palavras, quanto maior a tensão, maior a corrente juntamente com a resistência e para uma tensão constante, quanto menor a resistência, maior a corrente. Assim, temo a seguinte equação:
V = R.I, onde
- V = Tensão
- I = Corrente
- R = Resistência
Figuras – Curso de Automação Industrial – Entendendo a Lei de Ohm
3 – Qual a Diferença entre Corrente Alternada (110 ou 220 Vca) e Corrente Contínua (24 Vcc)?
A corrente alternada (CA) é uma quantidade de tensão ou corrente que varia continuamente com o tempo. Por sua vez, a CC é constante em relação ao tempo. A corrente alternada possui uma frequência associada (no Brasil ele é de 60Hz) enquanto que a corrente contínua é constante e não possui frequência associada.
4 – O que Significa Tensão de 220V a 60Hz?
Quando falamos em 60Hz, estamos querendo dizer que em 1 segundo ocorrem uma sequência de 60 ciclos completos (ciclo positivos + ciclos negativos). É justamente por isso que não vemos uma lâmpada de nossa residência piscar. Como a freqência é alta alternando os ciclos, quando o brilho tende a diminuir vem outro ciclo rapidamente compensando este brilho. Se por outro lado a frequência fosse muito baixa, conseguiríamos ver este lâmpada piscando.
5 – Qual a Diferença entre Circuito Monofásico, Bifásico e Trifásico?
A tensão monofásica consiste em apenas dois fios que transporta a energia sendo o primeiro chamado de FASE e o segundo chamado de Neutro. No Brasil, sua magnitude é geralmente 110Vca em residências e 220Vca em indústrias. Em uma alimentação Bifásica, o condutor neutro é substituído por uma segunda FASE. É o que vemos na nossa residência no chuveiro elétrico por exemplo que é alimentado por 2 fases gerando o 220V. Por outro lado as lâmpadas são alimentadas em 110V (Fase e Neutro). Finalmente, na alimentação trifásica, temos 4 fios sendo 3 deles carregando sinais de tensão R, S, T com 110V em cada fase gerando assim 220 Vca (fase a fase) e 110VAC (fase a neutro) sendo o quarto fio o Neutro. Na indústria é comum encontrar fornecimento de energia em 220 Vca por fase.
No Brasil, a maioria das residências são alimentadas com sistema bifásico. No entanto, caso houver uma residência com consumo muito alto de energia acima de 15Kw (residências de alto padrão) o sistema será definido pela concessionária como trifásico.
Figura – Curso de Automação Industrial – Monofásico, Bifásico e Trifásico
6 – Quais são os Dispositivos de Proteção em um Circuitos Elétricos? Como a Corrente Afeta a Segurança do Circuito?
Todo dispositivo que evita condições de sobrecorrente ou curto-circuito são denominados dispositivos de proteção. Seu mecanismo interno é tal que, sempre que a corrente se eleva acima de uma magnitude permissível no circuito, ele atua abrindo o circuito de forma a evitar danos ao equipamento ou Instrumento utilizados no circuito. É sabido que toda corrente que circula em um circuito causa aquecimento no mesmo e que este calor é diretamente proporcional à corrente, desde que a resistência no circuito seja constante. Assim, quando um equipamento atingir um valor crítico de corrente acima do que que ele pode suportar, ele será danificado caso não houver algum dispositivo de proteção e por este motivo utilizamos dispositivos de proteção contra sobrecorrente/curto-circuito.
7 – O que é multímetro? Quais parâmetros podemos medir usando o multímetro?
O multímetro é um instrumento usado para medir parâmetros elétricos como tensão, corrente, resistência e condutividade.
8 – Existe alguma diferença entre os contatos NA/NF e os interruptores NA/NF?
Os contatos NA/NF são relés ou contator. São contatos auxiliares de Relés/Contator e sua atuação é devida à ação magnética da bobina. Já os interruptores NA/NF são interruptores de entrada que são acionados por humanos pressionando ou girando um botão.
