AVM Faculdade Integrada Engenharia de Automação e Eletrônica Industrial Renato Bruno Silva COMPARATIVO DE APLICAÇÕES DE SENSORES INDUSTRIAIS

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1 AVM Faculdade Integrada Engenharia de Automação e Eletrônica Industrial Renato Bruno Silva COMPARATIVO DE APLICAÇÕES DE SENSORES INDUSTRIAIS Uberaba 2015

2 AVM Faculdade Integrada Engenharia de Automação e Eletrônica Industrial Renato Bruno Silva COMPARATIVO DE APLICAÇÕES DE SENSORES INDUSTRIAIS Projeto de pesquisa apresentado à AVM Faculdade Integrada como parte integrante do conjunto de tarefas avaliativas da disciplina Instrumentação Industrial. Tutor: Reinaldo Borsato Rodrigues. Uberaba 2015

3 SUMÁRIO SENSORES INDUTIVOS... 3 SENSOR INDUTIVO EMBUTIDO... 3 SENSOR INDUTIVO NÃO EMBUTIDO... 4 SENSORES CAPACITIVOS... 5 SENSORES MAGNÉTICOS... 7 SENSORES FOTOELÉTRICOS... 8 SENSORES FOTOELÉTRICOS DE BARREIRA... 8 SENSORES FOTOELÉTRICOS DE DIFUSÃO DIRETA... 9 SENSORES FOTOELÉTRICOS DE DIFUSÃO EM ESPELHO PRISMÁTICO... 9 SENSORES ULTRASSÔNICOS TABELA COMPARATIVA REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 12

4 3 SENSORES INDUTIVOS São os mais comuns na indústria, tem baixo custo, comparados aos capacitivos, entretanto bem mais caros que os vistos anteriormente. Seu funcionamento baseia-se na variação da indutância do campo eletromagnético gerado por uma bobina, quando objetos metálicos passam próximo da face sensora. SENSOR INDUTIVO EMBUTIDO Este tipo de sensor tem o campo eletromagnético emergindo apenas na face sensora e permite que seja montado em uma superfície metálica. Pode ser embutido em superfícies metálicas, pois o campo parte somente da face sensora, ou seja, não detecta o que está ao lado. Figura 1: Sensor embutido Sistemas onde a detecção de algum material metálico é necessária de forma mais precisa devido ao sensoriamento apenas frontal. Um exemplo prático são os sensores de um pistão pneumático de um sistema de envase de uma máquina envasadora, onde a posição do pistão deve ser detectada pelo sensor indutivo, informando assim sua atual posição para o sistema de controle.

5 4 Figura 2: Sensores embutidos em cilindro pneumático O sensor indutivo NJ6-F-E2 da Pepperl-Fuchs é um sensor muito usado pela aplicação mencionada acima onde o mesmo fica embutido na estrutura do pistão pneumático que movimentam o bico injetor da máquina. Este sensor tem alcance máximo de 6mm, no entanto o alcance recomendado é de 0 a 4,8mm. É um sensor PNP com frequência de comutação de até 500Hz. SENSOR INDUTIVO NÃO EMBUTIDO Neste tipo o campo eletromagnético emerge também da superfície lateral da face sensora, sensível à presença de metal ao seu redor. Não pode ser embutido em superfícies metálicas, pois o campo parte da face sensora e dos lados, ou seja, irá detectar o que está ao lado. Figura 3: Sensor não embutido

