Construção de um protótipo veicular elétrico através do método Project Based Learning

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Construção de um protótipo veicular elétrico através do método Project Based 
Learning 
 
 
An Electric Vehicular Prototype constructed through Project Based Learning 
method 
 
 
E.X.V. Filhoa*, E.S. Silva Jra, J.M.T. Camposa, M.H.O. Demetrioa, M.Y.B. S. Araújoa, 
K.C.S. Barrosa 
 
a
 Universidade Federal Rural de Pernambuco – UFRPE, 54503-900, Cabo de Santo Agostinho – 
PE, Brasil. 
* autor correspondente: elenilton.xavier@hotmail.com Tel: 81 9 8628 5991 
 
 
Abstract 
 
To some scholarly the knowledge has been passed through repetitious and overpass methods, 
starting with this presuppotion, new ways to learning begin to be developed. The Project Based 
Learning (PBL) shows itself like big influencer of the development of soft students’ skills, 
making his more prepared for life in society. The project itself brings two primordial objectives; 
make a prototype that can move faster than other, beyond carry more weight (the tests will be 
made apart). The responsibility that engineers have with society brings the attention for using 
recycled materials in the prototype, which was really followed until the finalization of the 
prototype. The torque and the power ensure that the objectives are achieved, in that way was 
needed to find a method that allow both of then, was used the relation between the gears of the 
motor and the gears of the rotation axis. To get a speedy prototype and consequently a better 
power, was used two gears, a bigger one in the axis and a smaller in the motor, to get a better 
torque was used also two gears, but this time the bigger one was fixe in the motor and the smaller 
in the rotation axis. With that choice of material the prototype could suport a aproximated weight 
of 12kgs and get a speedy of 2m/s, therefore the PBL method shows efficience in the 
development of this project and in the development of the students as professionals, bringing the 
project to a Professional level that was not expected in the beggining. 
 
Keywords: Prototype, Project Based Learning, torque 
 
 
Resumo 
 
Para alguns estudiosos o ensino dentro de sala de aula se tornou monótono e ultrapassado, 
a partir desse pressuposto novas formas de aprendizagem começaram a ser desenvolvidas. O 
Project Based Learning (PBL), “aprendizagem baseada em projetos” em uma tradução literal, se 
mostra como grande influenciador do desenvolvimento das competências transversais de 
 2
estudantes, tornando mais preparados para a vida em sociedade. O projeto em si trás dois 
objetivos primordiais, construir um protótipo que consiga se mover com mais rapidez e carregar a 
maior quantidade de massa possível (os testes são realizados separadamente). Visto a 
responsabilidade de engenheiros com a sociedade a premissa utilizada desde o começo do projeto 
é a que diz que o protótipo deve ser construído inteiramente de material reciclado, o que foi 
seguido à risca até o resultado final. O torque e a potência garantem que os objetivos fossem 
alcançados, assim foi preciso descobrir um método que permitiria o uso de ambos, usou-se a 
relação de transmissão de engrenagens do motor e do eixo de rotação para usufruir tanto da 
potencia como do torque, para conseguir uma maior velocidade, e consequentemente uma maior 
potência, o jogo de engrenagens foi constituído por duas engrenagens uma menor no motor e uma 
maior no eixo, para conseguir um maior torque o jogo de engrenagens dispunha de uma 
engrenagem maior no motor e uma menor no eixo. Com essa escolha de materiais o protótipo 
conseguiu suportar um peso aproximado de 12kg e atingiu uma velocidade de 2m/s, sendo assim 
o método PBL se mostrou eficaz no desenvolvimento do projeto e no desenvolvimento dos 
estudantes como profissionais, levando o projeto a um nível de profissionalismo que não era 
imaginado no começo do semestre. 
 
Palavras-chave: Protótipo, Project Based Learning, torque. 
 
