Helder Anibal Hermini

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ES723 - Dispositivos Eletromecânicos

• Helder Anibal Hermini

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Aula 1 (a)
A História da Automação
Definições, Dados Históricos e Objetivos
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Conteúdo Programático

• A história da Automação
• Desenvolvimento da técnica do ar comprimido
• Propriedades do ar comprimido
• Vantagens e desvantagens da utilização da
  pneumática
• Unidades de medida e fundamentos físicos

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A história da Automação
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Prólogo
Os primórdios da Automação
O  Homem    no  decorrer  do  seu  processo 
evolutivo, em determinado momento necessitou de
fontes de energia para produzir trabalho. No
inicio, utilizou a própria força muscular,  Em
seguida utilizou a energia de animais, e de
elementos da natureza   Tração   animal  
(Cavalos,   Mulas),  Força Eólica (Moinhos de
Ventos, Caravelas), e a  Força Hidráulica (Rodas
de água).
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Prólogo
Os primórdios da Automação
Dominando os elementos da natureza, o homem
prospectou minérios, descobriu o ferro e os
metais, aprendeu a moldar estes metais, e criou a
metalurgia. Que associada ao fogo e a água,
passou a gerar  energia através da pressão do
vapor.E foi esta energia  que passou a
impulsionar as  máquinas e veículos do mundo. 
Contemos um pouco desta evolução
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Arquimedes
Os primórdios da Automação
Matemático,astrônomo e inventor. Notabilizou-se
pela descoberta de princípios matemáticos para a
medida de áreas e volumes, pela invenção de
máquinas para a defesa de sua cidade, Siracusa, e
de diversos princípios da mecânica dos fluidos.
Chegaram até nossos dias várias obras a
respeito de Geometria, Hidrostática e outros
ramos da Física que exerceram grande influência
durante Renascimento. O famoso Princípio de
Arquimedes é válido até hoje.
Mosaico do Período Greco-Romano que mostra
Arquimedes sentado à mesa, estudando,
interrompido por um soldado romano.
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Arquimedes
Os primórdios da Automação
No ano 212 A.C., a cidade de Siracusa foi
defendida por Arquimedes que, utilizando espelhos
côncavos formados por segmentos de espelhos
planos, incendiara a esquadra de Marcelus. A
invasão romana havia sido derrotada pelo sol!. O
foco formado pelo conjunto de espelhos fora
dirigido para as velas das embarcações, cuja
temperatura fora suficiente para queimá-las.
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Os primórdios da Automação
Ctesíbios
A utilização do ar para a transmissão de energia
remonta ao terceiro século antes de Cristo. Desta
época cito-se o uso da força do ar como auxiliar
no acionamento de um órgão de água, construído
pelo mecânico Ctesíbios (C. -270), em Alexandria.
O músico da E toca um órgão movido a água o da
D, um chifre (cornu), espécie de trombeta curva.
Consta que o órgão foi inventado pelo grego
Ctesíbios (c. -270).
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Os primórdios da Automação
Heron de Alexandria
Heron de Alexandria (Egito) constrói um 
dispositivo esférico, que girava movido pela
pressão de escape do vapor (Princípio de   ação  
e reação).     Denominou o seu invento de
Eulópila.
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Os primórdios da Automação
Heron de Alexandria
Uma das grandes façanhas de Heron foi o projeto
um dispositivo para a abertura dos portais de um
templo egípcio. O ar aquecido pela chama do
templo, pressurizava um recipiente subterrâneo
com água, provocando o escoamento de porte dela
para um balde, cujo peso finalmente movia o
dispositivo de abertura. As portas do templo
ficavam, portanto, automaticamente, abertas
enquanto a chama sagrada, no interior do altar,
permanecesse acesa!
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Os primórdios da Automação
Heron de Alexandria
É de Heron também o desenvolvimento de um órgão
acionado pneumaticamente Um pistão movido por
uma hélice do tipo moinho de vento comprimia ar
para dentro de um reservatório em forma de sino,
do qual se encaminhava o ar para os tubos do
árgão. É o primeiro registro de construção de um
reservatório de ar comprimido objetivando a
uniformização da pressão e do fluxo do ar.
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Os primórdios da Automação
Pascal
Em 1663 Blaise Pascal publicou seus trabalhos
sobre o multiplicação de forças baseada no
distribuição homogêneo da pressão estática.
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Os primórdios da Automação
Gutemberg
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Os primórdios da Automação
Surgem as primeiras idéias de Automação na
Imprensa
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Os primórdios da Automação
Já que a água goza da propriedade de que uma
pequena quantidade dela transformada em vapor por
meio do calor tem uma força elástica similar à do
ar, e de que por meio do frio se transforma de
novo em água, de maneira que não sobra nem rastro
daquela força elástica, cheguei à conclusão de
que é possível construir máquinas que no seu
interior, por meio de um calor não muito intenso,
se pode produzir um vazio perfeito, que de
maneira nenhuma poderia se conseguido através da
pólvora.
Dênis Papin
Esta idéia se constituiu no ponto de partida
para aqueles que inventaram a máquina a vapor.
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Os primórdios da Automação
Dênis Papin
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Os primórdios da Automação
James Watt
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Os primórdios da Automação
James Watt

