APS GUINDASTE HIDRÁULICO COM ELETROIMÃ

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UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA 
INSTITUTO DE CIENCIAS EXATAS 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
ZANDRE CEREJO GONÇALVES SILVANO – RA 2039456 
ROGÉRIO JOSÉ OSTI – RA 2018589 
DOUGLAS RUBBO GOUVEIA – RA 2013855 
 
 
 
 
 
 
 
 
APS: Guindaste Hidráulico com eletroímã 
 
 
 
 
 
 
 
 
Praia Grande, 2021 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO..........................................................................................3 
1.1. Caracteristicas................................................................................3 
1.2. Principais componentes e funcionamento......................................4 
1.3. Vantagens.......................................................................................6 
1.4. Campo Magnético em um eletroímã..............................................7 
1.5. Aplicações....................................................................................10 
 
 
 
2. PROTÓTIPO DE GUINDASTE HIDRÁULICO COM ELETROÍMÃ...........12 
2.1. Elaboração e execução do guindaste............................................12 
 
 
3. CONCLUSÃO...........................................................................................16 
4. BIBLIOGRAFIA........................................................................................17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
De um modo bem geral, sabemos que todos os eletroímãs usados em diversas 
aplicações apresentam em seu interior um metal. Esse procedimento foi 
adotado porque quando introduzimos o metal no interior do solenoide o campo 
magnético do eletroímã torna-se mais intenso. Então, quando ligamos um 
eletroímã com um núcleo de metal a uma bateria, as extremidades desse 
núcleo passam a ter um comportamento semelhante aos polos de um ímã 
forte, atraindo alguns objetos de ferro. Há várias aplicações práticas para os 
eletroímãs, por exemplo, em campainhas, motores, geradores, guindastes, etc. 
 
Também podemos ver esse efeito produzido pelos núcleos de ferro em outros 
elementos químicos, como o cobalto, o níquel e também com a liga de cada um 
deles. 
 
1.1. Características 
Sabemos que quando os elétrons livres de um átomo se movimentam, eles 
criam uma corrente elétrica muito pequena, de escala microscópica, dando 
origem a um campo magnético também muito pequeno. Desta forma podemos 
dizer que cada átomo equivale a um pequeno ímã. 
 
Em um objeto de metal, uma barra de ferro, por exemplo, que não esteja 
magnetizado, os ímãs elementares que comparamos a cada átomo que 
constitui o objeto estão orientados de forma variada, como mostra a figura b. 
Por estarem dessa forma, os campos magnéticos, que cada ímã elementar 
cria, tendem a se anular com os outros campos magnéticos dos outros ímãs 
elementares, resultando assim em um metal sem qualquer efeito magnético. 
 
 
 
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1.2. Principais componentes e funcionamento 
Um eletroímã é composto por: 
– Enrolamento de cabo isolado com verniz. 
– Um núcleo de ferro (opcional). 
– Uma fonte atual, que pode ser contínua ou alternada. 
Figura 01- Ilustração de eletroimã 
 
Fonte: Maestrovirtuale.com 
Tradução: 
- Bobina 
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- Núcleo de ferro 
- Fonte de corrente 
O eletroímã é um dispositivo formado por um núcleo de ferro envolto por um 
solenoide (bobina). Quando uma corrente elétrica passa pelas espiras da 
bobina, cria-se um campo magnético, o qual faz com que os imãs elementares 
do núcleo de ferro se orientem, ficando assim imantado e, consequentemente, 
com a propriedade de atrair outros materiais ferromagnéticos. 
Na figura 02 abaixo temos um eletroímã e um imã com suas respectivas linhas 
de campo. 
Figura 02 – Imã eletroimã 
 
 
Fonte: Mundoeducacao.uol 
 
 
Observe que no eletroímã as linhas de campo entram em uma extremidade e 
saem na outra, já no imã, elas entram em um polo (polo sul) e saem no outro 
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(polo norte) de maneira praticamente igual. Foi por esse motivo, de apresentar 
comportamento semelhante ao de um imã quando percorrido por uma corrente 
elétrica, que esse dispositivo ficou conhecido como eletroímã. 
O fato de ter um núcleo (barra de ferro) no interior da bobina gera um campo 
magnético muito intenso e devido a essa propriedade os eletroímãs têm muitas 
aplicações, dentre elas, podemos destacar: nos motores, nas campainhas, nos 
telefones, na indústria de construção naval e no guindaste eletromagnético. 
O pedaço de ferro apresenta 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 corrente utilizada 
(contínua ou alternada). Ao se interromper a passagem da corrente o envolto 
pelas espiras pode tanto manter as características magnéticas ou não, 
dependendo das propriedades do mesmo. 
 