 
Introdução 
 
Na virada do século XIX para o XX, existiram pensadores educacionais que contestaram 
o modelo de escola que existia até então e propuseram um novo método de ensino, entre eles o 
belga Ovide Decroly foi o que se mostrou mais integrado nessa opinião. Tendo um histórico de 
indisciplina, por não aceitar o autoritarismo da sala de aula nem do próprio pai, Decroly dedicou-
se apaixonadamente a experimentar uma instituição de ensino centrada no estudante, e não no 
professor, e que preparasse os alunos para viver em sociedade, em vez de simplesmente fornecer 
conhecimentos destinados a sua formação profissional. (1) 
O conceito de interesse é fundamental no pensamento de Decroly. Segundo ele, a 
necessidade gera o interesse e só este leva ao conhecimento. O seu método dá ênfase ao trabalho 
em grupos, uma vez que a escola, para ele, deveria ser um preparatório para o convívio em 
sociedade; além de, em seu modelo de escola-oficina, os alunos trabalharem com elementos reais, 
saídos do dia-a-dia. 
O Project Based Learning, comumente chamado de PBL, visa a integração entre as 
disciplinas e o estimulo da atitude ativa do aluno (e não meramente informativa, como é o caso 
da prática pedagógica tradicional) em busca do conhecimento. O principal objetivo do método 
PBL é o desenvolvimento das competências transversais, ou seja, competências de comunicação, 
desenvolvimento pessoal, gestão de projetos e trabalho em equipe; assim como o método gerado 
e defendido pelo médico, psicólogo, professor e pedagogo belga Ovide Decroly. 
A problemática proposta pelo método PBL, nesse período, consiste na elaboração do 
design e construção de um protótipo veicular a partir de um motor elétrico de corrente contínua 
(DC) com alimentação de 12V, fornecido pelos professores, que deve realizar duas tarefas. A 
primeira delas consiste em transportar um peso determinado (disco metálico de 100g) por uma 
distância (em linha reta) de 100m no menor tempo possível e a segunda é transportar o maior 
peso possível (discos com peso inicial de 100g) por uma distância (também em linha reta) de 
100m, sem um tempo determinado. 
 3
Antes de se começar um projeto que envolve motores, precisa-se existir uma conversa 
sobre infinitos componentes (sistema de alimentação, graduação de comando, fluxo, taxa de 
compressão, espessura do óleo…), mas a parte que envolve mais interesse é quase sempre a 
potência e o torque. (2) 
Parafraseando o professor do curso de mecânica automobilística da Faculdade de 
Engenharia Industrial, Ricardo Bock, o torque é o que indica a capacidade do motor gerar 
trabalho. Em função do tempo, ele troca de nome e passa a ser potência, ou seja, torque e 
potência são a mesma força, vista sob métricas diferentes. Esta diferença é fundamental para se 
definir o tipo de aplicação do motor. 
Em termos físicos o torque é dado pela equação 
� = �. � 
onde Q é o torque, o F é a força aplicada e o r é o raio de giro. No Brasil, geralmente ele é medido 
em kgf.m (quilograma força vezes metro). Sendo assim, o torque é uma medida de força do motor: 
quanto maior o torque, melhor ele responderá às acelerações. (3) 
A potência é definida como o trabalho realizado em um certo intervalo de tempo, sendo assim 
� = �.
��
�	
 
sabemos que a grandeza derivada do ângulo percorrido em função do tempo é conhecida como 
velocidade angular w, logo 
� = �. 
 