6 5 Sistemas onde a detecção de algum material metálico próximo ao sensor é necessária. Um exemplo prático é o controle de rotação em motores, onde o sensor indutivo capta a presença dos dentes da engrenagem presente no eixo do motor. Figura 4: Sensor indutivo para controle de rotação de motor O sensor indutivo NBN15-30GM40-Z0 da Pepperl-Fuchs é um sensor muito usado pela aplicação mencionada acima onde o é instalado em uma estrutura não metálica para sensoriar a presença da chaveta. Este sensor tem alcance máximo de 15mm. É um sensor normal aberto com frequência de comutação de até 150Hz, ou seja, a velocidade máxima detectada é de 9000RPM. SENSORES CAPACITIVOS Tem como principal vantagem poder detectar objetos metálicos e não metálicos, ao contrario do indutivo que só detecta objetos metálicos. Outra vantagem é que podem detectar dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques. Os sensores capacitivos não são tão precisos quanto os indutivos, além de serem mais sensíveis à variação do ambiente. Medição de nível de tanques industriais, onde o medidor por capacitância consiste de uma sonda vertical inserida no vaso no qual se deseja monitorar o nível. A sonda pode

7 6 ser isolada ou não e serve como uma das placas do capacitor. A outra placa é formada pelas paredes do vaso e o fluido comporta-se como dielétrico. Figura 5: Sonda capacitiva O sensor Sitrans LC 500 da Siemens proporciona uma medição de nível e de interface contínua e confiável, mesmo nas condições mais críticas que verificamos nas indústrias de processamento de hidrocarbonetos e de químicos. Integrando as comunicações Hart, este instrumento a 2 fios da Siemens Automation and Drives (A&D) foi concebido para suportar valores extremos de temperatura e pressão em aplicações como filtros de coalescência de alta pressão, colunas de destilação fracionada, regeneradores de glicol, equipamentos de tratamento por calor, reservatórios de gás e óleo, navios FPSO (Floating Production Storage Offloading) e centrais de processamento LNG (gás natural liquefeito). Diversas funções garantem a precisão e a confiabilidade em longo prazo. A abordagem à medida por efeito capacitivo com controle por microprocessador integrado e variação de freqüência proporciona uma elevada resolução e uma estabilidade em longo prazo. A tecnologia patenteada ActiveShield protege a medida contra os efeitos da umidade, vapor, espuma, incrustações de materiais e variações drásticas de temperatura ou pressão. O potente transmissor de 420 khz possibilita leituras precisas e reproduzíveis, mesmo nos casos de incrustações extremas de produto na sonda.

8 7 O design da sonda inclui um esquema de selagem de alta integridade, e a manga de isolamento em PFA (PerFluoro-alcóxi-Alcano) confere uma resistência química abrangente. O design especial da sonda isolada em PFA evita o "escoamento a frio do plástico" freqüentemente associado a instrumentos convencionais construídos em outros materiais (por exemplo PTFE) quando expostos a forças tensoras elevadas. O LC500 garante por isso uma medição estável sem necessidade de calibrações frequentes. O Sitrans LC500 é eficaz em temperaturas de -200ºC a ºC e com pressões desde o vácuo total a 525 bar. O transmissor está protegido contra descargas eletrostáticas e uma barreira de zener já integrada bloqueia a passagem de energia em excesso do transmissor para o sensor, de forma a obter condições de segurança intrínsecas. SENSORES MAGNÉTICOS São sensores que efetuam um chaveamento eletrônico mediante a presença de um campo magnético externo, próximo e dentro da área sensível. Esses sensores podem ser sensíveis aos pólos do imã ou somente a um pólo. Em uma esteira transportadora de cana, eletroímãs são instalados de forma espaçada para retirar possíveis metais misturados com a cana, para efeito lógico dos controladores, sensores magnéticos são instalados junto aos eletroímãs para detectarem se realmente eles foram acionados, enviando assim sinal ao controlador, funcionando assim como um sinal chamado confirma. Sensores SMB-15 e SMF-15 da WEG são usados neste tipo de aplicação, sendo eles acionamento preciso, LED indicador de acionamento, montagem robusta em caixa plástica, grau de proteção IP67, cabo standard com 2 m de comprimento, frequência máxima de 10KHz, e resistência interna de 400Ω.

