INTRODUÇÃO A COMANDOS ELÉTRICOS Automação - 3° Modulo Prof: Fabio Passos Martins
Comandos elétricos são dispositivos elétricos ou eletrônicos usados para acionar motores elétricos , como também outros equipamentos elétricos. São compostos de uma variedade de peças e elementos como contatores, botões temporizadores, relés térmicos e fusíveis. Uma grande parte das máquinas em oficinas e na industria é acionada por motores elétricos. Para manejar essas máquinas são necessários dispositivos que permitem um controle sobre motores elétricos. Esses dispositivos de controle são, nos casos mais simples , interruptores, também chamados chaves manuais. Para motores de maior potência e para máquinas complexas usam-se comandos elétricos, automáticos, e muitas vezes sofisticados. Os comandos elétricos permitem um controle sobre o funcionamento das máquinas , evitando, ao mesmo tempo, manejo inadequado pelo usuário e, além disso, dispõe de mecanismos de proteção para a máquina e para o usuário. Melhoram o conforto para manejar máquinas, usando simples botões. Permitem também controle remoto das máquinas. Comandos elétricos eliminam a comutação manual de linhas de alimentação de motores e cargas de alta potência por meio de interruptores de grandes dimensões. Esta é a primeira apostila do 3° modulo no curso técnico em eletrônica e detalha de uma maneira rápida e simplificada alguns dos conceitos básicos necessários para a elaboração de projetos em comandos elétricos.
Capitulo I. Desenhos elétricos. Usar símbolos gráfico para representar uma instalação elétrica ou parte de uma instalação é o que denominamos como diagramas elétricos. A correta leitura e interpretação de diagramas é essencial para a carreira de um bom eletricista, pois o diagrama elétrico garante uma linguagem comum a qualquer eletricistas, pois o desenho é uma representação visual universal. Desta maneira se você sabe ler um diagrama elétrico aqui no Brasil você vai saber ler um diagrama elétrico lá na China, a escrita é totalmente diferente, mas o fundamento do diagrama vai ser o mesmo. Nem todos os eletricistas sabem ler e interpretar um diagrama elétrico e isso torna um diferencial entre a categoria de trabalho. Os chamados eletricistas práticos, aqueles que fazem as instalações, mas não tem a teoria da eletricidade são profissionais que muitas vezes não sabem ler e interpretar diagramas elétricos. Existem quatro tipos de diagrama elétricos: Diagrama funcional, diagrama multifilar, diagrama unifilar e diagrama trifilar. Diagrama funcional. O diagrama funcional é bastante usado por se referir a apenas uma parte da instalação elétrica, ele possui todos os condutores e componentes que serão ligados em um circuito elétrico, permite interpretar com rapidez e clareza o funcionamento do mesmo. Este diagrama não demonstra com exatidão a posição exata dos componentes nem medidas de cabos ou percurso real destes. Os condutores são representados por retas sem inclinação e de preferências sem cruzamentos. Usado para explicar o funcionamento e não posicionamento de componentes.
Diagrama Multifilar. O diagrama multifilar é representação mais minuciosa de uma instalação elétrica, assim como no diagrama funcional ele também mostra todos os condutores e componentes. Mas, além disso, ele tenta representar os componentes da instalação bem como os condutores em sua posição correta. Desenhando em plano tridimensional ele representa detalhes de componentes e conexões.
Diagrama unifilar. O diagrama unifilar é o mais usado pelos eletricistas instaladores nas obras. Ele é desenhando sobre a planta baixa (planta arquitetônica) e apresenta os dispositivos e trajeto dos condutores rigidamente em suas posições físicas apesar de ser em uma representação bidimensional. Uma diferença aos dois outro modelos de diagrama e que neste todos os condutores de um mesmo percurso são representados por um único traço e símbolos que identificam neste traço os outros condutores. Não é representado com clareza neste diagrama o funcionamento da instalação, pois não permite visualizar com clareza o percurso da corrente elétrica. A prática adquirida com o tempo na leitura deste tipo de diagrama proporciona ao eletricista saber interpretar com facilidade uma instalação elétrica e sem o auxílio de outros diagramas. O diagrama unifilar serve especialmente para se verificar, com rapidez, quantos condutores passarão em determinados eletrodutos e qual o trajeto do mesmo.