No Brasil, a potência é definida em cavalos (cv, de cavalo vapor). Podemos dizer que a potência do 
motor é responsável por transformar o combustível do tanque em velocidade. (3) 
Depois que a parte de torque e potência for discutida, outro ponto que entra em questão é a 
relação de transmissão do motor para o eixo de rotação do protótipo, existem várias maneiras dessa 
transmissão ser realizada, as duas mais comuns são por polias e correias e por engrenagens, para este 
projeto a transmissão por polias foi logo desconsiderada devidoà precisão dos componentes para fazer 
com que a movimentação do carrinho fosse aceitável, ou seja, tanto as polias como as correias tinham 
que entrar em concordância com muita precisão para que o protótipo pudesse realizar um movimento 
próximo do esperado, então se escolheu o sistema de transmissão por meio de engrenagens. 
Engrenagem é o elemento de máquina dotado de dentadura externa ou interna, cuja 
finalidade é transmitir movimento sem deslizamento e potência, multiplicando os esforços com a 
finalidade de gerar trabalho. Podem possuir formato cilíndrico (engrenagem cilíndrica), cônico 
(engrenagem cônica), helicoidal (engrenagens helicoidais) ou reta (cremalheira). (4) 
Ao decidir o tipo e a forma construtiva mais adequada para o projeto de uma determinada 
transmissão é requerido conhecimento preciso das condições básicas de funcionamento, a 
potência nominal, o número de rotações por minuto e a relação de transmissão, bem como 
momento torque de partida, número de partidas, tempo de funcionamento por dia, número de 
ciclos total de funcionamento, grau de solicitação, frequências naturais, funcionamento geral da 
máquina, etc. A engrenagem que se encaixou nos objetivos propostos foi a engrenagem cilíndrica 
de dentes retos. 
 
Materiais e Métodos 
 
A partir do pressuposto de que a engenharia está intimamente ligada a questões sociais e 
ambientais, nosso protótipo dispõe de 100% (cem por cento) de sua estrutura constituída de 
material reciclado, visando o menor valor possível de massa total do protótipo, focando em um 
protótipo leve, porém resistente. 
 4
Foi decidido que seria utilizado um material de acrílico para a confecção do chassi do 
protótipo, sabendo que o material possui uma resistência consideravelmente boa e não é pesado, 
mas por questões de facilidade o material foi alterado do acrílico para um compensado de 
madeira, visto que o compensado de madeira possui uma resistência e leveza parecidas com o do 
acrílico e existia uma facilidade maior da obtenção desse material. Por fim utilizou-se uma 
prancheta de compensado de madeira reutilizada de um dos componentes do grupo. 
Primeiramente foram utilizadas rodas de 5cm de diâmetro, após a obtenção das 
engrenagens visualizou-se que seria inviável a utilização dessas rodas por terem o mesmo 
tamanho das engrenagens, impossibilitando a movimentação com máximo desempenho do 
protótipo; depois disso utilizou-se rodas de 6cm de diâmetro, mas, por causa do desalinhamento 
das próprias rodas, também não foram viáveis; finalmente dispôs-se de rodas de 7,5cm de 
diâmetro que se adequaram perfeitamente a expectativa do próprio grupo. 
A parte responsável pela movimentação do protótipo, além das rodas, é composta por dois 
eixos, quatro engrenagens e o motor, o último foi fornecido. Os eixos e as engrenagens foram 
obtidos através do desmanche de três impressoras que se encontravam em desuso, escolheu-se 
dois eixos com 1cm de diâmetro e 18cm de comprimento e um jogo de engrenagens formado por 
uma engrenagem de 1cm de diâmetro, uma de 2cm de diâmetro, outra de 4cm de diâmetro e a 
última com 5cm de diâmetro; abriu-se o diâmetro interno de duas engrenagens (a de 2cm e a de 
5cm) por meio do aquecimento do eixo, para o encaixe das engrenagens no próprio eixo (usando 
cola instantânea e cola epóxi) , as outras engrenagens foram fixadas no eixo do motor apenas com 
cola instantânea. 
Para a obtenção dos outros componentes do protótipo, marcou-se uma visita ao Cone 
Multimodal, especificamente na sua parte de reciclagem que era dividida em setores, no setor de 
metal foram obtidos dois eixos menores com 0,75cm de diâmetro e 22cm de comprimento 
removidos de prateleiras de supermercado que foram utilizados para sustentação do protótipo 
quando o peso for aplicado, conseguiu-se também uma caixa de barras de cereal que foi utilizada 
como cabine para o protótipo. A alimentação foi constituída por 8 baterias dispostas em série, 
cada uma com uma tensão nominal de 3V e uma corrente total de 0,8A. 
 
