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AULA 01
Equipamentos e Processos Industriais
Elementos de Entrada.
Professor: Gilvan Najar

Elementos de Entrada de Sinais
Os componentes de entrada de
sinais elétricos são aqueles que emitem
informações ao circuito por meio de
uma ação muscular, mecânica, elétrica,
eletrônica ou combinação entre elas.

Entre os elementos de entrada de sinais podemos citar:
As botoeiras,
As chaves fim de curso,
Os sensores de proximidade e
Os pressostatos.
Todos os elementos de entrada de sinais são destinados a
emitir sinais para energização ou desenergização do circuito
ou parte dele.
Elementos de Entrada de Sinais

Botoeiras
As botoeiras são chaves
elétricas acionadas manualmente
que apresentam, geralmente, um
contato aberto e outro fechado.
De acordo com o tipo de sinal a
ser enviado ao comando elétrico,
as botoeiras são caracterizadas
como PULSADORAS ou COM
TRAVA.

Botoeiras Pulsadoras
As BOTOEIRAS PULSADORAS invertem seus contatos
mediante o acionamento de um botão e, devido a ação de uma
mola, retornam à posição inicial quando cessa o acionamento.
Essa botoeira possui um contato
aberto e um contato fechado, sendo
acionada por um botão pulsador liso e
reposicionada por mola. Enquanto o botão
não for acionado, os contatos 11 e 12
permanecem fechados, permitindo a
passagem da corrente elétrica, ao mesmo
tempo em que os contatos 13 e 14 se
mantêm abertos, interrompendo a
passagem da corrente. Quando o botão é
acionado, os contatos se invertem de forma
que o fechado abre e o aberto fecha.
Soltando-se o botão, os contatos voltam à
posição inicial pela ação da mola de
retorno.

Botoeiras com Trava
As botoeiras com trava também invertem seus
contatos mediante o acionamento de um botão,
entretanto, ao contrário das botoeiras
pulsadoras, permanecem acionadas e travadas
mesmo depois de cessado o acionamento.

Botão Giratório com Trava
Esta botoeira é acionada por um botão giratório com uma trava
que mantém os contatos na última posição acionada.
Características Construtivas
Esta botoeira apresenta um contato
fechado nos bornes 11 e 12 e um
aberto 13 e 14. Quando o botão é
acionado, o contato fechado 11/12
abre e o contato 13/14 fecha e se
mantêm travados na posição, mesmo
depois de cessado o acionamento.
Para que os contatos retornem à
posição inicial é necessário acionar
novamente o botão, agora no sentido
contrário ao primeiro acionamento.

Botão de Emergência
Outro tipo de botoeira com trava, muito usada
como botão de emergência para desligar o circuito de
comando elétrico em momentos críticos, é acionada por
botão do tipo cogumelo.
O botão do tipo cogumelo, também
conhecido como botão soco-trava,
quando é acionado, inverte os contatos
da botoeira e os mantém travados. O
retorno à posição inicial se faz
mediante um pequeno giro do botão
no sentido horário, o que destrava o
mecanismo e aciona automaticamente
os contatos de volta a mesma situação
de antes do acionamento.

Chaves Fim de Curso
As chaves fim de curso são comutadores elétricos de entrada de sinais
acionados mecanicamente. As chaves fim de curso são, geralmente,
posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de
máquinas e equipamentos industriais, bem como das hastes de
cilindros hidráulicos e ou pneumáticos.

Tipos de Chaves Fim de Curso
O acionamento de uma chave fim de curso pode ser efetuado por
meio de um rolete mecânico ou de um rolete escamoteável
(gatilho). Existem, ainda, chaves fim de curso acionadas por uma
haste apalpadora, do tipo utilizada em instrumentos de medição
como, por exemplo, num relógio comparador.

Esta chave fim de curso é acionada por um
rolete mecânico e possui um contato
comutador formado por um borne comum
11, um contato fechado 12 e um aberto
14. Enquanto o rolete não for acionado, a
corrente elétrica pode passar pelos
contatos 11 e 12 e está interrompida entre
os contatos 11 e 14. Quando o rolete é
acionado, a corrente passa pelos contatos
11 e 14 e é bloqueada entre os contatos
11 e 12. Uma vez cessado o acionamento,
os contatos retornam à posição inicial, ou
seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado.

