Para cada uma das situações descritas a seguir, determine o tipo de sensor mais adequado para a operação proposta. Justifique suas respostas.
(b) Em um sistema de controle de ar comprimido, é necessário monitorar a pressão do ar em um reservatório. Quando a pressão atinge um nível crítico (acima de 8 bar), o sistema precisa desligar o compressor. Quando a pressão cai para um nível abaixo de 4 bar, o compressor deve ser ligado novamente.

Passo 1

O enunciado pede que eu escolha o tipo de sensor mais adequado para monitorar a pressão do ar em um reservatório num sistema de ar comprimido, com duas ações discretas: desligar o compressor quando a pressão alcança 8\\ \text{bar} e ligar o compressor quando a pressão cai a 4\\ \text{bar}. Informações relevantes dadas:
  • Meio a medir: ar comprimido no reservatório.
  • Limiares de controle: desligar em 8\\ \text{bar}, religar em 4\\ \text{bar}.
  • A ação requerida é liga/desliga do compressor (controle on/off com histerese grande).
  • Não há indicação de necessidade de leitura contínua remota, mas o sistema precisa evitar “chattering” (liga/desliga rápido) entre os limiares.

Passo 2

Entendendo os requisitos técnicos (o que o sensor precisa ter):
  • Mede pressão relativa (gauge), porque o que importa é a pressão acima da pressão atmosférica no reservatório.
  • Faixa útil do sensor deve cobrir pelo menos até um pouco acima de 8\\ \text{bar} (por exemplo 0\text{-}10\\ \text{bar} ou 0\text{-}16\\ \text{bar}) para garantir precisão e margem de segurança.
  • Deve permitir uma ação de comutação com histerese (diferença entre ponto de desligamento e religamento) para evitar chattering. No enunciado a histerese desejada é grande ( 8-4=4\\ \text{bar}).
  • Deve ser robusto ao ar (compatível com o meio), ter boa repetibilidade (para que o ponto de comutação seja estável), e proteção ambiental (IP) adequada.
  • Saída elétrica: pode ser um contato de relé (SPDT) ou saída eletrônica que alimente um PLC/inversor que implemente histerese.
O que é histerese e por que é importante aqui (explicação didática):
  • Histerese é a diferença entre o ponto em que o atuador desliga e o ponto em que ele religa. Sem histerese, se a pressão ficar oscilando perto de um único setpoint, o compressor ligaria e desligaria muito rápido (chattering), causando desgaste.
  • No controle on/off típico queremos uma lógica do tipo: “se p \ge 8\\ \text{bar} então desligar; se p \le 4\\ \text{bar} então ligar; caso contrário manter o estado anterior”. Isso implementa histerese diretamente.
Tipos de sensores de pressão relevantes (explicação didática e breve):
  • Pressostato mecânico / eletromecânico (pressure switch): usa diafragma ou bourdon para acionar um contato elétrico quando a pressão atinge um setpoint. Vantagens: simples, barato, saída direta para ligar/desligar. Muitos modelos têm diferencial (histerese) ajustável ou fixa.
  • Transdutor/ sensor de pressão analógico (p. ex. strain gauge, piezoresistivo, MEMS) com saída 4\text{-}20\\ \text{mA} ou 0\text{-}10\\ \text{V}: fornece medida contínua; requer eletrônica/PLC para comparar e gerar os sinais on/off e possibilita monitoramento e diagnósticos.
  • Pressostatos eletrônicos (electronic switch): transdutor com circuito interno que fornece saída digital/relé com setpoints programáveis e histerese configurável — mistura das duas abordagens.