 
Resultados e Discussões 
 
O torque e a potência do motor estão intimamente ligados à velocidade e a força de tração 
nas suas rodas. Sendo o torque responsável por essa força de tração e a potência responsável pela 
velocidade. O meio que foi utilizado para usufruir tanto da força de tração quanto da velocidade 
(para atingir os objetivos propostos) foi a relação das engrenagens entre o motor e o eixo. Na 
figura 1 podemos observar como as engrenagens ficaram dispostas no protótipo. O projeto dispõe 
de duas engrenagens fixas no motor e duas engrenagens fixas no eixo de rotação, que permite a 
movimentação do protótipo. Para atingir uma maior rotação por minuto (rpm) utilizou-se uma 
relação de engrenagem tal que no motor estava fixa uma engrenagem de 4cm (engrenagem 
motora) de diâmetro e no eixo estava fixa uma engrenagem de 2cm de diâmetro (engrenagem 
movida), garantindo a relação da parte (a) da figura 1. Já para atingir uma menor rpm e 
consequentemente um maior torque, a engrenagem motora utilizada possui 1cm de diâmetro 
enquanto a engrenagem movida possui 5cm de diâmetro, garantindo a relação da parte (b) da 
figura 1. 
 5
 
Figura 1. Relação de engrenagens utilizadas para movimentação do protótipo.(5) 
 
 
 Na figura 2 pode-se observar as engrenagens fixas no eixo (a), as engrenagens fixas no 
motor (b) e a relação das engrenagens entre o eixo e o motor, além de que, empiricamente, 
observa-se que o deslocamento do motor, para que se possa trocar as medidas de torque e 
potência do protótipo, acontece da direita para a esquerda, tomando o referencial da imagem. 
 
 
 
Figura 2. Fixação das engrenagens no eixo (a), no motor (b) e a relação entre elas (c). 
 
 Preliminarmente tomou-se como ideia um protótipo de dimensões consideravelmente 
pequenas, além de dois carros de controle remoto disponibilizados por integrantes da equipe, 
ambos garantiram o contato inicial para que a teoria se tornasse prática, vale ressaltar que partes 
desses carros de controle remoto foram utilizadas posteriormente no desenvolvimento do 
protótipo. Podemos observar na figura 3 o protótipo utilizado como base inicial para a construção 
do protótipo proposto (a), o primeiro jogo de engrenagens, após o projeto ser estabelecido, que os 
componentes da equipe tiveram contato (b), além dos primeiros desenhos e croquis de projeção 
do protótipo desenvolvido pela equipe (c). 
 
 6
 
 
Figura 3. Protótipo utilizado como ideia inicial (a)(6), seguido pelo primeiro jogo de engrenagens visto pela equipe, 
disponibilizado por integrantes da própria equipe através de carros de controle remoto, (b) e os primeiros croquis de 
projeção do protótipo. 
 
A figura 4 apresenta o resultado do chassi do nosso protótipo, fazendo uma conexão com 
a figura 3 (c), percebe-se que o croqui de projeção foi seguido à risca em relação ao chassi (parte 
superior da figura), a parte da carroceria (representada na parte inferior da figura) sofreu algumas 
alterações, mas com o traçado do croqui já se tem uma boa visualização do resultado final do 
protótipo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Chassi do carro finalizado contendo os suportes dos eixos e os próprios eixos de rotação. 
 
A obtenção do material utilizado no protótipo, como dito anteriormente, se deu através do 
desmanche de algumas impressoras segregadas e uma visita à Cone Multimodal, com exceção 
das rodas, nenhum material que conseguimos foi utilizado sem alguma modificação, os 
instrumentos e ferramentas que utilizamos para a modificação desses materiais estão dispostas 
em ordem de uso na figura 5 abaixo. 
 
