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.
(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
e ligar o compressor quando a pressão cai a
. Informações relevantes dadas:
- Meio a medir: ar comprimido no reservatório.
- Limiares de controle: desligar em
, religar em . - 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
(por exemplo ou ) 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 (
). - 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
então desligar; se 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
ou : 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.:
ou ), ajusta o ponto de corte para e ajusta o diferencial (se o pressostato permitir) para aproximadamente de modo que a rearmada ocorra em . 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 e outro para cut-in em ), 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
e saída (boa immunidade a ruído), e o PLC implementa a lógica: desligar se , ligar se . - 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
(ex.: ou ). - Repetibilidade/precisão: para controle on/off uma repetibilidade de
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
ou . - 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.
- Escolha faixa do pressostato: por exemplo
(porque cobre até com boa resolução). - Ajuste o ponto de corte (cut-out) para
. Esse é o valor em que o contato muda e o compressor é desligado. - Ajuste o diferencial (ou o outro elemento) para que o ponto de cut-in seja
. Se o pressostato não permite diferencial tão grande, use dois pressostatos: um configurado para desligar em e outro para ligar em . - Verifique a lógica de contatos: normalmente-sempre use o contato apropriado (NC/NO) para garantir comportamento seguro em falha elétrica.
- Teste em campo: aplicar ar, observar pontos de comutação e confirmar histerese real.
- Escolha faixa do pressostato: por exemplo
- Solução com transdutor + controlador (recomendada se quiser telemetria ou maior controle):
- Instale transdutor gauge
com saída . - No PLC: escreva lógica simples:
- Se
então compressor = desligado. - Se
então compressor = ligado. - Senão compressor mantém estado anterior.
- Se
- Benefício: fácil alterar
e sem trocar hardware, registro de histórico e alarmes adicionais.
- Instale transdutor gauge
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
, ajustado para cortar em
e religar em
.
Alternativa (se desejar leitura contínua e flexibilidade): transdutor gauge com saída
+ controlador/PLC que implemente a lógica com histerese (cut-out
, cut-in
).
Alternativa (se desejar leitura contínua e flexibilidade): transdutor gauge