Chave fim de curso acionada por
um rolete mecânico. Apresenta
dois contatos independentes
sendo um fechado, formado pelos
bornes 11 e 12, e outro aberto,
efetuado pelos bornes 13 e 14.
Quando o rolete é acionado, os
contatos 11 e 12 abrem,
interrompendo a passagem da
corrente elétrica, enquanto que os
contatos 13 e 14 fecham, liberando
a corrente.

São chaves de roletes que somente
comutam os contatos das chaves se
forem acionados num determinado
sentido de direção. São os chamados
roletes escamoteáveis, também
conhecidos na indústria como gatilhos.
Roletes Escamoteáveis
Esta chave fim de curso, somente inverte seus contatos quando o rolete for
atuado da esquerda para a direita. No sentido contrário, uma articulação
mecânica faz com que a haste do mecanismo dobre, sem acionar os
contatos comutadores da chave fim de curso. Dessa forma, somente
quando o rolete é acionado da esquerda para a direita, os contatos da chave
se invertem permitindo que a corrente elétrica passe pelos contatos 11 e 14
e seja bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o
acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado
com 12 e 14 desligado.

• Sistemas transportadores
• Máquinas de transferência
• Tornos automáticos
• Máquinas de fresa e perfuração
• Furadeiras e fresadoras
• Equipamento de produção de alta velocidade
Aplicações Típicas

Sensores de Proximidade
Os sensores de proximidade, são elementos
emissores de sinais elétricos os quais são posicionados
no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de
máquinas e equipamentos industriais, bem como das
haste de cilindros hidráulicos e ou pneumáticos.
O acionamento dos sensores, entretanto, não
dependem de contato físico com as partes móveis dos
equipamentos, basta apenas que estas partes
aproximem-se dos sensores a uma distância que varia
de acordo com o tipo de sensor utilizado.

Sensores de Posição ou de Proximidade

Existem diversos tipos de sensores de proximidade os quais devem ser
selecionados de acordo com o tipo de aplicação e do material a ser
detectado. Os mais empregados na automação de máquinas e
equipamentos industriais são os sensores:
Indutivos,
Capacitivos,
Ópticos,
Magnéticos,
Ultra-sônicos,
Sensores de pressão,
Volume,
Temperatura.

Características de Funcionamento dos
Os sensores de proximidade apresentam as mesmas
características de funcionamento. Possuem dois cabos de
alimentação elétrica, sendo um positivo e outro negativo, e um
cabo de saída de sinal. Estando energizados e ao se aproximarem
do material a ser detectado, os sensores emitem um sinal de
saída que, devido principalmente à baixa corrente desse sinal, não
podem ser utilizados para energizar diretamente bobinas de
solenóides ou outros componentes elétricos que exigem maior
potência.
Diante dessa característica comum da maior parte dos
sensores de proximidade, é necessária a utilização de relés
auxiliares com o objetivo de amplificar o sinal de saída dos
sensores, garantindo a correta aplicação do sinal e a integridade
do equipamento.

Características de Funcionamento dos
O que é um sensor?
• Um sensor é um dispositivo para detecção e sinalização de uma
condição de mudança:
– presença ou ausência de um objeto ou material (detecção
discreta).
– uma quantidade mensurável como uma mudança na distância,
tamanho ou cor (detecção analógica).
• Esta informação, ou a saída do sensor, é a base para a
monitoração e o controle de um processo de produção.

Com Contato x Sem Contato
• Sensores com contato são dispositivos eletromecânicos que
detectam mudança através de contato físico direto com o objeto alvo.
• Características:
– geralmente não requerem alimentação;
– podem manusear correntes maiores;
– são geralmente mais fáceis de entender e diagnosticar.
• Exemplos: Encoders, chaves fim de curso e chaves de segurança.
• Os encoders convertem o movimento da máquina em sinais e
dados.
• As chaves fim de curso são usadas quando o objeto alvo pode ter
contato físico.
• As chaves de segurança incorporam atuação resistente a
adulteração e contatos de ação de abertura direta para uso como
proteções de máquina e paradas de emergência.

