Eletricidade

Introdução

O operário desperta com o toque do rádio-relógio. Levanta, acende a luz. Toma um banho quente. Prepara seu lanche com auxílio da torradeira elétrica.

Alguma coisa ajuda a vida do operário desde que ele acorda. É a eletricidade.

Você já imaginou o mundo sem eletricidade? Não existiria nenhum dos equipamentos de que o operário precisou. Nem o rádio, nem a televisão.

Tampouco existiria as máquinas comandadas por computadores e robôs.

Certamente, sem a eletricidade a automação não teria alcançado o estágio de desenvolvimento que possui hoje.

A energia está sempre associada a um trabalho, por isso dizemos que energia é a capacidade de realizar trabalho.

A energia elétrica manifesta-se por seus efeitos magnéticos, térmicos , luminosos, químicos e fisiológicos, tais como:

O aquecimento de uma resistência para esquentar a água do chuveiro (efeito térmico)

A luz de uma lâmpada (efeito luminoso)

A eletrólise da água (efeito químico)

A contração muscular de um organismo vivo ao levar um choque elétrico. (efeito fisiológico)

A rotação de um motor (efeito magnético)

A energia não pode ser criada, nem destruída, portanto nunca desaparece, apenas se transformando, passando de um forma para outra.

Na composição da matéria, temos as moléculas, que por sua vez são formadas por átomos, que são a menor partícula em que se pode dividir um elemento e que é formado por uma parte central chamada núcleo e uma parte periférica formada pelos elétrons.

O núcleo é constituído por dois tipos de partículas: os prótons, com carga positiva, e os nêutrons, que são eletricamente neutros, enquanto os elétrons possuem carga negativa, e como os planetas eles giram ao redor do núcleo.

Tensão Elétrica

Tensão elétrica – (volts = V)

Para que haja movimento de elétrons em um circuito é necessário que alguma força ou pressão apareça para fazer com que esses elétrons se movimentem. A esta pressão damos o nome de diferença de potencial (d.d.p.), voltagem, tensão ou forçaeletromotriz (f.e.m.), que nos é dada em volts.

Analogamente podemos considerar que a tensão elétrica pode ser comparada com a pressão de um sistema hidráulico e, portanto, a “isolação” de um condutor é comparativamente à espessura de um duto hidráulico, dimensionado para suportar a pressão.

A tensão elétrica pode ser isolada por diversos métodos: através de materiais isolantes aplicados diretamente nos condutores; através de distanciamentos, afastamentos entre os condutores sendo que, neste caso, o isolante é o ar.

Quanto maior for a tensão elétrica, maior deve ser a isolação do condutor para que não ocorra falha. Analogamente ao circuito hidráulico, onde quanto maior a pressão da água maior deve ser a espessura deste duto.

Conceito:

Tensão elétrica: diferença de potencial elétrico entre dois pontos, capaz de gerar movimento ordenado de elétrons entre um ponto e outro.

Abaixo instrumento de medida da tensão elétrica (voltímetro) que é dado em volts:

Acima um aparelho de medição de tensão analógico, abaixo a forma em que é inserido no circuito, paralelo a medição.

 

Corrente Elétrica

Corrente elétrica –( Ampère – A)

Esta unidade define a intensidade elétrica de cargas (elétrons) que fluem através dos condutores elétricos. A corrente elétrica pode ser comparada a quantidade de água que passa dentro de um cano. Quanto maior a quantidade de água maior terá de ser a seção do cano para que permita a passagem de água sem danos.

Assim se comporta a corrente elétrica, também chamada de amperagem. A seção dos condutores elétricos (cabos e fios) deve ser devidamente compatível para permitir a passagem de corrente sem provocar aquecimento.

Quanto maior for a intensidade da corrente maior deverá ser a seção do condutor.

No caso da água, a unidade de medida em relação ao tempo é litros por segundos, ou seja, a quantidade de litros que estiver passando num determinado ponto do encanamento durante um segundo. Toda vez que passar uma corrente de elétrons em um circuito elétrico ela poderá também ser medida.

