Este documento apresenta conceitos fundamentais de engenharia elétrica e automação industrial, incluindo tipos de sensores e atuadores, variáveis de processo, sistemas de controle e tipos de motores elétricos.

1. Introdução à Engenharia Elétrica
Prof. Rodrigo Rimoldi
sites.google.com/site/rodrigorimoldi

2.  Representações:

3.  C0nfigurações:
 SPST: Single Pole SingleThrow
(Chave on/off de 1 estado)
 SPDT: Single Pole DoubleThrow
(Chave on/off de 2 estados)
 DPST: Double Pole SingleThrow
(Chave on/off de 2 pólos)
 DPDT: Single Pole SingleThrow
(Chave on/off de 2 pólos e 2 estados)

4.  Termos:
 Pole – Número de partes móveis que se
conectam ou número de circuitos
individuais;
 Throw – Número de estados da chave.

5.  Principais tipos:

6.  Classes:
 24 volts AC/DC;  230 volts AC/DC;
 48 volts AC/DC;  TTL level (transitor-
to-transistor ±5 V);
 120 volts AC/DC;
 Isolated input.
Aula 1 - Introdução à Automação Industrial 6

7.  Chave cuja operação é ativada
de maneira eletromagnética.

8.  Suas saídas (forma de contatos de relés) são
acionadas quando uma contagem pré-
estabelecida é atingida.
Ex.: Contagem de 5 subidas de borda.

9.  Utilizado para temporizar eventos, fechando
os contatos após um tempo pré-
programado.
Ex.: Acionamento da saída após 5 segundos.

10.  Controle Mecânico – eixos,
direcionadores, etc.;
 Controle Pneumático – pistões e válvulas
de ar comprimido, etc.;
 Controle Eletromecânico – chaves, relês,
temporizadores, contadores, etc.;
 Controle Eletrônico – chaves eletrônicas;
 Controle Computadorizado.

11. Exemplo de controle de processo:
 Um processo inicia ligando um motor (R2), cinco segundos após uma peça
tocar uma chave de limite (LS1). O processo termina automaticamente
quando a peça terminada toca uma segunda chave de limite (LS2). Uma
chave de emergência (PB1) termina o processo a qualquer instante, quando
for acionada.

12.  Sistema automático: o resultado é definido
previamente e o sistema se encarrega de atingi-lo sem
a intervenção de um controlador externo (usuário);
 Sistema rígido: não há possibilidade de alteração do
processo depois da definição do sistema e de seus
componentes após início da operação;
 Sistema flexível: é possível fazer alterações no sistema
e em seus componentes (como incluir entradas ou
saídas, por exemplo) após início da operação.

13.  Processo: conjunto de operações
e/ou transformações realizadas
sobre um ou mais materiais, com a
finalidade de variar pelo menos
uma de suas propriedades físicas
ou químicas.

14.  Processo de produção:
 Seguir uma receita, usando utensílios
para transformar ingredientes básicos
num produto;
 Para esta transformação é necessária
alguma forma de energia;

15.  Ingredientes: matéria-prima de entrada ou insumos;
 Pó de café;
 Água.
 Utensílios: equipamentos necessários à produção;
 Cafeteira;
 Coador;
 Filtro de papel;
 Jarra refratária.

16.  Fonte de energia: calor usado na
transformação dos ingredientes;
 Receita:
 Determina a sequência de preparo, os
intervalos de tempo e a quantidade de
matéria-prima envolvida;
 Mostra como fazer sempre um cafezinho
com as mesmas características ou bem
semelhantes (padronização do processo).

18.  Insumos: combinação dos fatores de produção
(matérias-primas, horas trabalhadas, energia
consumida, taxa de amortização, etc.) que
entram na produção de determinada
quantidade de bens ou serviços;
 Matéria-prima: substância bruta principal e
essencial com que é fabricada alguma coisa;
 Energia: propriedade de um sistema que lhe
permite realizar trabalho.

19.  Produção em massa: sistema de produção de
um produto com variação mínima;
 Exemplo: automóveis e eletrodomésticos.
 Produção em lote: sistema de produção de uma
quantidade média de um produto que pode ser
repetido periodicamente;
 Exemplo: livros e roupas.

20.  Processo descontínuo: é aquele cuja operação
se dá em etapas;
 Em primeiro lugar ocorre a alimentação do processo
com matéria-prima;
 Depois ocorre algum tipo de reação;
 Finalmente é feita a retirada do produto final.

21.  Exemplo de processo descontínuo: etapas de
produção em indústrias químicas e de manufatura
com características de produção em massa
(seriada) ou em lotes.

22.  Processo contínuo: É aquele em que existe uma
entrada contínua de matéria-prima, um
processamento e uma saída também contínua
do produto final.

23.  Exemplo de processo contínuo: destilação de
álcool.

24.  Exemplo de processo contínuo: destilação de álcool.
 A saída de produto é constante (Álcool hidratado)
dependendo da quantidade de matéria-prima de entrada
(caldo de cana fermentado) e da energia fornecida ao
sistema (vapor de água supersaturado);
 Um produto sobra nesse processo, o vinhoto. Parte dele é
reprocessado, isto é, volta ao topo da coluna. O que sobra
é usado como fertilizante nas plantações de cana-de-
açúcar.

25.  São entidades matemáticas associadas a fenômenos
físicos/químicos, geralmente através de letras ( x, y, z, V, I, R, t, etc.);
 Podem ser associadas a:
 Pressão
 Temperatura;
 Posição;
 Vazão;
 Velocidade;
 Nível;
 pH;
 Etc.