Diagrama trifilar. Amplamente usado em sistemas de comandos elétricos e maquinas trifásicas, o diagrama trifilar representa cada uma das três fases de uma sistema elétrico e suas respectivas derivações, tendo características muito parecidas com o diagrama unifilar.
Capitulo II Desenho elétrico industrial. Os diagramas compõem, junto a outros documentos elétricos, o prontuário das instalações elétricas. A norma NR10 criou uma obrigatoriedade para que as empresas possuam e mantenham atualizados os diagramas elétricos. A facilidade que o diagrama proporciona ao profissional que for realizar uma manutenção é tão grande quanto à segurança que o mesmo propicia, os acidentes em eletricidade acontecem com menos frequência em instalações que possuem diagramas corretos e atualizados. Existem vários cursos para que os eletricistas aprendam ler e interpretar diagramas elétricos, além do aprendizado o eletricista deve considerar a segurança que o diagrama propicia, diminuindo também a ocorrência de falhas e retrabalhos. Como vimos no capítulo anterior, existe uma grande variedade de desenhos elétricos, mas nas indústrias no que diz respeito a acionamentos elétricos de potencia estes são divididos em diagrama elétrico de potência e diagrama elétrico de comando. Diagrama elétrico de potência ou força Este tipo de diagrama representa o controle de um circuito de potência, como acionamento de motores elétricos, distribuição e transmissão de grandes cargas. Neste tipo de circuito as cargas elétricas, potência, tensão e corrente são maiores.
Diagrama elétrico de comando O diagrama de comando elétrico representa o ato de ordenar uma função, este diagrama comanda o circuito elétrico. Sua representação segue um passo a passo detalhado da ordem de um acionamento. O desenho de um sistema de comando é um circuito elétrico formado de elementos de acionamentos de baixa potência, ou seja, a carga é o próprio elemento que forma o circuito. A finalidade deste circuito é obter uma isolação elétrica entre o operador e a máquina de potência durante a manobra de acionamento. O acionamento de carga de potência baixa pode ser direto e para as cargas de potências altas o acionamento deve ser remoto.
Capitulo III Padronização do desenho elétrico. Para transformar o desenho técnico em uma linguagem gráfica foi necessário padronizar seus procedimentos de representação gráfica. Essa padronização é feita por meio de normas técnicas seguidas e respeitadas internacionalmente. As normas técnicas são resultantes do esforço cooperativo dos interessados em estabelecer códigos técnicos que regulem relações entre produtores e consumidores, engenheiros, empreiteiros e clientes. Cada país elabora suas normas técnicas e estas são acatadas em todo o seu território por todos os que estão ligados, direta ou indiretamente, a este setor. No Brasil as normas são aprovadas e editadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, fundada em 1940. Para favorecer o desenvolvimento da padronização internacional e facilitar o intercâmbio de produtos e serviços entre as nações, os órgãos responsáveis pela normalização em cada país, reunidos em Londres, criaram em 1947 a Organização Internacional de Normalização (International Organization for Standardization – ISO). Quando uma norma técnica proposta por qualquer país membro é aprovada por todos os países que compõem a ISO, essa norma é organizada e editada como norma internacional. As normas técnicas que regulam o desenho técnico são normas editadas pela ABNT, registradas pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial) como normas brasileiras - NBR e estão em consonância com as normas internacionais aprovadas pela ISO. A Normalização é uma atividade conducente à obtenção de soluções para problemas de carácter repetitivo, essencialmente no âmbito da ciência da técnica e da economia, com vista à realização do grau óptimo de organização num dado domínio.
Simbolos Gráficos,IEC 60617. IEC 60617 contém símbolos gráficos para uso em diagramas elétricos. Todos estes simbolos foram incorporados a um banco de dados que atualmente inclui cerca de 1900 símbolos . O banco de dados é a fonte oficial para a montagem de diagramas eletricos, abixo seguem alguns dos simbolos normalizados.
Símbolos literais, IEC 113.2, NBR 5280 Os símbolos literais são formados por uma letra maiúscula inicial colocada ao lado dos componentes, seguida de uma numeração, formadas por letras ou combinações alfanumérica, a fim de particularizar cada elemento do circuito (NBR 5280 de Abril de 1983). Deve-se seguir a orientação, numerando os componentes de cima para baixo e da esquerda para a direita do diagrama esquemático.