• Algumas máquinas a vapor foram projetadas
  aplicando a teoria de Papin, porém estas
  apresentavam
• Alto consumo de vapor,
• Ausência de válvulas de segurança
• Funcionamento sem lubrificação,
• Abertura manual dos registros de válvulas
• Pensando em sanar estas deficiências, James Watt
  criou a primeira máquina a vapor automatizada!

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Os primórdios da Automação
Revolução Industrial
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Os primórdios da Automação
Grandes Eventos
A construção do túnel de 13,6 km em Mt. Cernis,
nos Alpes Suíços, em 1857, ensejou um marco
importante na evolução da tecnologia do ar
comprimido. Com a perfuração manual, previa-se um
prazo de 30 anos para o término da obra. A
energia do vapor, para mover máquinas
perfuratrizes, não poderia ser transmitida com
facilidade ao longo das grandes distâncias em
jogo, por causa dos problemas de condensação. Em
1861 instalaram-se perfuratrizes de rocha
pneumáticas, do tipo de Impacto de Germano
Sommeiller. Quando as obras terminaram, em 1871,
havia duas linhas instaladas, de 7 km cada,
marcando com grande sucesso a utilização da
transmissão de energia através do ar comprimido,
que não só reduziu drasticamente o tempo de
execução da obra, como também absorveu grande
parcela da árdua tarefa dos trabalhadores da
construção do túnel.
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Os primórdios da Automação
Século XIX

• As experiências adquiridas na pneumática
  estimularam a mecanização de diversos atividades
  em Paris como
• Sistemas postais de distribuição de pacotes,
• Elevadores,
• Teares,
• Máquinas ferramentas.
• Estes equipamentos pneumáticos eram alimentados
  por uma rede urbana de ar comprimido, com uma
  potência instalada que chegou a 18.000 kw em
  1891. Porém, com o advento do motor elétrico,
  também no fim do século passado, persistiram
  apenas os equipamentos pneumáticos usados em
  locais com perigo de explosões.

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Os primórdios da Automação
Década de 50
A década de 50 ficou marcada pelas incursões da
pneumática na construção de elementos lógicos,
quando se percebeu que a transmissão de sinais no
ar pode ser feita a altas velocidades.
Iniciaram-se movimentos técnológicos para o uso
Intensivo de elementos lógicos fluídicos invés de
relês na automatização industrial, associando-os
aos sensores pneumáticos então já disponíveis
robustos confiáveis e duráveis.
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Os primórdios da Automação
Década de 60
A pneumática começa a tomar vulto como um
recurso a mais, ao lado da hidráulica e da
eletricidade, para apoiar a mecanização e a
automatização industrial.
Quais foram os motivos por esta opção???

1. SIMPLICIDADE e BAIXO CUSTO de seus componentes
   básicos,
2. VERSATILIDADE de seu uso para múltiplas funções e
   sistemas de acionamento.

