Atuadores

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PCS2038Conceitos Gerais de Automao 1 Quadrimestre de 2010 1

Bruno Nigro - NUSP: 5690222

Bruno Domingues - NUSP: 5639381

PCS 2038Conceitos Gerais de Automao

Atuadores

Aplicao a Processos

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Objetivo

Esta apresentao tem como objetivo o estudo dos atuadores. Para isso,sero discutidos o conceito de atuador (sentido geral e para aEngenharia Eltrica), seus diversos tipos e como eles so utilizados em

sistemas de automao, mostrando algumas das aplicaes prticasdesses elementos.

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Definio de Atuador

O atuador definido como o elemento capaz de atuar sobre (modificar)grandezas fsicas do sistema no qual est inserido, em reposta a umcomando manual ou automtico. Esse processo envolve a conversoentre diferentes tipos de energia.

Exemplos de atuadores:

Msculos Motores Lmpadas Aquecedores

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Atuador Engenharia Eltrica

Transdutor: elemento que converte uma forma de energia em outra.

Sensor: elemento que converte uma grandeza fsica qualquer em sinaleltrico.

Atuador: elemento que converte um sinal eltrico em uma grandezafsica qualquer.

Transdutor

Sensor Atuador

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Automao e Controle

Processo

Sensores

Controle Atuadores

Set Point

(Referncia)

Varivel

manipuladaErro

Varivel

controlada

(Sada)

+

-

Perturbao

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Classificao dos atuadores

Existem diversas classificaes para os atuadores, dependendo docritrio adotado.

Possveis classificaes:

Energia de sada: mecnica, trmica, ptica, etc.

Princpio de funcionamento: mecnico, pneumtico, hidrulico,eletromagntico, piezoeltrico, etc.

Se for um atuador que gera movimento, pelo tipo de movimento: linearou rotativo.

Durante a apresentao, ser usada uma classificao que combina osdois ltimos critrios de classificao citados acima.

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Energia Mecnica

Esses atuadores so aqueles cuja energia de sada a mecnica, ouseja, produzem movimento.

Para analis-los, sero divididos em 2 grupos:

Lineares: o movimento produzido de translao

Rotativos: o movimento produzido de rotao

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Atuadores Lineares

Mecnico: geralmente convertem o movimento de rotao de um brao

de controle em movimento linear atravs das engrenagens e parafusos

Aplicaes:

Macaco usado para erguerveculos

Atuador com escala e leitura digital

usados para posicionarcomponentes ticos com altapreciso

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Atuadores Lineares

Fluidos sob presso (cilindros): utilizam fluidos sob presso para

empurrar um pisto dentro de um cilindro e gerar seu movimento linear.

Podem ser de dois tipos:

pneumticos: utilizam gs comprimido

hidrulicos: utilizam leos sob presso

Existem vrios tipos de cilindros. Alguns exemplos so:

Cilindro de ao simples:

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Atuadores Lineares

Cilindro de dupla ao:

Cilindro de dupla haste:

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Atuadores Lineares

Mesmo sendo componente que usam fluido, ainda dependem da energia

eltrica para funcionar:

Compressores (cilindros pneumticos)

Bombas (cilindros hidrulicos)

Exemplo:

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Atuadores Lineares

Para controlar a passagem do fluido para o atuador, so utilizadas

vlvulas:

Manuais exemplo: Controle do brao de um trator

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Atuadores Lineares

Eltricas: um solenide formado por um carretel (onde so enrolados

os fios) e um ncleo que se movimenta devido a ao do campoeletromagntico

Essas vlvulas so muito utilizadas em sistemas de automao, poispermitem que o computador controle a vlvula ( e, conseqentemente, oatuador controlado pela vlvula) atravs de sinais eltricos

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Atuadores Lineares

Cilindros hidrulicos usados emtratores

Aplicaes:

Cilindro do motor de carro

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Atuadores Lineares

Brao movimentado porcilindros pneumticos

Aplicaes:

Prensa hidrulica

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Atuadores Lineares

Piezoeltricos: o efeito piezoeltrico a capacidade que certos materias

apresentam de se deformar quando uma tenso aplicada sobre essesmateriais

Exemplos de materiais piezoeltricos: tendes, ossos, cermicas (ex:BaTiO3, LiTaO3), cristais (ex: quartzo, topzio), polmeros (ex: PVDF)

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Atuadores Lineares

Cristais de quartzo (SiO2)

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Atuadores Lineares

Aplicaes:

Alto-falantes, usados em sua maioria paraaplicaes de freqncia nica (beeper) ouaplicaes no crticas devido sua resposta emfreqncia inferior s outras tecnologia. Porm, soresistentes a sobrecargas que destruiriam a maioria

dos dispositivos de alta-freqncia

Motores piezoeltricos

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Atuadores Lineares

Vantagens do motor piezoeltrico:

Passos muito precisos (na ordem de nanmetros de acordo comalguns fabricantes)

Por exempo: A cermica PZT5H apresenta constante de transmisso593 x 10-12 m/V

Passos feitos em alta freqncia (at 5 Mhz) devido a caracterstica de

resposta em alta freqncia dos materiaisPequenos

Aplicaes: Microscpios, alinhamento de espelhos em telescpios,focalizao automtica e zoom de cmeras, dispositvos mdicosimplantveis, etc

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Atuadores Lineares

Motor linear: um motor linear um motor de corrente alternada que emvez de ter o estator em volta do rotor est em baixo, ento no produz

torque e sim uma fora linear ao longo da construo do estator.

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Atuadores Rotativos

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Atuadores Rotativos

Angulares: quando giram apenas num ngulo limitado, que pode em

alguns casos ser maior que 360. Ex: brao mecnico.