9 – Os 3 Tipos Básicos de Porta Lógica?
A fim de criar lógicas de acionamento no dia a dia e nos nossos exemplos práticos do curso de automação industrial, são definidas 3 portas lógicas básicas que são elas:
10 – Qual é a Diferença entre o Motor Monofásico e o Trifásico?
A principal diferença é que o motor monofásico não é de partida automática devido ao fluxo pulsante gerado pelo enrolamento do estator. Este motor requer um torque de partida que é fornecido por um capacitor. Todos os ventiladores residenciais são motores monofásicos e caso você tiver a oportunidade de abrir um ventilador verá o capacitor ligado a fase.
O motor trifásico por outro lado é o mais encontrado na indústria e já possui partida automática devido a suas características construtivas pois neste tipo de motor o fluxo rotativo pela atuação do enrolamento trifásico no estator se alterna na diferença entre fases em 120 graus. Para o controle da velocidade deste motor utiliza-se muito o inversor de frequência que tem a função de modular a frequência da rede elétrica (60Hz) para frequências maiores ou menores, variando assim a velocidade do motor elétrico.
11 – Como Podemos Inverter a Direção do Motor Elétrico de Corrente Alternada (CA)?
A direção de um motor de corrente contínua (CC) pode ser invertida trocando o sinal em seus terminais de energia. No entanto a maioria dos motores aplicados na indústria atualmente são de corrente alternada. Os motores monofásico podem ter a direção de rotação invertida alterando os condutores do capacitor conforme Figura abaixo:
Já no motor trifásico de corrente alternada CA pode ser revertida, fazemos a reversão alterando 2 fases de posição utilizando para isto contatoras. Veja Figura abaixo:
12 – O que é um Relé e qual o seu Princípio de Funcionamento?
O Rele é um interruptor eletromecânico ou de estado sólido amplamente aplicado nas indústrias. Ele é composto por uma bobina eletromagnética e por contatos auxiliares (NA/NF). Com relação ao seu funcionamento, quando o relé é energizado, a bobina cria um campo magnético que fecha os contatos abertos e abre os contatos fechados caso ele possuir. Esta abertura e fechamento de contato ajuda na comutação de vários equipamentos de alta potência. O relé também fornece excelente isolamento entre os circuitos de controle e potência sendo também usado em circuitos de travamento e intertravamento. É barato e robusto. Portanto é amplamente utilizado em projetos elétricos e de automação industrial.
13 – Simbologia de Componentes Elétricos
Em projetos elétricos, os dispositivos de acionamento devem ser representados adequadamente e para isto existem normas e padrões que definem os componentes conforme podemos visualizar abaixo:
14 – Nomenclatura dos Componentes em um Projeto
14 – O que são Sensores NPN e PNP?
Os sensores NPN são aqueles que fornecem Sinal 0V (geralmente Vcc) na detecção. Já os sensoresPNP são aqueles que fornecem sinal positivo (geralmente 12 Vcc ou 24 Vcc, dependendo da classificação do sensor) na detecção.
15 – Quais os Tipos de Sensores e suas Aplicações?
- Fim de Curso – Utilizado para Intertravamento Básico e detecção de final do percurso
- Fotoelétrico – Utilizado em embalagem, manuseio de materiais, detecção de peças
- Indutivo – Utilizado para detecção de alvos metálicos
- Capacitivo – Sensor de Nível, Detecção de Vidro e alvos não metálicos
- Ultrassônico – Anti-Colisão, Portas, Freios Web, Controle de Nível
16 – O que é Travamento e Destravamento e Onde Podemos usar esse Conceito?
Travamento ou “Holding” é um estado do relé quando ele mantém seus contatos mesmo se a voltagem em seus terminais de controle são removidos. Na trava, a tensão é fornecida pelos contatos auxiliares. Consideramos que destravar significa quebrar este estado de travamento interrompendo sinal fornecido pelos contatos auxiliares. Normalmente o nome de travamento também é conhecido por contato seco.