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Os primórdios da Automação
Década de 70
Com a introdução de solenóides para o
acionamento da válvula de comando dos atuadores
pneumáticos, passou-se a usar intensivamente os
relês e as técnicas de comando digital a eles
associadas, para reatar a lógica dos sinais dos
sistemas de comando.
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Os primórdios da Automação
Década de 70
Até o final da década de setenta predominava o
uso dos elementos pneumáticos em sistemas
pneumáticos puros e o dos relês em sistemas
eletropneumáticos.
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Os primórdios da Automação
Década de 80

• A microeletrônica e a informática começam ser
  implementadas maciçamente em equipamentos
  mecânicos e no projeto de comandos pneumáticos.

• Os microprocessadores, microcontroladores e PLCs,
  a preços cada vez mais competitivos substituem
  gradativamente os elementos de processamento de
  sinal pneumáticos e os relês da eletropneumática,
  provocando conseqüentemente também o crescente
  uso dos sensores elétricos ou eletrônicos como
  elementos de sinal.

• A combinação dos atuadores e suas válvulas de
  comando pneumáticas com a microeletrônica e a
  informática acarretam uma grande revolução na
  automação industrial.

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Desenvolvimento da Técnica do Ar Comprimido
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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido
Matéria que estuda o movimento dos gases e
fenômenos a ele relacionados.

• Pneumática

• As vantagens como também as limitações do uso da
  pneumática resultam basicamente de duas
  importantes propriedades do ar
• Compressibilidade e
• Baixa viscosidade.

Vantagens e desvantagens
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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido

• Principais vantagens da Pneumática

• Energia facilmente armazenável e transportável
• O meio de transporte de energia, o ar é
  constantemente renovado pela sucção do
  compressor, sem problemas de envelhecimento, e
  não são necessárias canalizações de retorno
• O ar, como fluido de trabalho, não causa
  problemas ao meio ambiente

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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido

• Principais vantagens da Pneumática

• Velocidades dos atuadores relativamente grandes
• Fácil integração com a microeletrônica
• Possibilidade de integração com sistemas de
  automação e controle
• Boa relação potência/peso
• Padronização e robustez dos componentes
  pneumáticos

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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido

• Principais vantagens da Pneumática

• Enorme flexibilidade de usos e aplicações
• Fácil variação, contínua, das forças e
  velocidades de atuação
• Durabilidade, segurança e facilidade de operação
• Utilizável em ambientes explosivos

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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido

• Principais vantagens da Pneumática

• A sobrecarga não causa problemas de danos nos
  componentes
• Praticamente insensíveis às mudanças de
  temperatura, os componentes pneumáticos podem ser
  usados em altas temperaturas.

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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido

• Principais desvantagens ou limitações do uso da
  Pneumática

• Desuniformidade de deslocamento do atuador quando
  as forças são variáveis, devida à
  compressibilidade do ar

• Limitação das forças máximas de trabalho

• Pouco amortecimento, devido à baixa viscosidade
  do ar, propiciando o surgimento de oscilações no
  movimento

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Desenvolvimento da técnica do ar comprimido

• Principais desvantagens ou limitações do uso da
  Pneumática

• Maiores custos da energia com o ar comprimido,
  comparado com os da energia elétrica

• Ruídos

• Liberação de óleo nebulizado no ambiente de
  trabalho quando não se usam canalizações para o
  retorno do ar.

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Velocidades, forças, potências e precisões em
Sistemas Pneumáticos

• As velocidades usuais nos atuadores lineares são
  da ordem de 30 a 1500 mm/s, podendo-se em casos
  especiais, atingir-se valores da ordem de 4 a 5
  m/s. Para velocidades menores de 100 mm/s devem
  ser usados os cilindros hidropneumáticos para se
  obter uma melhor uniformidade de deslocamento com
  forças variáveis. Neste caso pode-se chegar a
  valores de até 0,5 mm/s.

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Forças usuais obtíveis nos atuadores pneumáticos

• As forças usuais obtíveis nos atuadores
  pneumáticos são limitadas pelas máximas pressões
  e diâmetros disponíveis.
• Os custos para a obtenção do ar comprimido
  crescem com o aumento da pressão de trabalho.
• Para se evitar consumos excessivos de ar
  comprimido utilizam-se cilindros com diâmetros
  não maiores que 200 a 250 mm. Conseqüentemente
  ficam limitadas as forças de trabalho.
• Os valores máximos usuais são de 30.000 Newtons.