Com Contato x Sem Contato
• Sensores sem contato são dispositivos eletrônicos de estado
sólido que criam um campo ou feixe de energia e reagem a
distúrbios nesse campo.
– nenhum contato físico é requerido;
– ausência de partes móveis que podem obstruir, desgastar ou
quebrar
– geralmente podem operar com maior rapidez;
– maior flexibilidade de aplicação.
• Exemplos: Sensores fotoelétricos, indutivos, capacitivos e
ultrasônicos são tecnologias sem contato.
• Os sensores sem contato podem também estar suscetíveis à
energia irradiada por outros dispositivos ou processos.

Um Exemplo Prático
• Linha de Pintura:
Um sensor com contato pode ser utilizado para contar cada porta
assim que ela entra na área de pintura, para determinar quantas
portas foram enviadas para a área.
Conforme as portas são enviadas para a área de secagem, um
sensor sem contato conta quantas deixaram a área de pintura e
quantas se moveram para a área de secagem.
A mudança para um sensor sem contato é feita para que não haja
nenhuma possibilidade de afetar as superfícies recém pintadas.

Detecção Discreta x Analógica
• A detecção discreta responde a pergunta, "O alvo está lá?" o
sensor produz um sinal (digital) Ligado/Desligado (ON/OFF) como
saída, baseado na presença ou ausência do alvo.
• A detecção analógica responde as perguntas "Onde está?" ou
"Quanto está lá?" fornecendo uma resposta de saída contínua. A
saída é proporcional ao efeito do alvo no sensor, ou em relação a
sua posição dentro da faixa de detecção ou a força relativa do
sinal que ele retorna ao sensor.

Características/Especificações
• Distância Sensora Nominal: é a distância de operação nominal
para a qual um sensor é projetado. Esta especificação é atingida
usando-se um critério padronizado sob condições médias.

• Histerese: é a diferença entre os pontos de operação (ligado) e a
liberação (desligado) quando o alvo distancia-se da face sensora.
• Sem histerese, um sensor de proximidade irá ligar e desligar
continuamente, oscilando enquanto houver vibração excessiva
aplicada ao alvo ou sensor.

• Repetibilidade: é a habilidade do sensor de detectar o mesmo
objeto à mesma distância, todas as vezes. Expresso como um
percentual da distância sensora nominal, esse número é baseado
em uma temperatura ambiente constante e tensão da fonte.

• Freqüência de comutação: é o número de operações de
comutação por segundo alcançável sob condições padronizadas.
Em termos gerais, é a velocidade relativa do sensor.

Chaves Programadoras Rotativas
Compostas por um disco de acionamento c/ cames circulares
que atuam microinterruptores quando o eixo é girado. O ponto
de acionamento de cada came pode ser programado por
deslizamento ou regulagem de suas posições.
Normalmente as chaves programadoras podem ter de 2 a 20
microinterruptores e são utilizadas em máquinas que realizam
operações sequenciais pré- definidas.

Sensores indutivos: O sensor é composto por um gerador de
campo magnético de alta frequência obtida de um oscilador
eletrônico. As linhas de fluxo percorrem uma região externa à
cabeça sensora. Um metal ou peça metálica que esteja ou passe
dentro dessa região altera o fluxo, fazendo atuar o sensor.
A saída de informação é feita por um contato seco ( para CA ou CC
) ou por um transistor (para CC) . A distância sensora pode ser de
1mm a 15mm dependendo do tipo de cabeçote.
Vantagens: não possuem peças móveis, não necessita de contato
físico com a peça, o ponto de atuação é razoavelmente constante
e são vedados internamente.
Sensores Indutivos

Sensores Indutivos
• Estrutura do Sensor de Proximidade Indutivo:
– Conjunto de Núcleo de Bobina e Ferrite
– Oscilador
– Circuito acionador
– Circuito de saída

Sensores Indutivos
• Montagem do Sensor de Proximidade Indutivo:
– Embutidos:
– Aparentes:

Sensores Indutivos
• Fatores de correção:

Sensores Indutivos
• Quando um objeto metálico penetra nesse campo, correntes
de superfície são induzidas no objeto metálico, o que resulta na
perda de energia no circuito do oscilador e, consequentemente,
há uma redução na amplitude de oscilação. O circuito acionador
detecta essa alteração e gera um sinal para comutar a saída em
LIGAR ou DESLIGAR. Quando o objeto se afasta da área do
campo eletromagnético, o oscilador se regenera e o sensor
retorna ao seu estado normal.

