Protótipo de Guindaste Eletromagnético

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PROTÓTIPO DE GUINDASTE ELETROMAGNÉTICO 
 
 
 
Frederyck Baleeiro Espinheiro Sales – frederyck12@gmail.com 
Ivanildo Matos Ramos – ivanildo_jr1997@hotmail.com 
Jean Chaves Batista – jeanbatista8@gmail.com 
Nilton Felipe Pinheiro Rosendo – niltoonfelipee@hotmail.com 
Stéfani Gross da Conceição – stefani-gross@hotmail.com 
Universidade Federal do Pará 
Rua Augusto Corrêa, 01 - Guamá 
66075-110 – Belém – Pará 
 
 
 
Resumo: O presente trabalho apresenta um relatório prático e teórico sobre a montagem de 
um guindaste eletromagnético com materiais alternativos, cujo funcionamento baseia-se na 
ação de um eletroímã. É um modelo simples e barato com um braço hidráulico apenas para 
fins didáticos abordando conceitos de campo magnético gerado por uma corrente elétrica em 
um solenóide condutor e conceitos de hidrostática aplicado ao braço articulado. 
 
Palavras-chave: Eletroímã, Guindaste, Transformador, Hidrostática, Eletromagnetismo. 
 
1. INTRODUÇÃO 
 Em 1820, Hans Oersted observou que fios condutores retilíneos percorridos por uma 
corrente elétrica geram um campo magnético, cuja intensidade em um ponto P é diretamente 
proporcional à corrente aplicada e inversamente proporcional à distância desse ponto ao fio. 
Com essa descoberta nasceu o Eletromagnetismo. 
 Os frutos das pesquisas nessa área ajudaram a desenvolver inúmeras tecnologias como 
do guindaste eletromagnético que utiliza um eletroímã como sua principal fonte de ação. A 
criação do guindaste eletromagnético neste projeto passa por duas fazes, a criação do 
eletroímã utilizando transformador velho, e a criação de um braço hidráulico com materiais 
alternativos para manipulação do eletroímã. 
 O eletroímã é o principal objeto de estudo neste projeto, ele é um dispositivo no qual 
passa corrente elétrica em um fio condutor espiralado em um núcleo de ferro, aço, níquel ou 
qualquer material ferromagnético para gerar um campo eletromagnético parecido com o de 
imãs naturais. 
Os guindastes hidráulicos possuem uma construção bem simples, mas podem executar 
tarefas difíceis que de outra forma pareceriam impossíveis. O guindaste deste projeto utiliza 
de materiais simples e se baseia em idéias da hidrostática utilizando seringas e mangueiras. 
 Através da construção de um guindaste eletromagnético, pode-se observar o 
funcionamento de um eletroímã e experimentalmente a teoria eletromagnética envolvida no 
mesmo. E também, devido à fácil construção do projeto, espera-se que possa ser utilizado 
para apresentações didáticas para alunos de física de ensino médio ou ensino superior. 
2. PROTÓTIPO DE GUINDASTE ELETROMAGNÉTICO 
Os ímãs encantam o ser humano há muitos anos, é notória a empolgação de uma 
criança ao brincar com ímãs, sejam eles removidos de autofalantes ou retirados de sua função 
de fixar lembretes na geladeira da residência. O eletroímã possui as mesmas características, 
porém diferencia-se dos ímãs permanentes, os quais não precisam de fonte de alimentação 
para que crie o campo magnético em seu entorno. Tal modalidade de ímã tem sua base nos 
experimentos do cientista Hans Christian Orsted, o qual fez um fio retilíneo ser percorrido por 
corrente elétrica, após isso aproximou do mesmo uma bússola e constatou que houve deflexão 
da agulha do instrumento, deduzindo que um fio percorrido por corrente elétrica gera campo 
magnético, dessa forma concluindo que magnetismo e eletricidade estão diretamente ligados 
(MOURA, 2011) 
Após a descoberta da correlação entre eletricidade e magnetismo, o físico André-
Marie Ampère postulou que quanto maior a corrente que percorre o condutor, maior será o 
campo magnético produzido, sendo matematicamente expresso abaixo: 
 
 d
i
B


2
.

