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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 2

2 JUSTIFICATIVA .................................................................................................................. 3

3 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 4

4 MÉTODO ............................................................................................................................... 5

4.1 Sensores e Atuadores ........................................................................................................ 6

4.1.1 O Guindaste Eletroímã ............................................................................................... 6

4.1.2 Sensor de metais ......................................................................................................... 7

4.2 Microcontrolador .............................................................................................................. 9

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 11

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1 INTRODUÇÃO

O controle de um sistema de transporte de chapas, blocos, moldes e outras peças

ferrosas é uma atividade corriqueira em metalúrgicas, siderúrgicas, depósitos, linhas de

montagem e oficinas em geral. Leves e eficientes, os levantadores magnéticos trazem grandes

benefícios para alguns desses sistemas de controle, eles são fáceis de manipular, pois não

necessitam de um elevado rigor de parametrização como nas garras e braços robóticos.

Porém, são brutos, não trazendo nenhum cuidado especial com o material transportado e ao

mesmo tempo são sistemas menos inteligentes, dependente da composição do material

(ferromagnéticos). Apesar de serem inferiormente hábeis, esses sistemas de controle

apresentam igual ou superior eficácia quando se trata de grandes massas metálicas ou resíduos

(sucata). Tornando o investimento mais lucrativo e mais simples de se programar e manobrar.

Os levantadores magnéticos podem ter diversas configurações de acordo com suas

finalidades no processo. Podem ser Separadores Magnéticos, Tambores Magnéticos ou

simplesmente Guindastes de Levantamento utilizando Eletroímãs poderosos.

Figura 01 – Eletroímã aplicado a uma esteira com a finalidade de retirar materiais ferrosos

indesejáveis ao processo.

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Figura 02 – Guindaste Eletroímã atraindo sucatas ferrosas.

2 JUSTIFICATIVA

Os processos envolvendo mecanismos eletromagnéticos ainda são amplamente

utilizados em alguns sistemas industriais. Porém, atualmente o controle é feito

eletronicamente através de microprocessadores e PLC’s (Programmable logic controller).

Podendo ser programados para que atuem automaticamente ou podem ser operados

localmente. De tal modo que a lógica de programação estruturada terá que lidar com a

interconexão entre essas duas ocorrências: modo manual e modo automático.

Assim, esse sistema mostrou-se adequado para integrar os conhecimentos teóricos

absorvidos no campo da instrumentação (sensores e atuadores), eletrônica e seguramente, na

lógica de programação do microcontrolador. Aplicando os conceitos teóricos aprendidos em

sala de aula e adquirindo experiência por constatação prática, fixando de forma sólida e

coerente o que foi apresentado nas aulas teóricas expositivas.

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3 OBJETIVOS

Este projeto tem como primeiro objetivo arquitetar mecanismos de controle de uma

esteira que vai conduzir diversos objetos. Em paralelo a esse aparato, um Eletroímã deslizará

sobre um trilho de impressão de uma impressora, controlado pelo Arduino, utilizando

temporizadores. Assim, o Arduino fará aquisição do sinal vindo do sensor e acionará o

Eletroímã quando necessário, para atrair o objeto ferromagnético que será transportado para

outro recipiente/compartimento da planta.

Além disso, poderá ser empregada uma lógica para alternar entre o modo automático e

o modo manual, operado por alguém como em guindastes de levantamento de sucatas.

A Figura 03 apresenta um esboço da planta.

Figura 03 – Esquemático da planta.

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4 MÉTODO

Um sensor indutivo de metais ferrosos será instalado ao lado da esteira e fará o papel

de deixar o microcontrolador informado sobre a propriedade magnética do material. O

microcontrolador por sua vez, ao detectar o metal, mandará um sinal para cortar o circuito da

esteira, fazendo-a parar logo após atingir a posição ideal de coleta. Ao parar, através de um

circuito de ponte H, o Arduino acionará o carro de impressão para trazer o Eletroímã ao eixo

perpendicular ao objeto. Após essa fase, o Arduino acionará um circuito para energizar as

bobinas do aparato, tornando-o um adequado Eletroímã que atrairá o objeto para seu núcleo

de ferro. Feita a atração magnética, o carro de impressão será novamente posicionado para

liberar a peça atraída em outro compartimento da planta, após o comando do

microcontrolador.

A Figura 04 ilustra o trilho de impressão:

Figura 04 – Trilho de impressão retirado de uma Impressora Multifuncional.

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4.1 Sensores e Atuadores

4.1.1 O Guindaste Eletroímã

O atuador do sistema é o Eletroímã móvel acoplado ao carro de impressão que atrai o

objeto sempre que receber um sinal do microcontrolador. É geralmente construído enrolando-

se um condutor ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou algum material

ferromagnético. Quando esse condutor é submetido a uma tensão, ocorre a condução de uma

corrente elétrica, o que gerará um campo magnético, a Lei de Biot-Savart (Equação 01). A

intensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do Eletroímã dependerão do

módulo da corrente e do número de voltas da espira. A circulação de corrente pelo fio produz

campos magnéticos nas suas imediações e estabelece um fluxo magnético no material

ferromagnético envolto pelas espiras do condutor. A razão entre a intensidade do fluxo

magnético concatenado pelas espiras e a corrente que produziu esse fluxo é a indutância.