Sensores de Proximidade Indutivos
Os sensores de proximidade
indutivos são capazes de
detectar apenas materiais
metálicos, a uma distância que
oscila de 0 a 2 mm,
dependendo também do
tamanho do material a ser
detectado e das características
especificadas pelos diferentes
fabricantes.

Vantagens:
1. Não são afetados pela umidade
2. Não são afetados pelos ambientes com poeira/sujeira
3. Sem partes móveis/sem desgaste mecânico
4. Não dependem de cor
5. Menor superfície dependente do que outras tecnologias
sensoras
6. Sem zona cega
Desvantagens:
1. Detectam somente a presença de alvos metálicos
2. A amplitude operacional é menor do que em outras
tecnologias sensoras.
3. Podem ser afetados por campos eletromagnéticos fortes

Sensores de Proximidade Capacitivos

• Detecção capacitiva é uma tecnologia própria para detectar
não metais, sólidos e líquidos. Pode detectar metais, porém o
custo é mais elevado que o indutivo.
• Os sensores de proximidade capacitivos são semelhantes aos
sensores de proximidade indutivos em tamanho, forma e
conceito. Entretanto, enquanto os sensores indutivos usam
campos magnéticos indutivos para detectar objetos, os sensores
de proximidade capacitivos reagem às alterações do campo
eletrostático.

• Na face sensora há uma placa de capacitor. No momento em
que a alimentação é aplicada ao sensor, um campo eletrostático
é gerado e reage às alterações de capacitância. Quando o objeto
está fora do campo eletrostático, o oscilador fica desativado. À
medida que o objeto se aproxima, a capacitância varia e quando
alcança um limite determinado, o oscilador é ativado, acionando
o circuito de saída para comutar os estados entre LIGADO (ON) e
DESLIGADO (OFF).

• Estrutura

Sensores Capacitivo
• Montagem do Sensor de Proximidade Capacitivo:
– Embutidos:
– Aparentes:

Os sensores de proximidade
capacitivos registram a presença
de qualquer tipo de material. A
distância de detecção varia de 0 a
20 mm, dependendo da massa do
material a ser detectado e das
características determinadas pelo
fabricante.

Sensores Capacitivo
• Constante Dielétrica: Quanto maior o valor da constante
dielétrica de um material, mais fácil ele é detectado.

Sensores Capacitivo
• Vantagens:
1. Detectam metais e não metais, líquidos e sólidos
2. Podem "ver através" de certos materiais (caixas de produto)
3. Estado sólido, vida útil longa
4. Diversas configurações de montagem
• Desvantagens:
1. Distância sensora curta (1 polegada ou menos) varia
amplamente de acordo com o material a ser detectado
2. Muito sensível aos fatores ambientais - umidade em climas
litorâneos podem afetar o resultado da detecção
3. Nem um pouco seletivo em relação ao alvo - o controle do que
se aproxima do sensor é essencial

Sensores Capacitivo

Sensores de Proximidade Ópticos

• Princípio de Funcionamento:
• Todos os sensores fotoelétricos operam detectando uma
mudança na quantidade de luz recebida por um detector de luz.
A mudança na luz permite que o sensor detecte a presença ou a
ausência do objeto, bem como seu tamanho, sua forma, sua
capacidade refletora, opacidade, transparência ou cor.
• Tipos:
a) Tipo Barreira
b) Tipo Retro Refletido (com espelho prismático)
c) Tipo Difuso
d) Com Fibra ótica (objetos pequenos e alta temperatura)

• Estrutura:
• Um sensor fotoelétrico consiste em 5 componentes básicos:
– Fonte de luz
– Detector de luz
– Lentes
– Circuito lógico
– Saída

• Fonte de luz
– LED Infravermelho: Um LED é um semicondutor de estado
sólido que emite luz quando uma corrente é aplicada. Os LEDs
são designados para emitir comprimentos específicos de onda,
ou cores, de luz . Os LEDs infravermelhos, vermelhos visíveis,
verdes e azuis são utilizados como fonte de luz na maior parte
dos sensores fotoelétricos.