Assim como cada elemento em um circuito de comando elétrico tem o seu símbolo gráfico específico, também, a numeração dos contatos e a sua representação literal, tem um padrão a ser seguido, de acordo com as normas NBR 5280 ou a IEC 113.2. A numeração dos contatos que representam os terminais de força segue a ordem abaixo:
Nos relés e contatores tem-se A1 e A2 para os terminais da bobina. Os contatos auxiliares de um contator seguem um tipo especial de numeração, pois, o número é composto por dois dígitos, sendo: Primeiro dígito: indica o número do contato Segundo dígito: indica se o contato é do tipo NF (1 e 2) ou NA (3 e 4)
Cores de identificação de sinaleiros e botoeiras Também como uma forma de padronização, foram elaboradas normas técnicas distintas para as cores de identificação de sinaleiros e botoeiras, a IEC 73 (International Electrotechnical Commission).
Cores para Botoeiras.
Cores para Sinaleiros
Capitulo 4. Comandos eletricos. Nos capítulos anteriores falamos de maneira simplificada sobre os tipos de desenhos elétricos e algumas normas técnicas básicas vigentes. Ainda falando sobre as normas técnica, temos também de lembrar da NBR-5410 ( Instalações elétricas de baixa tensão), que é uma norma técnica base para a consulta de todos os técnicos envolvidos no setor elétrico e eletrônico. A NBR-5410 é de fundamental importância para a qualidade e a segurança das instalações elétricas de baixa tensão. Diagrama funcional de comando elétrico com acionamento por um botão comutador com trava. Observe que quando acionarmos o botão Liga, este botão permanecerá travado energizando e atracando a contatora K1. Para desligar o sistema será necessário desacionar o botão liga.
Diagrama funcional de comando elétrico com acionamento por uma botoeira com retorno por mola. Observe que quando acionarmos a botoeira Liga, esta acionará a contatora K1 que permanecerá atracadd até o momento que soltarmos a botoeira. Isto acontece porque a botoeira possui o chamado retorno por mola, fazendo com que a botoeira volte a sua posição inicial.
Diagrama funcional de comando elétrico com acionamento por duas botoeiras com retorno por mola em paralelo.
Diagrama funcional de comando elétrico com acionamento por duas botoeira de retorno por mola com intertravamento.
Observe que quando acionarmos qualquer uma destas boteiras conseguimos acionar a contatora K1. Esta lógica também chamada de OR (OU) geralmente é utilizada para acionamentos remotos, já que podemos fazer com que vários outros pontos diferentes acionem um mesmo ponto em comum.
Observe que quando acionarmos somente a 1° botoeira ou a 2° botoeira não coseguimos energizar a contatora K1. Para atracar a contatora K1 é necessário que se acione as duas botoeiras ao mesmo tempo. Esta montagem geralmente é utilizada para que o operador do sistema tenha mais segurança e também conhecida como logica AND (E).
Comando elétrico com acionamento por Selo Observe que neste comando elétrico há um contato auxiliar da própria contatora K1 que está sendo acionada. Este contato sempre será ligado em paralelo com a botoeira S1(Liga). Note que após o acionamento da botoeira S1 a energia a energia chegará a bobina da contatora K1, assim criando um campo eletro magnético dentro da contatora fazendo com que esta se atraque. Após a energização e o atracamento da contatora K1, também podemos observar que o contato auxiliar da contatora K1 muda seu estado de NA para NF criando assim um atalho para a energia elétrica, possibilitando que a bobina da contatora K1 permaneça energizada mesmo após soltarmos a botoeira S1(Liga). Observe também que para desenergizar a contatora K1 é necessárioa instalação do uma botoeira desliga NF (Normalmente Fechado), sendo assim, quando for acionada a botoeira desliga esta automáticamente corta a energia eletrica dos sistema. Realize a montagem elétrica conforme o cicuito abaixo:
Sistemas de Intertravamento Elétrico O sistema de intertravamento é um sistema de segurança muito utlizado em comandos elétricos. Podem ser aplicados em máquinas e equipamentos onde é necessãrio um tipo de ação ou segurança que está envolvido em seu processo. Este sistema utiliza procedimentos para travar ou habilitar o comando elétrico, premitindo que não seja interrompida uma sequencia do processo de produção ou até mesmo evitando falhas de segurança e perda de produção. Basicamente o sistema de intertravamento utiliza contatos NA ou NF, estes podem ser utilizados em chaves fim de curso, sensores, botões, botoeiras, micros, etc. O sistema de intertravamento busca uma característica única de cada processo produtivo, máquina ou equipamento.