Passo 3

Comparação prática e justificativa da escolha:
  • Pressostato mecânico/eletromecânico: é a solução mais direta e econômica para um controle on/off com limiares claros. Você compra um pressostato gauge com faixa adequada (ex.: 0\text{-}10\\ \text{bar} ou 0\text{-}16\\ \text{bar}), ajusta o ponto de corte para 8\\ \text{bar} e ajusta o diferencial (se o pressostato permitir) para aproximadamente 4\\ \text{bar} de modo que a rearmada ocorra em 4\\ \text{bar}. Se o pressostato não permitir diferencial tão grande, duas alternativas: usar um pressostato com diferencial maior possível, usar dois pressostatos (um para cut-out em 8\\ \text{bar} e outro para cut-in em 4\\ \text{bar}), ou usar transdutor + lógica.
  • Transdutor analógico + controlador/PLC: recomendado se você também quiser registrar valores, fazer supervisão, alarmes, ou ter configuração flexível de setpoints/histerese. Nesse caso escolhe-se um transdutor gauge com faixa 0\text{-}10\\ \text{bar} e saída 4\text{-}20\\ \text{mA} (boa immunidade a ruído), e o PLC implementa a lógica: desligar se p \ge 8\\ \text{bar}, ligar se p \le 4\\ \text{bar}.
  • Pressostato eletrônico programável: oferece o melhor dos dois mundos (saída a relé com setpoints programáveis e histerese), costuma ser fácil de ajustar sem PLC.
Critérios práticos de seleção do equipamento:
  • Faixa: escolher sensor com faixa nominal levemente acima de 8\\ \text{bar} (ex.: 0\text{-}10\\ \text{bar} ou 0\text{-}16\\ \text{bar}).
  • Repetibilidade/precisão: para controle on/off uma repetibilidade de <1\%\\ \text{FS} é adequada; para aplicações críticas escolher melhor.
  • Saída elétrica: para sistema simples escolha SPDT (comum/normalmente aberto/normalmente fechado) para comandar diretamente um relé do compressor; para integração escolha 4\text{-}20\\ \text{mA} ou 0\text{-}10\\ \text{V}.
  • Proteção e montagem: material compatível com ar (geralmente aço inox ou latão), selo adequado, filtro/vaso de equalização se houver pulsação, grau IP conforme ambiente.

Passo 4

Como aplicar isso na prática (passo a passo de configuração e lógica para a prova):
  • Solução simples e direta (recomendada se só precisa ligar/desligar): use um pressostato gauge (pressure switch) com contato SPDT e diferencial ajustável.
    1. Escolha faixa do pressostato: por exemplo 0\text{-}10\\ \text{bar} (porque cobre até 8\\ \text{bar} com boa resolução).
    2. Ajuste o ponto de corte (cut-out) para 8\\ \text{bar}. Esse é o valor em que o contato muda e o compressor é desligado.
    3. Ajuste o diferencial (ou o outro elemento) para que o ponto de cut-in seja 4\\ \text{bar}. Se o pressostato não permite diferencial tão grande, use dois pressostatos: um configurado para desligar em 8\\ \text{bar} e outro para ligar em 4\\ \text{bar}.
    4. Verifique a lógica de contatos: normalmente-sempre use o contato apropriado (NC/NO) para garantir comportamento seguro em falha elétrica.
    5. Teste em campo: aplicar ar, observar pontos de comutação e confirmar histerese real.
  • Solução com transdutor + controlador (recomendada se quiser telemetria ou maior controle):
    1. Instale transdutor gauge 0\text{-}10\\ \text{bar} com saída 4\text{-}20\\ \text{mA}.
    2. No PLC: escreva lógica simples:
      • Se p \ge 8\\ \text{bar} então compressor = desligado.
      • Se p \le 4\\ \text{bar} então compressor = ligado.
      • Senão compressor mantém estado anterior.
    3. Benefício: fácil alterar 8 e 4 sem trocar hardware, registro de histórico e alarmes adicionais.

Passo 5

Observações de segurança e boas práticas (coisas que costumam cair na prova/na prática):
  • Sempre ter válvula de segurança (alívio) dimensionada para evitar sobrepressão acima do que o reservatório suporta.
  • Montagem do sensor: evitar pulsação direta no sensor (usar tubo amortecedor ou vaso de desacoplamento se pulsação do compressor for forte).
  • Proteção contra condensado e óleo (se houver): instalar filtro/colmeia de drenagem antes do sensor, materiais compatíveis.
  • Fail-safe: decidir comportamento em falta de energia (normalmente preferir que o compressor fique desligado em falha).
  • Documentar setpoints e periodicidade de manutenção/testes de repetibilidade.

Resposta

Pressostato gauge (pressure switch) com contato SPDT e diferencial/histerese ajustável, faixa recomendada 0\text{-}10\\ \text{bar}, ajustado para cortar em 8\\ \text{bar} e religar em 4\\ \text{bar}.
Alternativa (se desejar leitura contínua e flexibilidade): transdutor gauge 0\text{-}10\\ \text{bar} com saída 4\text{-}20\\ \text{mA} + controlador/PLC que implemente a lógica com histerese (cut-out 8\\ \text{bar}, cut-in 4\\ \text{bar}).

Exercícios relacionados