 (1) 
 
Onde B é a intensidade do campo eletromagnético, 

 (mi) é a constante de 
permissividade do meio, que indica a facilidade do campo permear a substancia, 
i
 intensidade 
da corrente. Se todas variáveis estiverem no SI, 

 = 4

x 10-7 T m/A. Tendo um espira 
percorrida por corrente elétrica, se usarmos a regra da mão direita temos como saber a direção 
e sentido das linhas de campo, o mesmo acontece com um solenóide, o qual é de fato um 
componente do eletroímãs. Enrolando fio de cobre esmaltado em torno de um núcleo de ferro 
fazemos um eletroímã, tendo em mente os conceitos abordados anteriormente percebe-se que 
de acordo com o número de voltas que se é dada em torno do núcleo, aumentamos o módulo 
do campo, levando em consideração que campo eletromagnético recebe tratamento 
matemático vetorial em suas operações, ou seja, quanto mais voltas, ou seja, criando um 
solenoide, (que nada mais é que várias espiras feitas no mesmo condutor) mais linhas de 
campo no mesmo sentido, e essas acabam se somando. Quando é dito que há a necessidade de 
haver um núcleo para enrolamento do fio é para que a constante

seja aumentada, assim, 
aumentando a permissividade magnética do meio (MOURA, 2011). 
A figura abaixo mostra um eletroímã em sua forma mais didática. 
 
Figura 01 - eletroímã artesanal de prego. 
 
Fonte: http://static.hsw.com.br/gif/electromagnet-nail.gif, 2015. 
 
Um eletroímã atrai objetos quando percorrido por corrente contínua e também quando 
é alimentado com corrente alternada (GUALTER et al., 2011). 
Como mostrado na figura 01, são criados pólos nas extremidades do núcleo do 
eletroímã, as quais por convenção saem do polo norte e entram no polo sul. 
A equação válida para campo magnético gerado por um solenoide é diferente de um 
condutor retilíneo, abaixo a expressão matemática. 
 
i
l
n
B 
 (2) 
 
Onde é incrementado n e l, os quais representam respectivamente o número de espiras 
do solenóide e o comprimento do mesmo. 
 
2.1. Materiais e Métodos 
Para construir um guindaste eletromagnético, devem ser utilizados alguns materiais 
básicos. Utilizaram-se materiais reciclados e de baixo custo com o objetivo de demonstrar a 
praticidade da construção do projeto. A lista de materiais e o método para a construção serão 
descritos a seguir. 
2.1.1. Construção do eletroímã 
Transformador; 
Fonte de corrente continua de 5 v; 
Fita isolante; 
Estilete; 
Interruptor. 
Para a construção do eletroímã, utilizou-se um transformador, sendo que o primeiro 
passo é desmontá-lo. Grande parte dos modelos de transformadores encontrados apresenta 
uma armação de metal em volta do mesmo, e esta serve tanto para protegê-lo quanto para 
prendê-lo no circuito. 
Com o auxílio do alicate, removeu-se a armação, e este processo, resulta no núcleo do 
transformador. O núcleo é formado por aletas de metal, que precisarão ser retiradas. Para isso, 
um estilete foi usado para descolar e soltar cada parte, sendo que ao final do processo têm-se 
uma grande quantidade de tiras metálicas em formato de "I" e "E", e o corpo do 
transformador, onde estará a bobina. 
Com cuidado, desenrolaram-se os fios de cobre das bobinas, para que o mesmo seja 
usado posteriormente. Dependendo do transformador utilizado, este terá bobinas de tamanhos 
e camadas diferentes. Neste projeto foi utilizado um transformador com uma bobina 
constituída com duas camadas, sendo que a primeira apresentava fios de cobre mais espessos. 
 
Figura 02 – desmontagem do transformador. 
 
Fonte: autoria própria, 2015. 
 
Para começar o processo de remontagem, a fita isolante foi posta no corpo do 
transformador. Sobre a mesma, o fio de cobre foi enrolado, sendo colocado de uma maneira 
estreita, pois quanto mais espiras mais forte será o imã. Após esse processo, o núcleo dotransformador foi reinserido, ou seja, as aletas de metal foram postas novamente, porém 
diferente de sua configuração originária, as aletas em formato de E foram postas em um só 
lado. 
Para proteção, colocou-se tiras de fita isolante em toda a superfície do eletroímã, 
exceto na parte inferior, pois esse será o local de contato. Para finalizar, os fios da fonte e os 
do eletroímã foram desencapados, com auxílio do estilete, sendo que um dos fios de cobre foi 
conectado ao interruptor e o mesmo foi conectado a fonte de corrente continua, e a ponta 
restante de cobre, foi conectada diretamente a fonte. O eletroímã montado está na figura 
abaixo 
 
Figura 03 – eletroimã concluido. 
 
Fonte: autoria própria, 2015. 
 