1.3. Vantagens 
O eletroímã só exerce ação magnética enquanto circula corrente elétrica e sua 
imantação pode ser aumentada ou diminuída facilmente, basta aumentar ou 
diminuir a intensidade da corrente elétrica, além de sua polaridade pode ser 
facilmente invertida, basta inverter o sentido da corrente elétrica. 
No entanto, pode-se dizer que a fonte do campo magnético está movendo 
cargas elétricas ou corrente elétrica. Dentro da matéria, no nível atômico e 
molecular, são produzidas essas correntes que produzem campos magnéticos 
em todas as direções que se cancelam. É por isso que os materiais 
normalmente não mostram magnetismo. 
A melhor maneira de explicar isso é pensar que dentro da matéria existem 
pequenos ímãs (momentos magnéticos) que apontam em todas as direções, 
para que seu efeito macroscópico seja cancelado. 
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Nos materiais ferromagnéticos, os momentos magnéticos podem alinhar e 
formar regiões chamadas domínios magnéticos . Quando um campo externo é 
aplicado, esses domínios são alinhados. 
Quando o campo externo é removido, esses domínios não retornam à sua 
posição aleatória original, mas permanecem parcialmente alinhados. Desta 
forma, o material é magnetizado e forma um ímã permanente. 
1.4. Campo Magnético em um eletroímã 
Campo magnético existe em todos os fios que transportam eletricidade, dá 
para comprovar isso com um simples experimento: Coloque a bússola sobre a 
mesa e, com o fio perto da bússola, conecte, por alguns segundos, o fio entre 
as extremidades positiva e negativa da pilha. O que você vai perceber é que a 
agulha da bússola se desloca. Inicialmente, a bússola irá apontar para o pólo 
norte da Terra, ao conectar o fio à pilha, a agulha da bússola oscila, visto que 
essa agulha é um pequeno ímã com um pólo norte e um pólo sul. 
Considerando que a agulha é pequena, ela é sensível a campos magnéticos 
pequenos. Então, o campo magnético criado no fio, pelo fluxo de elétrons, afeta 
a bússola. 
 A Solenoide quando percorrido por corrente elétrica, cria um campo magnético 
em seu interior e exterior apresentando assim uma configuração de campo 
magnético semelhante ao de um ímã em forma de barra, então dizemos que 
ele se constitui um eletroímã, ou seja, um ímã obtido por meio de corrente 
elétrica. 
Em um eletroímã solenóide ou cilíndrico como o mostrado na Figura 3, a 
intensidade do campo magnético será dada pela seguinte relação: 
B = μ⋅n⋅I 
A permeabilidade magnética do núcleo de ferro depende de sua liga e 
geralmente é entre 200 e 5000 vezes a permeabilidade ao ar. Nesse mesmo 
fator, o campo resultante é multiplicado em relação ao de um eletroímã sem 
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núcleo de ferro. A permeabilidade ao ar é aproximadamente igual à do vácuo, 
que é µ = 1,26 × 10 -6 T * m / A. 
Figura 03 – Solenoide 
 
Fonte: Mundovitale.com 
Onde B é o campo magnético (ou indução magnética), que em unidades do 
sistema internacional é medido em Tesla, μ é a permeabilidade magnética do 
núcleo, n é a densidade de voltas ou número de voltas por metro e, finalmente, 
a correnteI que circula pelo enrolamento medido em amperes (A). 
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1.4.1. Campo magnético de um cabo reto 
O campo magnético devido a um fio reto a uma distância r é: 
 
Suponha que dobremos o cabo para que ele forme um círculo ou um loop, e 
então as linhas do campo magnético da parte interna do cabo se juntem, 
apontando todas na mesma direção, adicionando e reforçando. Na parte 
interna do loop ou círculo, o campo é mais intenso do que na parte externa, 
onde as linhas do campo se separam e enfraquecem. 
 
O campo magnético resultante no centro de uma bobina de raio 
de um transportando uma corrente I é: 
 
O efeito é multiplicado se cada vez que dobrarmos o cabo para que ele tenha 
duas, três, quatro, … e muitas voltas. Quando enrolamos o cabo na forma de 
uma mola com giros muito próximos, o campo magnético dentro da mola é 
uniforme e muito intenso, enquanto no exterior é praticamente zero. 
Suponha que enrolemos o cabo em uma espiral de 30 voltas em 1 cm de 
comprimento e 1 cm de diâmetro. Isso fornece uma densidade de giro de 3000 
giros por metro. 
Na figura 04 podemos ver um exemplo teórico disto. 
 