9 8 SENSORES FOTOELÉTRICOS Os sensores ópticos operam com base na emissão e recepção de um feixe de luz modulada. Os sensores ópticos assim como os capacitores, detectam qualquer material, porém com distância sensora bem maior. SENSORES FOTOELÉTRICOS DE BARREIRA O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper o feixe de luz. Figura 6: Sensor de barreira Para segurança de cabine de envasadoras onde a finalidade é proteger o operador desligando a máquina caso a barreira instalada em partes abertas da cabine seja ultrapassada por algum motivo. O sensor fotoelétrico compacto com amplificador embutido E3Z-T67 da OMRON tem distância sensora de 30 metros, opera em baixas temperaturas para aplicações em armazéns refrigerados com faixa de operação de -40 a 55ºC e proteção sensora contra instalação incorreta.

10 9 SENSORES FOTOELÉTRICOS DE DIFUSÃO DIRETA 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. Em esteiras de máquinas de envase onde o sensor difuso detecta e conta os frascos a serem envasados, garantindo assim o posicionamento dos mesmos abaixo dos bicos de envase. O sensor OBT500-18GM60-E5-V1 da PEPPERL-FUCHS tem alcance de até 1 metro configurável, possui indicação por LED em duas cores, frequência de comutação elevada, comutação claro/escuro programável por cabo, grau de proteção IP67, carcaça metálica, robusta tipo cilíndrica M18x1. SENSORES FOTOELÉTRICOS DE DIFUSÃO EM ESPELHO PRISMÁTICO 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. Em esteiras de máquinas de envase onde o sensor em espelho prismático detecta e conta os frascos a serem envasados, garantindo assim o posicionamento dos mesmos abaixo dos bicos de envase. A diferença entre o uso deste sensor e o por difusão direta é o alcance máximo de cada um, o que depende do tipo de frasco a envasar e da estrutura da máquina, pois a mesma influencia na posição da instalação do equipamento. O sensor fotoelétrico compacto com amplificador embutido E3Z-R61 2M da OMRON tem distância sensora de 4 metros, opera em baixas temperaturas para aplicações em

11 10 armazéns refrigerados com faixa de operação de -40 a 55ºC e proteção sensora contra instalação incorreta. SENSORES ULTRASÔNICOS Sensores ultrasônicos operam emitindo e recebendo pulsos sonoros de alta frequência e, portanto inaudíveis ao homem. O transdutor emite pulsos sonoros de alta frequência com intervalos de tempo pré-definidos. Se o receptor não detectar nenhum eco neste intervalo de tempo, significa que o som não retornou e, portanto, não há objeto. Se entre os pulsos emitidos houver um eco é porque o som foi refletido por um objeto e retornou, neste caso, a saída será comutada. Em medição de nível de tanques o sensor ultrasônico pode ser utilizado, detectando o nível do fluído e o fundo do tanque, sendo que a diferença entre as duas detecções o nível do fluído. Transmissores de Nível de Líquido Ultrassónico 3101 da Rosemount são usados para este tipo de aplicação e alimentados por um circuito de 4 20 ma, concebidos para a medição de nível de líquido contínua em depósitos ou canais de caudal abertos. Os mesmos podem ser ligados diretamente a um sistema de controle da fábrica ou usados com uma Unidade de Controlo de Série 3490 da Rosemount para obter a funcionalidade de controle programável. Figura 7: Sensor ultrasônico

12 TABELA COMPARATIVA 11

13 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS OMROM ELETRÔNICA DO BRASIL LTDA. Manual de produtos. Disponível em: Acesso em: 23 de fev WEG. Especificação de produtos. Disponível em: Acesso em: 23 de fev BEIJING ROSEMOUNT FAR EAST INSTRUMENT CO. LIMITED. Guia de Início Rápido. Disponível em: Acesso em: 24 de fev SIEMENS. Detalhes de produtos. Disponível em: Acesso em: 24 de fev PEPPERL+FUCHS, S.A.. Detalhes de produtos. Disponível em: Acesso em: 01 de mar BEGA, Egídio Alberto. Instrumentação Industrial. Rio de Janeiro. Interciência, 2006.