Pedaço de ferro apresenta então, as características de um ímã permanente, enquanto a

corrente for mantida circulando, e o campo magnético pode ser constante ou variável no

tempo dependendo da natureza da corrente (alternada ou contínua).

(1)

Ponderemos que possuímos diversas espiras circulares percorridas por uma corrente

constante. Podemos usar a Lei de Biot-Savart para calcular o campo magnético a uma

distância perpendicular ao objeto. Lembrando que:

Figura 05 – Campo magnético de uma espira circula.

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(2)

Onde pode ser facilmente deduzido para:

(3)

Quando um campo magnético externo é aplicado a um ferromagnético como o ferro, os

dipolos atômicos irão alinhar-se com ele. Mesmo quando o campo é removido, parte do

alinhamento vai ser mantida: o material tornou-se magnetizado. Para desmagnetizar exige-se

aplicação de calor ou de um campo magnético na direção oposta. Assim, terá que ser feito

algum artifício para que o Eletroímã solte o objeto atraído.

4.1.2 Sensor de metais

Um detector de metais consiste basicamente em uma bobina enrolada num núcleo de

ferro. Esse sensor indutivo usa o princípio de operação das correntes de Foucault. Um circuito

oscilador produz uma tensão alternada que ao ser aplicada na bobina, produz um campo

eletromagnético.

Figura 06 – Circuito Oscilador utilizando Amplificadores Operacionais.

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O Oscilador gera um sinal senoidal a uma freqüência:

(4)

Quando um objeto metálico entre no campo, as correntes de Foucault circulam, gerando um

campo magnético oposto ao gerado pelo oscilador. A diminuição do campo magnético reduz a

indutância da bobina, abatendo levemente a freqüência das oscilações. A variação dessa

freqüência, por sua vez, provoca uma alteração na impedância do indutor do circuito.

Figura 07 – Comportamento da saída do sensor.

Dessa forma, os componentes são montados numa configuração chamada Ponte de

Wheatstone, composta por quatro impedâncias, formando dois divisores de tensão em

paralelo. É aplicada uma tensão alimentando esse circuito e mede-se a diferença da tensão

entre os dois divisores de tensão. Quando não houver nenhum material ferromagnético

presente na linha de ação do sensor, todos os elementos apresentarão a mesma impedância.

Porém, ao aparecer um metal ferroso, a impedância proveniente da bobina será modificada e a

ponte será desbalanceada. Apontando um potencial não nulo entre os terminais dos divisores

de tensão. Essa tensão será lida pelo microcontrolador para que o mesmo possa tomar as

decisões pré-estabelecidas via programação.

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4.2 Microcontrolador

Microcontroladores consistem em circuitos integrados que possuem internamente um

microprocessador e todos os seus periféricos fundamentais ao seu funcionamento, como

periféricos de entrada/saída ,memória (geralmente do tipo EPROM – Erasable Programable

Read-Only Memory, onde são armazenadas as informações de programa, a serem executadas

pelo microprocessador), memória de dados (geralmente do tipo RAM, onde ficam

armazenadas as informações de dados utilizadas pelo programa), temporizadores, contadores

clock e pinos de interrupção e reset.

Através da programação podemos controlar as saídas do microcontrolador, tendo

como referência as entradas ou um programa interno. O que diferencia os diversos tipos de

microcontroladores é a quantidade de memória interna, velocidade de processamento,

quantidade de pinos de entrada e saída (I/O), alimentação, periféricos, arquitetura e a

linguagem de programação.

Para o controle desse sistema, escolheu-se o Arduino, por este possuir uma razoável

capacidade de processamento e de memória, além de atender aos requisitos de entrada e saída

de maneira prática e confiável. O Arduino é baseado em um microcontrolador (ATmega),

utilizando uma linguagem própria baseada em C/C++. Seu hardware é constituído pelo

microncontrolador da ATmega e seus periféricos essenciais, como representado na Figura 7, e

possui as seguintes características básicas:

Tensão de operação 5 V

Tensão de entrada (recomendada) 7-12 V – limites(6-20V)

Pinos E/S digitais 14 ( 6 dos quais são saídas PWM)

Pinos de entrada analógicos 6

Corrente CC por pino E/S 40 mA

Corrente CC por pino 3.3 V 50 mA

Memória Flash 32 KB, sendo 2 KB utilizados pelo bootloader

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Velocidade de Clock 16 MHz

.

Tabela 01 - Tabela com as características básicas do Arduino versão Duemilinove.

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Figura 08 – Microcontrolador Arduino.

Os requisitos de desempenho do microcontrolador vão depender também da versão

empregada. O ATmega 328 tem 32kb de memória flash sendo 2kb utilizados pelo bootloader

do Arduino restando 30kb para armazenamento de código. O ATmega 328 além dos 32kb de

memória flash tem 2kb SRAM e 1kb de EEPROM que pode ser acedida através da

biblioteca EEPROM. O ATmega contido no Arduino já traz o bootloader gravado, assim

basta um cabo USB, um computador e a IDE do Arduino para começar a programar.

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REFERÊNCIAS

BOYLESTAD, R. L. e Nashelsky, L. (1998). Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.

Prentice-Hall do Brasil.

CAMPOS, M. e TEIXEIRA, H., Controles Típicos de Equipamentos e Processos Industriais,

Edgard Blücher, 2006.