 
 
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Figura 04 – Campo magnético de um cabo reto
 
Fonte: Mundovitale.com 
1.5. Aplicações 
Eletroímãs são usados em diversos aparelhos, como motores, faróis de carro, 
campainhas e discos-rígidos. Nos alto-falantes, são usados dois ímãs: um 
permanente e um eletroímã, que é ligado e desligado na frequência adequada, 
indo para a frente e para trás, como um pistão, fazendo o cone vibrar e produzir 
o som.[7] Eletroímãs mais poderosos são utilizados para separar o lixo em 
ferros-velhos, ou nos portos para colocar contêineres em navios. 
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https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletro%C3%ADm%C3%A3#cite_note-7
 
 
 
 
O disjuntor é um eletroímã que funciona como interruptor de circuitos. É usado 
quando se quer proteger um dispositivo qualquer de correntes muito elevadas. 
Esse dispositivo é ligado em série com a bobina do eletroímã, de maneira que 
a mesma corrente que passa pelo dispositivo também passa pela bobina. A 
armadura do eletroímã é sustentada por uma mola, de tal maneira que, para 
valores admissíveis de corrente, ela não se desloca para os polos. Porém, para 
valores de corrente superiores a um valor prefixado, a força de atração sobre a 
armadura é maior do que a força exercida pela mola. Então o circuito se abre, a 
corrente deixa de circular e o dispositivo fica assim protegido de uma corrente 
alta. 
O princípio de funcionamento de um telégrafo é o seguinte: são colocados em 
série um gerador G, um eletroímã E e um interruptor C. Esse interruptor tem 
uma mola M que mantém o circuito aberto. Para fecharmos o circuito 
precisamos apertar o “botão” B do interruptor. Quando um operador fecha o 
circuito em C, o eletroímã atrai a sua armadura A. Então a haste AD gira ao 
redor do ponto O, e um estilete, colocado em D, encosta em uma fita de papel 
que se desenrola de um cilindro P . Esse estilete fica encostado no papel 
durante todo o tempo em que o interruptor C permanecer fechado. Assim, se 
se fechar o interruptor por um instante, aparecerá na fita de papel um ponto. Se 
se fechar C por algum tempo aparecerá na fita um traço. Como se sabe, em 
telegrafia as letras do alfabeto são representadas por combinações de traços e 
pontos. Assim, um observador, atuando no interruptor C pode mandar uma 
mensagem a outro que receba junto ao eletroímã, colocado à distância muito 
grande. 
Nas instalações telegráficas, em vez de se usarem dois fios para a condução 
da corrente, uma para ida e outro para volta, usa-se um só, o outro fio é 
substituído pela terra. Como esta é condutora, transporta corrente de uma 
estação à outra, bastando para isso ligar as extremidades do circuito à terra. 
 
 
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2. PROTÓTIPO DE GUINDASTE HIDRÁULICO COM ELETROÍMÃ 
Foi produzido um protótipo em uma maquete de guindaste hidráulico com 
eletroímã, afim de demonstrar na pratica o processo. 
2.1. Elaboração e execução do guindaste 
Foi feita a base, poste e braço de alumínio, como estrutura e uma pilha comum 
com cerca de 1.5 voltz, com um interruptor para energizar ou não o prego. 
 
Figura 05 – Estrutura e energização do guindaste 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
 
 
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 Para a parte hidráulica foram utilizadas 2 seringas com óleo hidráulico, que 
fazem com que desça ou suba o prego, junto com o braço de alumínio. 
 
Figura 06 – Estrutura completa 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
A seringa da base faz com que a do braço movimente o mesmo. 
 
 
 
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 Foram realizados testes e o limite máximo em que o guindaste conseguiu 
erguer um objeto foram 3 clips, que foram pesados em uma balança hidrostática 
e somaram 1,8 gramas, como podemos ver na figura 08. 
 
Figura 07 – Guindaste levantando massa 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
 
 
 
 
 
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Figura 08 – Pesando a massa erguida pelo guindaste 
 
Fonte: Arquivo pessoal 
Figura 09, estudante participante do trabalho, com o projeto finalizado e 
funcional. 
Figura 09 
 
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4. CONCLUSÃO. 
 
 Uma pilha simples de apenas 1,5 volts foi capaz de erguer um peso de 1,8 
gramas utilizando o eletroímã e podemos constatar com todo o estudo 
bibliográfico a grande utilidade principalmente em escala maior deste método, se 
houve algo que me arrependi de ter realizado no projeto, foi a utilização do óleo 
hidráulico nas seringas, que ocasionou vazamentos e problemas com limpeza, 
mas foi de imenso aprendizado o planejamento e execução desta atividade 
pratica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. BIBLIOGRAFIA. 
 
García, F. Campo Magnético. Recuperado em: www.sc.ehu.es 
 
 
Tagueña, J. e Martina, E. O magnetismo. Da bússola à rotação. Recuperado 
de: bibliotecadigital.ilce.edu.mx. 
 
 
Sears, Zemansky. 2016. Física Universitária com Física Moderna. 14 th . Ed. 
Volume 2. 921-954. 
 
Principais tipos de pilhas e suas características! (mundodaeletrica.com.br) 
 
Eletroímã. O que é um Eletroímã? - Mundo Educação (uol.com.br) 
 
Eletroímã, Ímã, Conceito, Definição, O que é Eletroímã 
(portalsaofrancisco.com.br) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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http://www.sc.ehu.es/