Parte Escrita APS Braço Mecanico

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APS
Braço Mecânico (Hidráulico)
Engenharia Mecatrônica 
Integrantes
 
SÃO PAULO
2016
 
Objetivo:
Elaborar um braço mecânico, com articulações movidas apenas por seringas, buscando a capacidade de transportar pequenos objetos para pontos determinados no percurso, através de um eletroímã. Este relatório detalha cada princípio e processo utilizado para construção do mesmo.
Introdução do Desenvolvimento Teórico:
Utilizando os principio de Pascal, onde defende que num fluído, a pressão se transmite igualmente em todas as direções.
Exemplo 1: Supondo o exemplo abaixo, onde um fluído dentro de um recipiente, esta sendo pressionado por um embolo. 
Se as pressões hidrostáticas forem respectivamente:
A: 0,7 atm.
B: 0,6 atm.
 Neste exemplo, o embolo está transferindo uma pressão de 0,2 atm para o fluído. Portanto, todos os pontos do fluído receberão os mesmos acréscimo de pressão.
 Portanto os pontos A e B terão respectivamente A: 0,9 atm, e B: 0,8 atm, respectivamente.
Atualmente, é encontrado o princípio de Pascal em diversas utilidades da atualidade, como elevação de automóveis em postos de gasolina, os freios de automóveis, prensas hidráulicas, até mesmo em portas de trens e metrôs. Em geral, são sistemas que multiplicam a força. Quando se exerce uma força em um ponto, produz uma pressão que é transmitida integralmente para todos os pontos do sistema.
 Os exemplos a seguir, mostra basicamente como funciona o que foi descrito como foi descrito acima: 
 
Seguindo pelo princípio de Pascal,
A Variação de Pressão no ponto1 é igualmente no ponto 2, ou seja: ∆p1 = ∆p2 
Onde a fórmula da variação da pressão é dada por:
∆p = Portanto: 
 
Para elaborar os cálculos, seguindo o princípio de Pascal, utilizamos duas seringas com áreas diferentes. Onde a Área 2 (A2) é Maior que a Área 1 (A1), então temos que a Força em 2 (F2) será maior que a Força aplicada em 1 (F1), ou seja, a intensidade da força é diretamente proporcional à área do tubo.
Exemplificada pela imagem abaixo:
Materiais e Cálculos utilizados:
	Itens
	Material
	Quantidade
	Medida (m)
	Base horizontal
	Madeira
	1
	0,70 x 0,70
	Haste Vertical (Braço)
	PVC
	1
	0,37m x 0,06Ø
	Antebraço
	PVC
	1
	0,37m x 0,06Ø
	Haste do eletroímã
	PVC
	1
	0,37m x 0,06Ø
	Parafuso rosca soberba 
	Metal
	20
	0,02m x 0,003Ø
	Seringas
	Polipropileno
	 6
	0,09m x 0,02 Ø
	Mangueira
	Borracha
	1
	8,0m x 0,01Ø
	Abraçadeira
	Polipropileno
	5
	0,15m
	Fio do eletroimã
	Cobre
	1
	0,30m x 0,005Ø
	Pilha (9V - 450 mAh)
	Dióxido de Manganês
	1
	0,06(A)x 0,04(L)0,025(P)
	Chave para o circuito
	Polipropileno
	1
	0,03 x  0,015
	Fios para o circuito
	Cobre
	1
	3,0m x 0,005 Ø
	Rolamento de Esfera
	Metal
	1
	0,055Ø
Calculo do Eletroímã
μ = Permeabilidade Magnética = 4..10−7
I= Corrente = 0,45A
D=Diâmetro do fio condutor = 0,005
 