 7
 
 
 
Figura 5. Ferramentas utilizadas para a transformação dos materiais obtidos em componentes do protótipo. Mini 
refítica (a)(7), esmerilhadeira(b)(8), alicates universal e de corte (c)(9) e arco de serra fixo. (10) 
 
Cada ferramenta foi essencial para a estrutura do protótipo. A mini retífica possibilitou a 
obtenção dos eixos de sustentação, além de dar o acabamento ao eixo de rotação e ao seu suporte; 
a esmerilhadeira diminuiu o tamanho dos eixos obtidos com as impressoras para o que era 
esperado, além de dar os retoques para a transformação da prancheta de compensado de madeira 
em chassi; os alicates foram essenciais para o ajuste da fixação do motor, além de ter uma grande 
importância na constituição da alimentação do protótipo; o arco de serra fixo transformou uma 
caixa de barras de cereal na cabine do protótipo. Na figura 6 pode-se visualizar o uso de algumas 
dessas ferramentas na obtenção dos componentes do protótipo. 
 
 
 
 
Figura 6. Utilização dos instrumentos e ferramentas para transformação da matéria-prima em componentes que não 
precisam de modificação. Foi utilizado o esmeril para darmos o acabamento à prancheta (a) além de utilizar para 
partir o eixo de rotação no tamanho desejado (b), os alicates foram utilizados em partes menores, como a fixação do 
motor (c) 
 
 8
A necessidade de suportar uma grande quantidade de peso entrou em conflito com a 
capacidade do compensado de madeira do chassi de suportar esse peso, quando era submetido a 
um certo peso, o chassi demonstrava uma envergadura que poderia causar problemas, visto isso 
desenvolvemos um sistema de sustentação que possui dois eixos menores em diâmetro e maiores 
em comprimento, em relação aos eixos de rotação, os chamados eixos de sustentação eram 
ligados aos suportes de sustentação dos eixos de rotação, indo do traseiro ao dianteiro, podemos 
observar o sistema de sustentação na figura 7. 
 
 
Figura 7. Sistema de sustentação desenvolvido para o protótipo, todas as fixações nesse sistema foram realizadas por 
meio de cola epóxi. 
 
Para facilitar a mudança do motor da engrenagem de torque para a engrenagem de 
velocidade, a fixação escolhida para o motor foi realizada por meio de abraçadeiras de plástico, 
visto que a manutenção dessas abraçadeiras se dava de forma prática e rápida, na mudança de um 
teste para outro as abraçadeiras serão abertas e o motor será movido da engrenagem de torque 
para a engrenagem de velocidade, o processo deve durar menos de cinco minutos. 
Uma maior facilidade na rotação do eixo movido pelo motor precisava ser garantida, para 
isso era necessário um sistema de lubrificação que facilitasse esse movimento e diminuísse o 
atrito entre os suportes de eixo de rotação e os próprios eixos de rotação. Ao mesmo tempo em 
que um lubrificante fluido se mostrava como melhor opção, o escoamento desse lubrificante era 
um problema a ser resolvido, já que os suportes para o eixo eram muito pequenos e o lubrificante 
fluido escoava muito rápido. Para resolvermos o problema deixou-se de lado a ideia de um 
lubrificante fluido e aderiu-se a ideia de usar o pó de grafite como lubrificante, a utilização do pó 
de grafite garantiu uma maior desenvoltura do protótipo, alcançando assim o objetivo do sistema 
de lubrificação. 
A alimentação do motor é feita a partir de oito baterias ligadas em série diretamente ao 
motor, cada bateria possui um diâmetro de 18mm e um comprimento de 65mm, pesam 
aproximadamente 40g cada e tem uma tensão nominal de 3,7V e uma corrente nominal de 3200 
mA, para o acionamento do motor utilizou-se um interruptor. A alimentação, na prática, é 
mostrada na figura 8. 
 