• Modulação:
– Uma das maiores vantagens da fonte de luz do LED é sua
habilidade de ligar e desligar rapidamente. Isso permite a
pulsação e modulação da fonte de luz.
– Funções da Modulação:
• Filtrar a luz natural (contínua)
• Filtrar a luz artificial (60 Hz)
• Aumentar a potência do LED (ciclo de trabalho menor que 5%)

• Detector de luz
– Fototransistor: É um componente de estado sólido que fornece
uma mudança na corrente conduzida dependendo da
quantidade de luz detectada. Os detectores de luz são mais
sensíveis a certos comprimentos de onda de luz.

• a) Barreira (Feixe transmitido)
– Neste modo de detecção, o emissor e o receptor de luz estão
em invólucros separados. As duas unidades estão posicionadas
em lados opostos de forma que a luz do emissor brilhe
diretamente sobre o receptor. O feixe entre o receptor e a fonte
de luz deve ser interrompido para a detecção do objeto.

Os sensores de proximidade ópticos
detectam a aproximação de qualquer
tipo de objeto, desde que este não seja
transparente. A distância de detecção
varia de 0 a 100 mm, dependendo da
luminosidade do ambiente.
Normalmente, os sensores ópticos por
barreira fotoelétrica são construídos em
dois corpos distintos, sendo um emissor
de luz e outro receptor. Quando um
objeto se coloca entre os dois,
interrompendo a propagação da luz
entre eles, um sinal de saída é então
enviado ao circuito elétrico de comando.
Sensores Ópticos por Barreira Fotoelétrica

• b) Retrorefletido
– Um sensor retrorefletido contém tanto o emissor quanto o
receptor em um invólucro. O feixe de luz do emissor é
propagado do refletor (ou de material refletivo especial) e
detectado pelo receptor. O objeto é detectado quando
intercepta esse feixe de luz.

Neste sensor, o emissor e o
receptor de luz são montados num
único corpo, o que reduz espaço e
facilita sua montagem entre as
partes móveis dos equipamentos
industriais. A distância de detecção
é entretanto menor, considerando-
se que a luz transmitida pelo
emissor deve refletir no material a
ser detectado e penetrar no
receptor o qual emitirá o sinal
elétrico de saída.
Sensores Ópticos Reflexivo

b) Retrorefletido Polarizado
– Os sensores retrorefletidos polarizados contêm filtros
polarizadores em frente do emissor e do receptor que orientam
a luz em um único plano. Esses filtros são perpendiculares ou
ficam posicionados 90° fora de fase entre si.

• c) Difuso
– Neste tipo é detectado um reflexo diretamente a partir do
objeto.
A superfície do objeto espalha a luz em todos os ângulos; uma
pequena parte é refletida em direção ao receptor. Esse modo de
detecção é denominado detecção difusa.

• Os objetos difusos do "mundo real" são geralmente
considerados menos refletivos, conforme mostrado na tabela.

• d) Fibra Ótica: Os cabos de fibra óptica podem ser montados
em locais que seriam inacessíveis para sensores fotoelétricos.
Eles podem ser usados onde há alta temperatura ambiente e em
aplicações onde há vibração .Os cabos de fibra óptica podem
também ser usados para detectar objetos pequenos.
• Os cabos de fibra óptica podem ser configurados para operar
em todos os modos de detecção: feixe transmitido, retrorefletido
e nos vários modos difusos. Podem ser de Plástico ou de Vidro.

Sensores Óticos
• Tipo Barreira (Feixe Transmitido)

Sensores Óticos
• Tipo Retrorefletido

Sensores Óticos
• Tipo Difuso

Sensores Óticos
• Fibra Ótica

Sensores Óticos
Vantagens e Precauções dos Modos de Detecção Fotoelétrica

Sensores Ultrassônico
Utilizam ondas sonoras de alta frequência para detectar objetos.