2.1.2. Construção do Guindaste hidráulico 
Madeira; 
Seringas; 
Parafusos; 
Pregos; 
Martelo; 
Mangueira de aquário; 
2 dobradiças. 
Para elaborar um guindaste hidráulico é necessário montar sua estrutura, para isso, 
utilizou-se três pedaços de madeira, medindo cerca de 19 cm, 18cm e 17 cm, com espessura 
de 3cm, 3cm e 1cm. Denominadas respectivamente peça 1, peça 2 e peça 3. 
O primeiro passo foi unir os braços do guindaste, por intermédio de dobradiças que 
foram conectadas as peças 1 e 2, sendo que ambas apresentam certa angulação, e para fim 
colocou-se a última peça de madeira. 
Após braço do guindaste ser concluído, foi necessário montar a base giratória, e está 
foi feita com o bico de uma garrafa PET, sendo que esta foi cortada em quatro partes e fixada 
em um suporte de madeira com parafusos, e a tampa da mesma foi parafusada a peça 1, para 
prover a mobilidade necessária. 
Em relação à parte hidráulica do guindaste, foi necessário, com o auxílio de uma fita, 
grudar na peça 1 a primeira seringa, sendo que esta ficou de forma vertical e com a ponta 
direcionada a base, e o movimento de subida e descida do êmbolo garantirá a peça 2 o 
movimento análogo ao da seringa. 
Após esse processo, foi necessário fornecer mais dois movimentos ao guindaste, sendo 
estes o movimento de giro da base e o movimento de ascensão e decaimento da peça 3. Para o 
primeiro é importante posicionar um suporte para que o mesmo apoie a seringa, que estará 
posicionada horizontalmente a base, e conectada, através de um parafuso a peça 1, e garantirá 
o movimento giratório da base. Por fim, têm-se o último movimento que se deve a seringa 
posta na peça 2, de maneira horizontal. Assim demonstrado na figura abaixo. 
 
Figura 04 – processo de montagem do guindaste hidráulico. 
 
Fonte: autoria própria, 2015. 
 
Por fim, instalou-se a mangueira nas pontas das seringas de modo que estas ficaram 
conectadas entre si. Um ponto importante é minimizar as bolhas de ar dentro das mangueiras, 
pois estas atrapalham o movimento do braço hidráulico. 
2.2. Fundamentação Teórica Acerca do Eletroímã 
A seguir, serão apresentados alguns conceitos físicos responsáveis por explicar os 
fenômenos eletromagnéticos presentes nos eletroímãs, a exposição de tais conceitos 
contribuirá para a compreensão do funcionamento e montagem do dispositivo, assim como 
suas possíveis aplicações e limitações práticas. 
 
2.2.1. Fluxo Magnético 
A orientação do fluxo magnético é definida conforme a figura abaixo. 
 
Figura 05 - Fluxo magnético. 
 
Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/fluxo-magnetico.htm, 2015. 
 
O fluxo magnético pode ser definido como sendo o conjunto de todas as linhas de 
campo que atingem perpendicularmente uma área, ou seja, a quantidade de linhas de campo 
efetivas, sua unidade é o weber (
Wb
) e é simbolizado pelo símbolo

, o fluxo magnético 
influencia diretamente no módulo do vetor
B
 , como será mostrado a seguir (MUSSOI, 2007). 
 
 cosBA (3) 
 
Onde: 
 = fluxo magnético. 
B = módulo do campo magnético. 
A = área onde as linhas de campo estão contidas. 
 = ângulo entre o vetor campo magnético e a reta normal à área. 
 
2.2.2. Relutância Magnética 
É uma grandeza que mede a oposição que um meio oferece ao estabelecimento e 
concentração de linhas de campo magnético, é uma grandeza análoga a resistência elétrica, 
porém ela explica o motivo pelo qual alguns materiais conduzem melhor o campo magnético 
do que outros, ela pode ser expressa pela seguinte equação (MUSSOI, 2007). 
 
A
L


 
(4) 
 
Onde: 
 = relutância magnética. 
L = comprimento do meio a ser percorrido. 

= permissividade magnética do meio. 
A = área a ser percorrida pelas linhas de campo. 
 
Nota-se que quanto maior for a permissividade magnética do meio e quanto maior for 
a sua área, menor será sua relutância, logo esse meio permitirá uma maior passagem de linhas 
de campo magnético por si, enquanto que quanto maior for o comprimento a ser percorrido, 
menor será a passagem das linhas de campo magnético. Isso explica o fato de que no 
eletroímã as linhas de campo concentrem-se mais nas aletas do que no ar, em virtude 
principalmente da diferença entre as permissividades magnéticas dos meios. 
 
2.2.3. Vetor Densidade De Campo Magnético 
A figura abaixo mostra a densidade das linhas de campo nas extremidades de um ímã. 
 