26.  Variáveis analógicas (contínuas):
podem assumir infinitos valores
(dentro de uma faixa de valor máximo
e mínimo) durante um intervalo de
tempo.

27.  Variáveis digitais (discretas): podem
assumir um número limitado de
valores durante um intervalo de
tempo.

28.  Relacionada com as variáveis analógicas.
O conjunto formado pelo resistor variável e a bóia
(elemento sensor) informa continuamente ao indicador a
quantidade de combustível existente no tanque.

29.  Relacionada com as variáveis digitais.
A medição descontínua normalmente é feita por sensores
do tipo chave com dois estados, ativo ou não ativo.
No exemplo, é utilizada para segurança evitando o transbordamento ou
esvaziamento abaixo de determinada posição mínima.

31.  SP (Set Point) – é o valor desejado; ponto em que se deseja
manter a variável controlada, no caso ajustada para o nível
permanecer em torno de 50%;
 PV (Process Variable) – é a variável de processo que está
sendo medida pelo elemento sensor presente no transmissor
de nível (LT) e transmitida para o controlador;
 MV (Manipuled Variable) – é a variável manipulada, no caso o
sinal enviado pelo controlador (LIC) para o elemento final de
controle (LCV) que regula a quantidade de combustível que
entra no tanque. A este fluxo de fluido chamamos vazão.

32.  Técnica: uso de um computador para comandar o caminho de
uma ferramenta cortante de um torno mecânico ou uma
máquina fresadora;
 Resultado: alta precisão no produto final e alta repetibilidade
com um mesmo programa;
 CNC:
 Técnica que permite a operação automática de uma máquina
por meio de uma série de instruções codificadas que contêm
números, letras e outros símbolos;
 Máquinas CNC podem ser facilmente reprogramadas para
atender a novos projetos e podem ser adaptadas a diferentes
situações de produção.

34.  Definição (NEMA - National Electrical Manufacturers
Association): aparelho eletrônico digital que utiliza
uma memória programável para armazenar
internamente instruções e para implementar funções
específicas, tais como lógica, seqüenciamento,
temporização, contagem e aritmética, controlando,
por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos
de máquinas ou processos;
 Usados para controlar uma sucessão de eventos
(entradas e saídas);

39.  Elementos que realizam a interação
entre o mecanismo controlador e a
variável (grandeza) monitorada;
 Tipos:
 Contínuos – efetuam medições contínuas de
variáveis (ex.: termopar);
 Discretos – podem apresentar somente dois
padrões de resposta: atuados ou não (ex.:
chaves).

40.  Auto alimentados – produzem um
sinal elétrico de saída sem a
necessidade de alimentação externa
(ex.: termopar);
 Com alimentação externa – requerem
entrada de energia para gerar um
sinal de saída (ex.: sensores
capacitivos e indutivos).

41.  Temperatura;  Fluxo;
 Pressão;  Vibração e impacto;
 Força;  Viscosidade;
 Velocidade e  Ruído acústico;
aceleração;  Radiação e ópticos;
 Posição e  Biosensores;
deslocamento;  Sensores químicos;
 Umidade;  Nano sensores.
 Nível;
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43.  Elementos que produzem movimento
a partir de um comando recebido do
dispositivo controlador;
 Convertem os sinais elétricos do
controlador em ações (movimentos);
 Atuam diretamente no processo,
modificando as suas condições;

44.  Empregados em sistemas onde se requer altas velocidades
nos movimentos, com pouco controle sobre o
posicionamento final, em aplicações onde o torque exigido é
relativamente baixo;
 Tipos:
 Lineares – Pistões de simples e dupla ação;
 Rotativos – Motores pneumáticos;
 Válvulas de controle pneumáticas – regulam a vazão de um
fluído (líquido, gás ou vapor) que escoa através de uma
tubulação, por meio do posicionamento relativo de um
obturador que obstrui a área livre de passagem do fluído.

46.  Utilizados principalmente em sistemas onde são requeridos
elevados torques, sobretudo no acionamento de máquinas
de grande porte e em robôs de alta velocidade de
posicionamento;
 Comandados por eletro válvulas que monitoram os fluxos de
líquido do mecanismo, controlando os movimentos;
 Características:
 Alto torque desenvolvido;
 Alta relação torque/peso;
 Alta performance;
 Baixa manutenção.

48.  Motor de passo:
 Baixo torque com acionamento simples;
 Baixa relação peso/potência;
 Aplicação típica:
▪ Sistemas que operam e malha aberta, não
exigindo a presença de sensores ou
controladores mais elaborados;
▪ Controle de posicionamento mais preciso;
▪ Periféricos para informática.

49.  Motor de Corrente Contínua:
 Controle preciso de velocidade;
 Acionamento e controle também são bastante
simples.
 Motor de indução (CA):
 Utilizado quando se deseja imprimir movimento a
um equipamento ou estrutura acoplados ao seu
eixo;
 Bastante robusto e versátil.

51. 1. GONZAGA, A., “Introdução à Automação
Industrial”, notas de aula, Departamento de
Engenharia Elétrica – USP, disponível em:
http://iris.sel.eesc.usp.br.
2. BALBINOT, A. & Brusamarello, V. J.,
“Instrumentação e Fundamentos de Medidas”,
Vol. 1, LTC, Rio de Janeiro, 2006.
3. BALBINOT, A. & Brusamarello, V. J.,
“Instrumentação e Fundamentos de Medidas”,
Vol. 2, LTC, Rio de Janeiro, 2006.