Contnuos: quando tm possibilidade de realizar um nmero

indeterminado de rotaes. Ex: motores eltricos, pneumticos ou

hidrulicos.

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Atuadores Rotativos

Osciladores hidrulicos: Transformam a fora hidrulica ou pneumtica

em fora mecnica rotacional, em escala de giro contnuo tipo motor,

bem como de giro em uma escala limitada de graus, como os osciladores

ou em operaes onde no necessria rotao completa do

componente em que a fora esta sendo aplicada.

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Atuadores Rotativos

Osciladores de cremalheira e pinho:1 - Carcaa

2 - Cremalheira com 2 mbolos3 - Engrenagem e eixo (pinho)

4 - Regulagem do curso (ngulo de giro)

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Atuadores Rotativos

Osciladores de palheta (simples ou dupla):

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Atuadores Rotativos

Motores hidrulicos: os motores hidrulicos transformam a energia de

trabalho hidrulico em energia mecnica rotativa, que aplicada ao

objeto por meio de um eixo. Todos os motores consistem basicamente

de uma carcaa com conexes de entrada e sada e de um conjunto

rotativo ligado a um eixo.

Existem 2 tipos principais: de palheta e de engrenagem.

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Atuadores Rotativos

De palheta:

De engrenagem:

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Atuadores Rotativos

Aplicaes:

PerfuratrizHidrulica BristolHB

Esteira: h um motor hidrulicoem umaponta, uma roda dentada livrena outra, e

finalmente um conjunto de cilindros para aesteira se mover

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Atuadores Rotativos

Motor eltrico: utiliza energia eltrica para transformar em energia

mecnica.

Falaremos de 2 tipos: os motores eltricos contnuos e os motores depasso.

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Atuadores Rotativos

Motor eltrico contnuo:

O motor eltrico composto de duas estruturas magnticas:

Estator (enrolamento de campo ou m permanente); Rotor (enrolamento de armadura).

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Atuadores Rotativos

Motor de passo: o motor de passo tem funcionamento parecido com os

outros motores eltricos, a diferena que a alimentao de entrada

feita por pulsos e no continuamente. Conforme os pulsos na entrada docircuito de alimentao, este oferece correntes aos enrolamentos certos

para fornecer o deslocamento desejado.

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Atuadores Rotativos

Aplicao:

Brao mecnico: muito utilizado em fbricas para transferir objetos de

um lugar a outro. Em cada junta do brao existe um motor para fazer omovimento angular e sensores para checar se o movimento foi

concluido. Ex: na fabricao de carros existem braos mecnicos para

montar a carroceria do carro

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Atuadores Rotativos

Aplicaes:Sonda enviada a marte

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Atuadores Rotativos

Aplicaes:Fabricao de carros

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Tendncias dos atuadores

Msculo artificial de nanotubos de carbono

Permite os robs andarem com maior naturalidade

Resistentes a temperaturas extremas (desde a temperatura donitrognio lquido (-196C) at acima do ponto de fuso do ferro (1538C).

Podem se movimentar 1000 vezes mais rpido que o msculo humano ecom 30 vezes mais fora

Aplicaes: robs normais, robs espaciais, exoesqueleto em soldados

Consomem menos energia e so muito mais leves que os motoreseltricos

Feitos de nanotubo de carbono em folhas de aerogel.

Quando uma tenso aplicada ao msculo, os nanotubos se afastam eo msculo se distende. Quando a tenso retirada, o msculo se contrai

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Tendncias dos atuadores

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Bibliografia

Sites conferidos no dia 31/01/2010

1. http://www.ebah.com.br/ransdutores-sensores-e-atuadores-pdf-a5831.html#2. http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_de_controle_e_automa%C3%A7%C3%A3o#Elementos_at

uadores3. http://colunas.epocanegocios.globo.com/tecneira/2008/03/25/americanos-criam-musculo-artificial-

que-recarrega-e-regenera-sozinho/4. http://en.wikipedia.org/wiki/Actuator5. http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/motor-explosao/motor-explosao.php6. http://static.howstuffworks.com/gif/backhoe-loader-sideview.jpg7. http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity8. http://www.solenoid-valve-info.com/solenoid-valve-basics.html9. http://electronicdesign.com/content.aspx?topic=piezoelectric-motor-delivers-precise-positioning-

i&catpath=components10. http://www2.eletronica.org/artigos/outros/estudo-do-motor-de-passo-e-seu-controle-digital11. http://www.telecom.uff.br/pet/petws/downloads/tutoriais/stepmotor/stepmotor2k81119.pdf12. http://www.iem.unifei.edu.br/gorgulho/eme26/Aula_04_Hidraulica_04.pdf13. http://www.engprod.ufjf.br/epd_automacao/EPD030_Atuadores.pdf14. http://ciencia.hsw.uol.com.br/motor-eletrico1.htm15. http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_motor16. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=musculo-artificial-aerogel-

nanotubos-superforte-super-rapido&id=010180090401http://nanopatentsandinnovations.blogspot.com/2009/11/carbon-nanotube-artificial-muscles-for.html

17. Centro Federal de Ensino tecnolgico CEFET-MT - Apostila da disciplina Sensores e Atuadores- Curso: Automao Industrial - Prof Edlson Alfredo da Silva

18. PDF Introduo Automao Industrial - Branqs Automao, 2007 - Elaborao: Kau LeonardoGomes Ventura Lopes

19. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto - LICENCIATURA EM ENGENHARIAELECTROTCNICA E DE COMPUTADORES - Ramo de Automao, Produo e Electrnica

I d t i l

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