Quando num ponto qualquer de um circuito elétrico passar 6,28 milhões de elétrons diz-se que passou um Coulomb, medida essa utilizada para medir cargas elétricas.

Porém, se passar num ponto do mesmo circuito um Coulomb de elétrons no tempo de um segundo a corrente será de um ampère.

1 A = 1 Coulomb/ segundo

 

Estudando: Noções de Eletricidade

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Corrente Alternada

É o movimento ordenado de cargas elétricas, porém com sentido que muda de um instante para o outro.

A quantidade de vezes em que este sentido de uma corrente elétrica muda dentro de um determinado tempo denominado de frequência.

As usinas geradoras de energia elétrica produzem tensão e corrente elétrica alternada.

É este tipo de tensão que encontramos nas tomadas de nossas residências e fábricas.

Abaixo símbolo de um gerador de tensão alternada:

Abaixo a forma da tensão alternada em forma de gráfico:

Frequência é igual ao número de oscilação (período) em um segundo. A unidade de medida da frequência é o Hertz.

No Brasil a frequência é 60 Hertz. Ou seja, em um segundo a tensão elétrica muda de polarização 119 vezes.

 

Aterramento

Toda máquina e dispositivos metálicos com acionamento e automatização elétrica tem que ser aterrado conforme a norma da ABNT ( Associação Brasileira de Normas Técnicas).

Sua finalidade é proteger as pessoas que estiverem em contato físico com a máquina ou equipamento.

O aterramento é feito com hastes de cobre fincadas no solo, que de acordo com as necessidades e condições do solo podem ser em malha fechada ou aberta, sua resistência é medida com aparelho próprio para esta finalidade chamado de terrômetro.

Considerando que um equipamento está com fuga de corrente elétrica através de seu corpo metálico, exemplificaremos um equipamento com aterramento e um sem, o caminho que a fuga encontrará até a terra:

 

Motores Elétricos

Definição:

Dispositivo eletromecânico, que aproveitando o efeito magnético da corrente elétrica é usado para transmitir movimentos circulares em seu rotor.

Para diminuir a perda por atrito durante a transmissão de movimentos circulares em seu rotor, este é apoiado sobre dois rolamentos.

Motor com freios

Motofreios

Em alguns tipos de equipamentos acionados por motores, no momento em que manualmente ou automaticamente ele é desenergizado, há a necessidade em que ele para instantaneamente.

Neste caso o recurso usado é o sistema de frenagem de motor por uma ação externa, seja ela com a aplicação de uma corrente continua no campo magnético do estator do motor ou por ação mecânica ou eletromecânica.

Em nosso exemplo abaixo veremos o tipo eletromecânico:

 

Sensores

Sensores Indutivos

Sensores de proximidade indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças, componentes, elementos de máquinas, etc.

O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta frequência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora.

A bobina faz parte de um circuito oscilador, que em condições normal (desacionada), gera um sinal senoidal.

Quando um metal aproxima-se do campo, este por correntes de superfície, absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador.

A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação contínua, que comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de saída.

A face sensora: é a superfície onde emerge o campo magnético.

Distância sensora: é à distância em que se aproximando o acionador da face sensora, o sensor muda o estado de saída.

Sensores fotoelétricos

Os sensores fotoelétricos, também conhecidos por sensores ópticos manipulam a luz de forma a detectar a presença do acionador, que na maioria das aplicações é o próprio produto.

Princípio de funcionamento:

Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelho (invisível ao ser humano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado.

Os fotoelétricos são compostos por dois circuitos básicos: um responsável pela emissão do feixe de luz, denominado transmissor, e outro responsável pela recepção do feixe de luz, denominado receptor.

O transmissor envia o feixe de luz através de um fotodiodo, que emite flashes, com alta potência e curta duração, para evitar que o receptor confunda a luz emitida pelo transmissor com a iluminação ambiente.

O receptor é composto por um fototransistor sensível a luz, que em conjunto com um filtro sintonizado na mesma frequência de pulsação dos flashes do transmissor, faz com que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor.

Sistema com barreira

O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um em frente do outro, de modo que o receptor possa constantemente receber luz do transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper o feixe de luz.

