Projeto construção de uma estufa

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Departamento de Engenharia Mecatrônica
Engenharia Mecatrônica
Projeto construção de uma estufa para
armazenar filamentos de impressora 3D
Filipe Simões Silva
Ĺıdia Eduarda Sousa Santos
Victor Henrique Aparecido Gouveia
Vitor Silva de Lacerda
Divinópolis
Novembro/2022
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Sumário
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Preliminares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1 Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2 Microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.3 Esquemático de Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Esquemático de Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Estrutura e Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1 Materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2 Projeto Eletrônico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
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1 Introdução
A utilização e a demanda de impressoras 3D tem se estendido cada vez mais nos
últimos anos. Atualmente, estão dispońıveis no mercado internacional e no brasileiro diversas
opções com preços acesśıveis. Seu funcionamento é bem similar ao das impressoras comuns,
sendo que suas diferenças dizem respeito ao tipo de material ejetado e ao motor, que conta
com um a mais para controlar a altura do produto (GORNI, 2013).
Um fator crucial para uma produção satisfatória pela impressora 3D é a qualidade do
material utilizado, para isso é necessário que haja um armazenamento adequado e propicio
para os mesmos. O armazenamento correto dos filamentos da impressora 3D tem por objetivo
não apenas preservar a qualidade do material, mas também preservar a saúde dos componen-
tes que são mais exigidos da impressora. O filamento contaminado por umidade e/ou outros
detritos externos que se depositam nos componentes podem causar o entupimento do sistema
devido a carbonização de reśıduos, fazendo-se necessárias manutenções não programadas e,
até mesmo a troca de componentes como bicos, heatbreak e tubo de PTFE.
Sendo assim, este trabalho foi dividido em cinco seções, a qual a primeira é a in-
trodução apresentando a problemática a ser estudada; na segunda descreve os componentes
utilizados; já na terceira apresenta a descrição da estrutura da estufa e seus resultados; na
quarta faz-se um compêndio de todo o trabalho; por fim na quinta, exibi-se todas as referên-
cias necessárias para o bom entendimento deste estudo.
1.1 Objetivos
O objetivo do projeto é a construção de uma estufa com controle de temperatura para
o armazenamento e conservação dos materiais filamentos utilizados em impressoras 3D. O
projeto visa a construção da estufa para os materiais do Laboratório Maker do CEFET-MG
campus Divinópolis.
2
2 Preliminares
2.1 Sensor
No estudo da automação é necessário definir condições para o sistema obter valores
de variáveis f́ısicas do ambiente a ser controlado e esta é a atividade dos sensores. Sensores
têm a função de informar ao circuito eletrônico um fato que ocorra fora, sobre o qual ele deve
agir, ou a partir de um fato que ele deva gerenciar a uma determinada ação (WENDLING,
2010)
O sensor escolhido para o projeto foi o DHT22, que é um sensor digital básico de
baixo custo capaz de medir dois parâmetros: temperatura e umidade, apresentado na Figura
1.
Figura 1 – Sensor DTH22
2.2 Microcontrolador
Microcontrolador é uma ferramenta computacional composta pela junção diversos
componentes em um único chip: um processador, portas in/output, memória se acesso aleató-
rio(RAM) e memória somente de leitura (ROM). Possui diversas aplicações e uma variedade
de modelos dispońıveis no mercado, se utilizando de linguagens de programação especificas,
em sua maioria Python ou C.
Para desenvolver o projeto em questão, utilizou-se o microcontrolador ESP32-wroom,
apresentado na Figura 2 e a linguagem de programação C. Uma das grandes vantagens do
ESP32 é que ele possúı Bluetooth e Wi-Fi integrado, ele pode entrar em Deep Sleep, modo
de repouso para economia de energia. Além de suportar uma taxa de dados de até 150 Mbps
e 20,5dBm de potência de sáıda na antena, garantindo mais amplo alcance f́ısico. É posśıvel
observar a pinagem de uma placa de desenvolvimento ESP32 na Imagem 3.