Exemplo 1. Podemos pegar como exemplo um sistema de transporte de bagagens de um aeroporto, que para ser acionada necessita que alguns itens de segurança sejam satisfeitos.
1° - O sistema de transporte de bagagens deste aeroporto funciona com duas esteiras. A primeira esteira transporta as bagagens do check in ao terminal de pouso e a segunda esteira transporta as malas do terminal de pouso ao compartimento de porta bagagens do avião. Como um item de segurança e também normas do projeto, o dono do aeroporto pediu que algumas regras fossem seguidas: 2° - A primeira esteira deverá ser acionada por um operador que será encarregado de ligar e desligar o sistema. 3° - A segunda esteira també terá um operador, este terá a função de apenas acionar a segunda esteira. 4° - A segunda esteira só poderá ser acionada se a primeira esteira estiver funcionando. 5° - Quando a primeira esteira for desligada a segunda esteira deverá desligar automaticamente.
Analisando o diagrama Observe que para acionar a primeira estira realizamos um contato por selo, travando a contatora K1. Note que para acionar a segunda esteira K2 temos um contato auxiliar de NA de K1. Este funciona com um intertravamento, deixando claro que, o acionamento de K2 sempre irรก depender de K1. Somente quando K1 for aciaondo o contato auxiliar 23 e 24 irรก fechar, dando passagem de energia para que o operador acione a segunda esteira. Sendo assim, a qualquer momento que o botรฃo desliga da primeira esteira for acionado, desligarรก automaticamente as duas esteiras.
Acionamento Temporizado Um dispositivo muito utilizado em projetos de automação hoje em dia são os temporizadores. Os temporizadores podem funcionara tanto em sistemas de máxima segurança quanto em sistemas mais simples como acionamento de lâmpadas. Existem diversos tipos de temporizadores, com acionamento direto, acionamento com retardo, desacionamento com retardo, temporizador cíclico e etc. Os temporizadores tem seu funcionamento igual aos demais dispositivos elétricos mas com um diferencial, utilizam um circuito eletrônico capaz de gerar pulsos e realizar a contagem do tempo. Estes possuem uma bobina A1 e A2 e realizam o chaveamento através de seus contatos auxiliares.
Exemplo 2. Projete o acionamento temporizado de uma bomba em um poço artesiano em um sitio. Este sistema irá transferir a a gua de um rio para o reservatório de um caminhão pipa. Devido a viabilidadede recursos, o proprietário do sitio pediu que este tipo de acionamento seja temporizado. A bomba de agua que o proprietário do sitio comprou tem uma vazão aproximada cerca de 135 litros de agua por minuto. Cada caminhão pipa possui um reservatório de aproximadamente 15500 litros. Quanto tempo o sistema de bombeamento precisa estar ligado para abastecer o caminhão pipa?
Analisando o diagrama: Na primeira linha podemos ver as duas botoeiras S e S1(Desliga e Liga), note que já temos um selo da contatora K em paralelo com a botoeira S1. Quando acionarmos a botoeira S1 haverá o atracamento de K e esta fechará um selo, fazendo com que a contatora K permaneça atracada mesmo que a botoeira S1 que possui um retorno por mola volte a sua posição original. Após a energização da primeira linha podemos notar que o contato de K da segunda linha muda seu estado de NA para NF. Isto faz com que a segunda linha esteja ativa, energizando a bobina D ( Temporizador) , seu contato auxiliar e a bobina da bomba de agua. Quando a bobina D for energizada, esta por sua vez iniciará a contagem de tempo. Após o realizar a contagem do tempo, como este é um temporizador que atua com retardo na energização, este mudará o estado de seu contato auxiliar de NF para NA, desligando a bobina K1 e interrompendo a bomba de agua.