Este conceito é amplamente utilizado em circuitos de controle de motores, onde o motor é ligado por 1 botoeira NA e desligado por 1 botoeira NF.
17 – Por que Usamos Circuitos de Intertravamento em Automação Industrial?
Os circuitos de intertravamento são usados para evitar a atuação de duas saídas simultaneamente. Existem dois tipos de Intertravamentos – Hardware e Software. Por motivos de segurança, os Intertravamentos Hardware são mais adequados e neste caso os reles de segurança são os mais aplicados na indústria.
18 – O que é o tempo de Retardo do Relé ou Temporizador e para que Serve?
O tempo de retardo acontece quando um relé a aciona seus contatos auxiliares após um intervalo de tempo fixo que é ajustado no próprio rele. Podemos usá-los em situações em que queremos algum atraso na operação de determinados sistemas. Por exemplo, se eu quiser acionar 2 motores com um único botão mas que primeiramente o primeiro liga e o outro motor acione 5 segundos depois que o primeiro estiver ligado ajustamos a função de retardo com o período de tempo de 5 segundos.
O rele de retardo também pode ser encontrado tanto para função de retardo na energização quanto na desenergização.
Na Figura ao lado podemos ver um rele da Phoenix Contact com as seguintes características:
- E: retardo de ligação
- Faixa de ajuste de tempo: 50 ms … 1 h (5 faixas finais de tempo)
- Tempo de redisponibilidade: 100 ms
19 – Onde é Utilizado o Limite fim de Curso?
Os limites fim de curso são usados onde o contato físico com o objeto de destino é necessário. Eles possuem resposta lenta e alta capacidade de corrente. Tipicamente são usados no mecanismo de intertravamento de máquinas . Também podemos usá-los em mecanismos de elevação para detectar o fim de percurso.
20 – Por que Utilizamos Botoeiras com Mecanismo de Travamento para manter o estado do Motor ao invés de Utilizar um Interruptor?
Utilizamos este recurso para tornar mais fácil o entendimento da operação LIGA/DESLIGA pelo operador da máquina. Assim como no dia a dia no trânsito a luz VERDE indica a operação “Seguir” e a luz VERMELHA indica o sinal de “Parar”, da mesma forma, usamos esse conceito em projetos de máquinas com o intuito de facilitar a localização da operação “LIGAR / DESLIGAR”. Independentemente do uso de relés e operação de travamento aplicado, se fosse utilizada uma chave seletora não faria nenhuma diferença na operação do motor elétrico.
21 – O que é Lista BOM?
A lista BOM tem este nome devido ao termo inglês Bill of Material. Ela é muito utilizada no gerenciamento de projetos para listar o número de componentes e o custo total do projeto.
O que significam as palavras-chave “FASE”, “NEUTRO”, “NÏVEL ALTO”, “NÍVEL BAIXO”, “TERRA” e “ATERRAMENTO”?
- FASE: Geralmente é o alto potencial em circuitos de tensão CA (Corrente Alternada) com valor típico de 110v Vca ou 220Vca;
- NEUTRO: Representa o baixo potencial em circuitos de tensão CA.