Figura 8. Sistema de Alimentação do protótipo, baterias ligadas em série em um interruptor. 
O diagrama de circuitos pode ser visto na figura 9. 
Figura 9. Circuito elétrico da alimentação do protótipo. 
Sistema de Alimentação do protótipo, baterias ligadas em série em um interruptor. 
 
O diagrama de circuitos pode ser visto na figura 9. 
Circuito elétrico da alimentação do protótipo. 
9
 
Sistema de Alimentação do protótipo, baterias ligadas em série em um interruptor. 
 
 10
Vários testes foram realizados no sistema de alimentação do carrinho com o auxílio de um 
multímetro analógico e de um multímetro digital. Quando a tensão do circuito foi medida no 
multímetro analógico obteve-se o valor de 28V, enquanto no multímetro digital obteve-se o valor 
de 28,6. Mediu-se também a corrente no circuito com os dois multímetros, no digital conseguiu-
se um valor de 1,03 A e no analógico 800mA. A resistência do motor também foi quantificada, 
obtendo-se 6,5Ω no multímetro digital e 5 Ω no multímetro analógico. Os valores nominais se 
aproximam dos medidos, para tensão o valor nominal é 29,6V, para corrente 0,8A e para 
resistência 6 Ω no motor. 
Se quisermos calcular a potência total gerada no circuito, fazemos: 
�� = �. 
 
sendo assim obtemos o valor de 23,68W, calculando agora a potência dissipada, temos que: 
�� = �
² 
obtemos o valor de 3,84W que são transformados em calor. Para obtermos a potência útil no 
circuito fazemos Pt – Pd, o que nos dá o valor de 19,84W. 
Traçou-se um percurso de quinze metros onde o tempo que o protótipo levava para 
percorrer esse percurso foi contabilizado, em um intervalo de 3 em 3 metros, nesse caso obteve-
se a tabela 1. 
ΔS (m) Parciais (s) Tempo (s) 
3 02,56 02,56 
6 02,59 05,15 
9 03,15 08,31 
12 02,80 11,11 
15 01,07 12,18 
Tabela 1. Medições de espaço e tempo 
 
Através dos valores obtidos tornou-se capaz traçar um gráfico Espaço X Tempo, mostrado 
abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico 1. Espaço X Tempo 
 
Também pôde-se traçar um gráfico da velocidade através do tempo pelos valores obtidos 
na tabela 1. 
 
 
 
0
5
10
15
0 5 10 15 20
Espaço X Tempo
 11
 
Gráfico 2. Velocidade X Tempo 
 
Sendo assim o protótipo foi concluído. Os maior peso colocado sobre o protótipo foi de 
12kg, o qual ele conseguiu transportar, mesmo com perda de velocidade, outros testes de peso 
não foram realizados, pois o peso danificava a estrutura do protótipo. A figura 10 mostra o 
resultado final obtido com a construção do protótipo. 
 
 
Figura 10. Resultado final da construção do protótipo 
 
 
 
Conclusões 
 
O método PBL demonstrou ser eficaz em desenvolver competências e demonstrar, de 
forma superficial, porém satisfatória, como é o dia a dia de um engenheiro, sendo assim todas as 
expectativas foram alcançadas, alavancando a aceitação do método como modelo alternativo de 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 5 10 15 20 25
V
el
o
ci
da
de
 
(m
/s)
Tempo (s)
Velocidade X Tempo
 12
aprendizagem. As engrenagens utilizadas se mostraram a chave para o êxito do projeto, com a 
relação de transmissão escolhida o protótipo conseguiu desenvolver uma velocidade de 2 m/s 
quando configurado para a engrenagem de torque e mesmo após um peso de 12kg ser aplicado o 
protótipo conseguiu transportar o peso, porém com uma velocidade reduzida; quando 
configurado para a engrenagem de potência a sua velocidade cresce substancialmente. Além das 
engrenagens, os materiais utilizados (que continuaram sendo 100% reciclados) garantem esse 
desempenho excelente visto a disposição dos componentes no protótipo e a sua leveza. 
 
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