Sistema por difusão

Neste sistema o transmissor e o receptor são montados na mesma unidade. Sendo que o acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.

Sistema reflexivo

Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. O feixe de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho prismático, e o acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper este feixe.

Espelho prismático

O espelho prismático permite que o feixe de luz refletido para o receptor seja paralelo ao feixe transmitido pelo transmissor, devido às superfícies inclinadas a 45º, o que não acontece quando a luz é refletida diretamente por um objeto, onde a luz se espalha em vários ângulos.

À distância sensora para os modelos reflexivos é em função do tamanho ( área de reflexão) e, o tipo de espelho prismático utilizado.

Detecção de transparente

A detecção de objetos transparente, tais como: garrafas de vidros, vidros planos, etc; podem ser detectados com angulação do feixe em relação ao objeto, ou através de potenciômetros de ajuste de sensibilidade, mas sempre se aconselha um teste prático.

A detecção de garrafas plásticas tipo PET, requerem sensores especiais para esta finalidade.

Detecção de objetos brilhantes

Quando o sistema reflexivo for utilizado na detecção de objetos brilhantes ou com superfície polidas, tais como: engradados plásticos para vasilhame, etiquetas brilhantes, etc, cuidados especiais devem ser tomados, pois o objeto neste caso pode refletir o feixe de luz.

Atuando assim, como se fosse o espelho prismático, ocasionando a não interrupção do feixe, confundindo o receptor que não aciona a saída, acasionando uma falha de detecção.

A fim de evitar que isto ocorra, aconselha-se utilizar um dos métodos.

1-Montagem angular em relação ao produto.

2-Filtro polarizado, que serve para direcionar mecanicamente o feixe de luz.

 

Pirômetro

Controle de Temperatura

Dentro de um processo de produção às vezes temos a necessidade de controlar a temperatura, e neste caso temos que usar um dispositivo que consiga manter a temperatura na qual o nosso produto precisa.

Abaixo temos o tipo mais comum de pirômetro:

Tais dispositivos que controlam a temperatura tem o nome de Pirômetro e trabalham em conjunto com sensores chamados termoelemento que fazem a leitura da temperatura, normalmente utilizamos o termopar ou termoresistência do tipo Pt-100.

E através da leitura do termoelemento, e a programação feita no pirômetro podemos acionar tanto o comando para ligar a resistência, como também, através do programa podemos acionar o resfriamento através de ventiladores ou ventoinhas.

Termopar

O termopar, ao ser aquecido acelera a movimentação dos elétrons livres e faz com que eles passem de um material para outro, causando uma diferença de potencial.

Esta ddp é que será lida pelo pirômetro e convertida em temperatura que poderemos ler em seu display.

O termopar ao ser aquecido faz com que o elétron circule, causando uma ddp da ordem de milivolts, e estes milivolts é identificado na entrada do pirômetro e é convertido em um sinal digital que é identificado no display com números que reconhecemos como valores de temperatura.

Abaixo exemplo de aplicação do Pirômetro:

 

Manutenção

MANUTENÇÃO CORRETIVA

É o serviço de manutenção realizado após a falha. Equivale a uma atitude de defesa enquanto se espera uma próxima falha acidental. É a chamada “manutenção catastrófica”, ou seja, é norteada pela idéia: “nada se faz enquanto não houver fumaça (defeito ou falha)”.

Este é o método tradicional de se fazer manutenção e sempre gera custos crescentes, além de paradas imprevistas.

MANUTENÇÃO PREVENTIVA

Define-se como sendo um conjunto de procedimentos que visam manter a máquina em funcionamento, executando rotinas que previnam (evitem) paradas repentinas.

É um método onde as intervenções tem previsão, preparação e controle. Ou seja, as intervenções são planejadas.

Exemplo: um determinado equipamento tem algumas peças que costumam apresentar defeitos a partir de 3000 horas de uso, assim a preventiva pode programar a sua troca antes de atingir este número de horas.

MANUTENÇÃO PREDITIVA

A manutenção preditiva é um aperfeiçoamento da manutenção preventiva, baseado no real conhecimento das condições da máquina, equipamento ou componente. A manutenção preditiva nasceu da constatação de que, muitos componentes ainda em bom estado eram trocados nas intervenções preventivas, devido a isso buscou-se modos de identificar o momento da falha com maior precisão para que se pudesse intervir um pouco antes da ocorrência.