Caṕıtulo 2. Preliminares 3
Figura 2 – ESP32-wroom
Alguns dos dos periféricos importantes do ESP32 são:
• 25 GPIOs programáveis
• 18 canais ADC de 12 bits
• 2 canais DAC de 8 bits
• 16 canais de sáıda PWM
• 3 interfaces UART
• 3 interfaces SPI
• 2 interfaces I2C
• 2 interfaces I2S
• 10 GPIOs de detecção de toque capacitivo
• 16 GPIOs RTC
Figura 3 – Pinagem do ESP32-Wroom
Caṕıtulo 2. Preliminares 4
2.3 Esquemático de Hardware
Caṕıtulo 2. Preliminares 5
2.4 Esquemático de Software
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3 Estrutura e Resultados
A estrutura da estufa foi feita de madeira MDF, com dimensões de 25𝑐𝑚 de largura,
80𝑐𝑚 de comprimento e 28,5𝑐𝑚 de altura. No interior, foram acoplados dois collers, que serão
responsáveis pela propagação de calor, a resistência será a responsável pelo aquecimento da
estufa e foi colocada à 140𝑚𝑚 da borda da estrutura.
Os demais componentes eletrônicos foram dispostos no exterior, foi feita uma estrutura
na impressora 3D do laboratório Maker do CEFET-MG, para armazenar-los. O resultado final
pode ser observado na Figura 4.
Um display foi utilizado para mostrar os valores da temperatura e umidade do ar, do
interior da estufa ao usuário. Integrado a um potenciômetro que permite ao usuário regular a
temperatura desejada. A alimentação utilizada na estufa consiste em uma fonte de 5𝑉 para o
ESP32, relé e para os collers e uma fonte de 127𝑉 para energizar a resistência. A montagem
dos componentes eletrônicos está esquematizada na Figura 5
Figura 4 – Estufa
Caṕıtulo 3. Estrutura e Resultados 7
Figura 5 – Esquema de montagem
3.1 Materiais
• 6 Peças de madeira MDF
• 2 Collers
• 1 Display LCD
• 1 ESP32-Wroom
• 1 Sensor DHT22
• 1 Módulo de Relé de dois canais de 5V
• Resistência de 13,4Ω e 1204𝑊
• Potenciômetro
• 1 Modulo de comunicação 𝐼2𝐶 para o display
Caṕıtulo 3. Estrutura e Resultados 8
(a) Display LCD. (b) Módulo Relé. (c) Resistência.
(d) Coller.
3.2 Projeto Eletrônico
Figura 6 – Esquemático
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4 Conclusão
No decorrer deste relatório foi apresentado os estudos e métodos utilizados para a
construção de uma estufa, para armazenar os filamentos das impressoras 3D do laboratório
Maker. Todos os objetivos foram alcançados, a estufa já está pronta para funcionamento no
laboratório e a temperatura interna está atingindo 70ºC, que é a temperatura desejada.
O projeto proporcionou melhor aprendizado a respeito do microcontrolador ESP32-
Wroom, que foi utilizado para automatizar o controle de temperatura. Como também, a
integração de todos os componentes para se obter o melhor rendimento dentro dos objetivos
do projeto.
Todo o projeto teve um custo de 𝑅$200,00, sendo que muitos dos materiais necessá-
rios foram fornecidos pelo próprio laboratório Maker. Espera-se que outros alunos tenham a
oportunidade de continuar aprimorando o projeto.
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Referências
WENDLING, M. Sensores. [S.l.: s.n.], 2010. Citado na página 2.
GORNI, A. A. Prototipagem rápida, a revolução 3D. Plástico Industrial, São Paulo, nov.
2013.
	SumárioIntrodução
	Objetivos
	Preliminares
	Sensor
	Microcontrolador
	Esquemático de Hardware
	Esquemático de Software
	Estrutura e Resultados
	Materiais
	Projeto Eletrônico
	Conclusão
	Referências