Princípio de Funcionamento
O emissor envia impulsos ultrassônicos sobre o objeto analisado.
As ondas sonoras voltam ao detector depois de um certo tempo,
proporcional a distância.

Sensores de Proximidade Magnéticos
Os sensores de proximidade magnéticos, detectam apenas a
presença de materiais metálicos e magnéticos, como no caso dos
imãs permanentes. São utilizados com maior freqüência em
máquinas e equipamentos pneumáticos e são montados
diretamente sobre as camisas dos cilindros dotados de êmbolos
magnéticos. Toda vez que o êmbolo magnético de um cilindro se
movimenta, ao passar pela região da camisa onde externamente
está posicionado um sensor magnético, este é sensibilizado e
emite um sinal ao circuito elétrico de comando.

08/05/2015 82
Sensores de Proximidade Magnéticos

 Tacogerador (Dínamo Taquimétrico)
08/05/2015 83
Sensores Velocidade

Sensores de Aceleração
08/05/2015 84

Sensores de Temperatura
08/05/2015 85
 Termistores (Resistores Termicamente Sensíveis)
PTC NTC

Sensores de Pressão
08/05/2015 87
• Piezoelétrico: deformação do cristal de quartzo
produzindo um potencial elétrico.

Sensores de Pressão
08/05/2015 88
• Célula de Carga: variação da resistência de um
extensômetro quando submetido a uma deformação.

Sensores de Nível
08/05/2015 89
Discreto

Sensores de Nível
08/05/2015 90
Contínuo

Sensores de Nível
• Medição de Nível Hidrostático
a.Capacitivo
b.Piezorressistivo
c. Piezoelétrico
08/05/2015 91

Sensores de Nível
08/05/2015 92
 Medição de Nível com Sensor de Pressão
a. 1 bar = 10,197162 m.c.a

Sensores de Nível
08/05/2015 93
 Medição de Nível com Sensor Ultrasônico
a. 1 a 20 kHz
b. Reflexão de Ondas Sonoras
c. Simples Instalação
d. Fácil Parametrização

Sensores de Vazão
08/05/2015 94
Pressão Diferêncial
Placa de Orifício
Tubo de Venturi
Bocal
Tubo de Pilot
Rotâmetros
Turbina
Sensor Óptico
Acoplamento Magnético
Bobina pick-up
Rotor de vazão magnético-eletrônico
Ultrassônicos
Eletromagnético

Sensores de Vazão
08/05/2015 95
 Pressão Diferencial
a. Q = k x (∆ρ)1/2 , a queda de pressão varia a vazão, a densidade e a viscosidade.
b. Alto erro

Sensores de Vazão
08/05/2015 96
 Turbina

Sensores de Vazão
08/05/2015 97
 Acoplamento Magnético

Sensores de Vazão
08/05/2015 98
 Eletromagnético
 O princípio de operação do medidor de vazão é baseado na lei da indução
eletromagnética de Faraday. Esta estabelece que, quando um condutor se move
em um campo magnético, uma força eletromotriz é induzida perpendicularmente
à direção do movimento do condutor e à direção do campo magnético.

Sensores de Vazão
08/05/2015 99
 Ultrassônico
a. Tempo de Transito
b. Efeito Dopler

Sensores de Vazão
08/05/2015 100

Pressostatos
Os pressostatos, também conhecidos como sensores de pressão,
são chaves elétricas acionadas por um piloto hidráulico ou
pneumático.
Os pressostatos são montados em linhas de pressão hidráulica e
ou pneumática e registram tanto o acréscimo como a queda de
pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez em que
a pressão do óleo ou do ar comprimido ultrapassar o valor
ajustado na mola de reposição.

Pressostatos
Se a mola de regulagem deste
pressostato for ajustada com uma
pressão de, por exemplo, 7 bar,
enquanto a pressão na linha for
inferior a esse valor, seu contato
11/12 permanece fechado ao
mesmo tempo em que o contato
11/14 se mantém aberto. Quando a
pressão na linha ultrapassar os 7
bar ajustado na mola, os contatos
se invertem abrindo o 11/12 e
fechando o 11/14.

Sensores de Umidade, Gases e pH
• Umidade
08/05/2015 103

• Gases
08/05/2015 104

• pH
08/05/2015 105

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