Figura 06 - Vetor densidade de campo magnético. 
 
Fonte: http://www.passo-a-passo.com/mec/3. 1.2/05_teoria.htm, 2015. 
 
O vetor 
B
 representa a densidade de campo magnético ou densidade de fluxo 
magnético, ele é representado pela quantidade de linhas de campo concentradas em uma 
determinada área. Em qualquer ponto de medição esse vetor é sempre tangente as linhas de 
campo e seu sentido é determinado pelo sentido de fluxo magnético. A densidade de campo 
magnético é também influenciada pela corrente elétrica em um condutor e pelo material ou 
meio no qual o campo se propaga, como será mostrado posteriormente (MUSSOI, 2007). 
 
A
B


 (5) 
 
Onde: 
B = módulo do campo magnético. 

 = fluxo magnético. 
A = área na qual o fluxo transita. 
 
2.2.4. Vetor Campo Magnético Indutor 
Conforme foi dito anteriormente se em uma bobina alterarmos o material do núcleo 
(
 permeabilidade magnética do meio), a densidade de fluxo magnético será alterada em 
função do material, entretanto há uma definição de campo magnético que independe da 
permeabilidade magnética dos materiais. O vetor campo magnético indutor ou vetor força 
magnetizante, simbolizado por (H), é definido como o campo magnético induzido pela 
corrente elétrica na bobina para qualquer que seja o material do núcleo, sua equação será 
definida abaixo (MUSSOI,2007). 
 
H
B


 (6). 
 
L
NI
H  
(7). 
 
Onde: 
B = módulo da densidade magnética. 
H = módulo da força magnetizante. 
 = permeabilidade magnética do meio. 
N = número de voltas na bobina. 
I = corrente elétrica no condutor. 
L = comprimento do solenóide. 
O vetor 
H
 possui as mesmas características do vetor
B
 , porém independe do material 
do núcleo da bobina, sua unidade de medida é dada em ampere-espira por metro (
m
Ae
). 
Portanto, pode-se entender a densidade de fluxo magnético (
B
 ) como o efeito de uma força 
magnetizante (
H
 ) em certo meio. 
 
2.2.5. Lei de Biot-Savart 
Um campo magnético produzido pela passagem de uma corrente elétrica em um 
condutor pode ser medido através da lei de Biot-Savart (HALLIDAY et al.,2012). 
No presente experimentoutilizou-se um enrolamento de fios em um núcleo 
ferromagnético no formato de solenóide, a fim de se fabricar um eletroímã que concentrasse o 
campo magnético em seu núcleo. A equação abaixo descreve a intensidade de um campo 
magnético em qualquer ponto de uma bobina solenóide. (BRITO et al., 2012). 
 
)(
2
12 

sensen
L
IN
B 

 
(8) 
 
Onde a constante

é a permissividade magnética do núcleo
)
.
(
A
mT
, 
N
é o número de 
espiras no solenóide, 
I
é a corrente elétrica no condutor
)(A
,
L
é o comprimento da bobina
)(m
e os ângulos 
2
 e 
1 são medidos a partir do ponto P que se quer estudar até as 
extremidades das bobinas. A figura 07 abaixo mostra como dever ser medida o campo no 
centro do solenóide. 
 
Figura 07 - Exemplo de medição do campo no centro do solenóide. 
 
Fonte: Só Física, 2015. 
 
Como a situação estudada envolve um eletroímã, o campo magnético de interesse do 
experimento não consiste no campo no centro da bobina, mas sim no campo da extremidade 
do solenóide onde ocorrerá efetivamente a atração dos materiais em virtude do campo 
magnético. Assim sendo, a lei que calcula o campo magnético nas extremidades de um 
solenóide é descrita abaixo, as variáveis dessa equação tem o mesmo significado da equação 
anterior (BRITO et al., 2012). 
 
L
IN
B
2



 
(9) 
 
Ambas as equações acima são úteis para medir o campo magnético, onde os pontos de 
medição do campo magnético se encontram em qualquer ponto ou no caso da segunda 
equação de forma mais simples somente na extremidade da bobina, que é o que será utilizado 
de fato no presente experimento, analisando as equações pode-se concluir que a intensidade 
de um campo magnético do centro de um solenóide até a sua extremidade decai pela metade 
de seu valor (BRITO et al.,2012). 
 