CAUSAS DE FALHAS ELÉTRICAS MAIS COMUNS

• Mau contato nos conectores
• Condutores interrompidos
• Chave fim-de-curso solta ou inoperante
• Sensor desregulado
• Conector do sensor solto
• Motor travado
• Relê do motor desarmado
• Eletroválvula com defeito
• Contator de potência desarmado
• Fusível aberto
• Disjuntor desarmado

 

Componentes Elétricos

Fusível

O fusível é um elemento de proteção que abre o circuito toda vez que a corrente elétrica, que passa pôr ele, ultrapassa a corrente nominal do fusível, isso devido ao fio que esta dentro dele que se funde e rompe-se impedindo então, a passagem da corrente elétrica.

O fusível é utilizado para proteção contra curtos-circuitos, não sendo uma proteção ideal à sobrecargas.

Fusível DIAZED

O fusível DIAZED é constituído de um corpo de porcelana em cujos os extremos metálicos se fixa um fio de cobre puro ou recoberto com uma camada de zinco, imerso em areia especial de granulação adequada, que funciona como meio extintor do arco voltaico.

Fusível NH

O conjunto para fusíveis do tipo NH é constituído de Base e Fusível. A base é construída de material termoplástico, possuindo meios de fixação para quadros ou placas. Possuem contatos em forma de garras prateadas, que garantem o contato elétrico.

O fusível possui um corpo de porcelana onde se aloja o elemento fusível e o elo indicador de queima imersos em areia e nas extremidades contatos do tipo faca prateados.

DISJUNTOR

Denominam-se disjuntores os dispositivos de manobra e proteção, capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito e/ou sobrecarga.

Dispositivos de manobra e proteção contra sobrecarga.

Relês térmicos

Os relês térmicos, assim como os fusíveis, são elementos de proteção, porém com funções diferenciadas. Enquanto o fusível é utilizado principalmente na proteção contra curto-circuito, o relê térmico é utilizado em casos de sobrecarga.

O relê térmico funciona com o princípio de bimetais (normalmente ferro e níquel), assim, se houver uma elevação de corrente por um determinado tempo, devido a uma sobrecarga, haverá um aquecimento do bimetálico e o relê térmico comuta desligando o circuito.

Botões no comando elétrico

Os botões podem ainda fazer a sinalização do comando, ou seja, em seu interior possui uma lâmpada que indica que o botão foi acionado.

Sinalização

Para que um operador saiba o que está acontecendo com o equipamento que ele está operando, é necessário que possa visualizar, rápida e facilmente, mensagens que indiquem que a operação está se realizando dentro dos padrões esperados.

É a forma visual ou sonora de chamar a atenção do operador para uma situação determinada em um circuito, máquina ou conjunto de máquinas.

Ela é realizada por meio de campainhas ou sirenes ou por sinalizadores luminosos com cores determinadas por normas.

CONTATORES

São dispositivos de manobra eletromecânica, construídos para um elevado número de manobras.

De acordo com a potência (carga), o contator é um dispositivo de comando do motor e pode ser usado individualmente, acoplado a relês de sobrecarga (relê térmico), na proteção de sobrecorrente. Certos tipos de contatores têm a capacidade de estabelecer e interromper correntes de curto-circuito.

Chaves fim–de-curso

Tem como finalidade limitar uma ação dentro de um comando elétrico, ou comandar uma nova operação dentro comando elétrico.

Normalmente a chave FDC tem dois jogos de contatos, um NF e um NA.

Obs.:- existem chaves FDC com mais de dois jogos de contatos.

Abaixo temos uma figura com a demonstração dos contatos:

CHAVES SECCIONADORAS

São dispositivos de manobra que servem para abrir ou fechar um circuito geral do painel de comando.

Temos chaves seccionadoras simples, em que somente servem para fechar ou abrir um circuito manualmente, veja abaixo:

Os modelos acima são para manobra de equipamento de porte pequeno.