- NÍVEL ALTO: Representa o alto potencial em circuitos de tensão CC com valores típicos de 5 Vcc, 12 Vcc, 24 Vcc
- NÍVEL BAIXO: Representa o baixo potencial em tensão CC e seu valor típico é de 0 Vcc
- TERRA e ATERRAMENTO: é um dispositivo de segurança projetado e utilizado para evitar um choque devido a fugas de correntes decorrentes de isolamento fraco, quebra de componente ou rompimentos no sistema. Para exemplificar, os aparelhos domésticos que conhecemos e que são manipulados como o ferro elétrico ou o refrigerador devem ser ligados à terra, isto é, conectados a um tubo que penetre profundamente na terra até uma placa de metal. Isto ocorre porque caso a carcaça de metal do ferro ou refrigerador for energizada devido a um defeito interno (rompimento de fio ou circuito), o circuito interno fará com que haja uma circulação de corrente do eletrodoméstico para a terra resultando em uma alta corrente rompendo o fusível do equipamento imediatamente. Por outro lado caso o fusível não romper e uma pessoa tocar no eletrodoméstico, um choque grave poderá acontecer. Uma corrente extremamente pequena, se houver, pode passar através do corpo da pessoa, o que oferece uma resistência, resultando em um leve choque. Para uma conexão à terra, são necessários um soquete de três pinos e um plugue. Devido à alta corrente que circula quando ocorre o defeito, o pino de terra é feito mais espesso e maior que os outros dois pinos. Isso garante que o plugue se encaixe firmemente no soquete, reduzindo as chances de faíscas. O calor causado pelas faíscas faz com que os terminais se desgastem e danifiquem o soquete e o plugue.
22 – O que é um Curto Circuito e Como Ocorre?
O Curto-circuito acontece quando um fio/sinal de alto potencial encontra com outro de baixo potencial estabelecendo entre eles uma resistência de 0 Ohm. Lembrando da lei de Ohm que afirma que I = V / R. Então, quando R é próximo de zero, a corrente aumenta abruptamente. Por isso que cabos estouram quando ocorre um curto-circuito.
23 – O que é Solenóide?
Um solenóide é uma bobina que é acionada quando submetida a uma energia elétrica. Na física, o termo solenóide refere-se a um longo e fino laço de arame, muitas vezes envolvido em torno de um núcleo metálico que produz um campo magnético quando uma corrente elétrica flui através dele. Os solenóides são importantes porque podem criar campos magnéticos controlados e podem ser usados como eletroímãs.
Na animação acima temos a representação de uma válvula com acionamento por solenóide NF (Normalmente Fechada). Assim quando a solenóide é energizada, a bobina gera uma força magnética movimentando o pequeno pistão para cima fazendo com que a válvula abra e o fluido possa passar. Quando retiramos a energia da válvula solenóide, a ação da mola faz com que o pistão feche cessando a passagem do fluido.
24 – Como o Relé Isola um Circuito?
O relé é geralmente controlado por circuitos elétricos (circuitos de controle) que são usados para acionar circuitos de alta potência. Dessa forma temos circuitos de alta potência conectados nos contatos auxiliares do relé que é acionado pela ação magnética da bobina do mesmo. Por isso, este efeito magnético provoca o funcionamento Liga/Desliga dos contatos. A resistência entre o contato e a bobina é muito alta (Tipicamente em MOhms) fornecendo total isolação entre o circuito de comando e de potência.
25 – Poderíamos Acionar um Motor de Indução Trifásico usando 3 Reles de Potência ao Invés de 1 Contator?
Poderíamos operar, mas esta não seria uma operação segura Pois caso houvesse uma falha de algum rele, o motor entraria em fase única, o que causaria a queima dos enrolamentos do motor devido à sobrecarga de corrente. Portanto, devemos sempre usar contatores.
26 – Como a Frequência está relacionada com a Velocidade de um Motor?
A Freqüência é diretamente proporcional à velocidade do motor. Assim, temos a seguinte fórmula:
RPM = 120 x F/P
- RPM = Rotações por Minuto (velocidade do motor)
- F = Frequência do sinal de entrada
- P = Número de pares de pólos
Referências para Curso de Automação Industrial:
- https://gifer.com/en/WAho
- http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions1/electric/voltage.htm
- https://engineeringtutorial.com/current-voltage-principle-animation/
- https://energyeducation.ca/encyclopedia/Alternating_current
- https://learn.sparkfun.com/tutorials/alternating-current-ac-vs-direct-current-dc/alternating-current-ac
- https://instrumentationtools.blogspot.com/2015/06/Solenoid-Valve-Working-Animation.html