2.2.6. Força Magnética 
A força magnética é ocasionada pela ação de um campo magnético, esta força pode se 
apresentar de duas formas distintas sendo como uma força de atração ou como uma força de 
repulsão, se dois pólos diferentes de dois imãs forem aproximados surgirá entre eles uma 
força de atração e as linhas de campo se concentraram nessa região e os trajetos das linhas 
serão completados através dos dois imãs, ao passo que se dois pólos iguais de dois imãs forem 
aproximados a força magnética será de repulsão e as linhas de campo serão divergentes e 
haverá uma região cujo campo magnético resultante será nulo, como ilustrado na figura a 
seguir (MUSSOI, 2007). 
 
Figura 08 - Linhas de campo magnético nas forças de atração e repulsão. 
 
Fonte: http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/eletromagnetismo-1-imas-e-inducao-
eletromagnetica.htm, 2015. 
 
2.3. Fundamentação Teórica Acerca Do Guindaste Hidráulico 
A seguir serão apresentadas as leis que regem o funcionamento hidráulico do 
guindaste, tais leis fazem parte da área de estudo da hidrostática, e tem por objetivo explicar 
os fenômenos relacionados nesse caso somente aos líquidos em recipientes fechados ou em 
repouso. 
 
2.3.1. Teorema De Stevin 
O teorema de Stevin afirma que se dois pontos estão em um mesmo nível dentro de 
um líquido em equilíbrio, eles estão submetidos à mesma pressão, independente do formato 
ou tamanho do recipiente que os contém. A pressão nesses determinados pontos, pode ser 
dada pela fórmula abaixo. 
 
 dghPP A  (10) 
 
Onde: P é a pressão em um determinado ponto do líquido, PA é pressão atmosférica, d 
é a densidade do líquido, g é a aceleração da gravidade e h é a altura do líquido em relação à 
base do recipiente. 
 
2.3.2. Princípio De Pascal 
A figura 09 a seguir ilustra o princípio de pascal. 
 
Figura 09 - Princípio de pascal. 
 
Fonte: <http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/fisica/resumo-fisica-hidrostatica-
697997.shtml>, 2015. 
 
Segundo o teorema de Stevin, pode-se observar que a pressão no líquido depende da 
altura do mesmo, ou seja, para um recipiente fechado em que a altura do líquido em ambas as 
extremidades seja a mesma, a pressão será a mesma. Tal fato acaba por ter conseqüência no 
chamado princípio de pascal que mostra que o acréscimo de pressão sofrida pelo líquido se 
transmite aos demais pontos do líquido de modo a deixar a pressão entre os pontos de mesma 
altura sempre igual. Abaixo será definido matematicamente o princípio de Pascal. 
 
21 PP  (11) 
 
A
F
P  
(12) 
 
2
2
1
1
A
F
A
F

 (13) 
 
Portanto, pode-se observar que quanto maior a área do conduto, maior será a força 
exercida por ele e vice-versa. 
 
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Esse projeto ajuda a entender a solução de diversos problemas da área de engenharia e 
possui ampla utilização, porém sua principal utilidade é em locais que necessitam mover 
grandes corpos de metal, como na do transporte de contêineres em zonas de embarque e 
desembarque portuários e em depósitos de ferros velhos movimentando grandes peças de 
metal, automóveis velhos. Os eletroímãs estão presentes ainda em motores elétricos, 
disjuntores magnéticos, chaves magnéticas ou contatores magnéticos, separadores e outras 
diversas aplicações. 
O projeto destaca também que há uma grande importância em ter conhecimentos de 
física para soluções de diversos problemas que podem ser encontrados no dia a dia tanto em 
situações domésticas quanto em situações na área industrial. A criação do guindaste de 
eletroímã evidencia a importante relação entre a teoria e o experimento para comprovação do 
projeto e obtenção dos dados finais. Com estudos mais aprofundados na área do 
eletromagnetismo, da automação elétrica e hidráulica será possível obter melhoras neste 
protótipo e desenvolver novos projetos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
HALLIDAY, David. Fundamentos de Física - Eletromagnetismo. 9,v. III, ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2013. 375 p. 
 
HELOU, D.; GUALTER, J. B.; NEWTON, V. B. Tópicos de Física. 15º edição, Vol. 3. São 
Paulo, Editora Saraiva, 2001. 460 p. 
 
MOURA, Cássio Stein, Física Para o Ensino Médio: Gravitação, Eletromagnetismo e Física 
Moderna, Porto Alegre: EDIPUCRS, 2011. 284 p. 
 
MUSSOI, Fernando Luiz Rosa; Fundamentos de Eletromagnetismo, v3.2, CEFET/SC, GEE, 
2005. 
 
BRITO, Lucília, ELETROMAGNETISMO: da magia da eletricidade e do magnetismo à 
descoberta das ondas eletromagnéticas, Departamento de Física da Universidade de Coimbra. 
2012.