B= 4..10−7 x 0,45 / 2 x x 0,005
B= 18x10−5 T
Calculo da Força do Eletroímã
F = B.i.L.senθ 
F= 18.10−5 x 0,45 x 0,3 x sen 90º 
F= 2,43 N ou 0,243 kg
O Peso do corpo que o eletroímã deve levantar é de 40 g.
Este protótipo tem a capacidade de levantar 0,243 kg ou 243 gramas.
Concluímos então que este projeto é capaz de suportar o peso.
Desenho Técnico e Registro Fotográfico
Etapas da Construção
 Nosso braço mecânico foi construído a partir de PVC, madeira e metal. Seu funcionamento é com base nos princípios de Pascal, onde demonstra que uma variação na pressão aplicada em um fluído é transmitida integralmente para todas as posições do fluído. 
Nesta montagem a partir de seringas, cada articulação recebe duas bases cilíndricas apoiadas para o movimento da mesma. Como foi explicada anteriormente, a força efetuada na seringa menor, é proporcional a sua área, ou seja, a força será menor. Entretanto, o fluído, neste caso a água, transmite a força integralmente durante todo o percurso, que ao chegar na base cilíndrica maior, a força é transmitida integralmente proporcional a sua área, conseguindo assim, mover uma articulação maior e mais pesada, a partir do princípio de Pascal.
01º - Base de fixação Horizontal:
A base é composta de madeira na forma horizontal, contendo todos os pontos definido para o percurso de transporte do metal onde está fixado os braços e suas articulações e as respectivas seringas para o comando.
02º - Base de giro do Braço Hidráulico:
A base principal do braço, a de giro, liga a base horizontal com a base vertical, e tem como principal finalidade proporcionar o movimento circular, foi construída base a partir de um rolamento de esfera (rolimã) no interior do cano de PVC.
03º - Haste vertical do Braço Hidráulico:
A base vertical do braço esta em conjunto com a base de giro onde tem um suporte preso a uma seringa de 20 ml. Tem por função dar origem ao movimento de giro a partir do rolamento e prende a seringa que faz o movimento horizontal a partir do comando.
04º - Antebraço:
O antebraço é responsável pelo movimento horizontal, onde este preso na articulação da base horizontal, e faz articulação com o antebraço, a partir de uma seringa de 20 ml transferindo a pressão para a haste do eletroímã efetuando os devidos movimentos.
05º - Haste do Eletroímã:
Esta haste é onde está fixado o eletroímã, e faz articulação direta com o antebraço, onde a partir de outra seringa, é possível direcionar o eletroímã para o local desejado.
06º - Eletroímã:
Na ponta da Haste anterior, é fixado o eletroímã, que a partir de dois fios, levados por dentro da estrutura, liga a uma pilha de 9 Volts, que é acionado por uma chave (on/off) para acionar o circuito.
Finalidades
As seringas têm por tarefa gerar os movimentos do conjunto. Cada seringa da base de madeira é conectada a outra no próprio braço, onde suas dimensões são de 20 ml.
As mangueiras fazem a transmissão da água de uma seringa para outra utilizando o princípio de Pascal.
As abraçadeiras e parafusos, são responsáveis de prender as seringas nos braços com a finalidade da transmissão de pressão no braço
Resultado dos Testes Preliminares
Para efetuarmos os testes preliminares, produzimos diversos cálculos de área dos cilindros, determinação da pressão, e verificação do aumento da força em cara área para definição do material para utilização.
• Formula da área de um cilindro 
Área do cilindro é dada por: A =r²
R= raio
 Calculo da pressão nos cilindros dos movimentos vertical e horizontal do braço. 
Conjunto de cilindros de 20 ml - 0,09m x 0,02 Ø
Diâmetro = 0,02m 
Raio = 0,01m
A = 0,01²
A =0,03m²
 
Observação: a força adotada para determinação da pressão será de 10 N em todos os cilindros, pois em média será a força aplicada em cada seringa. 
• Formula da Pressão:
 
F= Força (N) 
A=Área (m²) 
F= 10 N A =0,03m² P=? 
 P = P=333 Pa/m
Este será o valor da pressão aplicado e transmitido em cada ponto da seringa para movimentação do guindaste
Planilha de Custo do Projeto
	Itens
	Material
	Quantidade
	Medida (m)
	Valor
	Base horizontal
	Madeira
	1
	0,70 x 0,70
	 R$ 30,00 
	Cano de PVC
	PVC
	1
	0,37m x 0,06Ø
	 R$ 30,00 
	Parafuso rosca soberba 
	Metal
	20
	0,02m x 0,003Ø
	 R$ 15,00 
	Seringas
	Polipropileno
	 6
	0,09m x 0,02 Ø
	 R$ 3,00 
	Mangueira
	Borracha
	1
	8,0m x 0,01Ø
	 R$ 20,00 
	Abraçadeira
	Polipropileno
	5
	0,15m
	 R$ 3,00 
	Fio do eletroímã
	Cobre
	1
	0,30m x 0,005Ø
	 R$ 7,00 
	Pilha (9V - 450 mAh)
	Dióxido de Manganês
	1
	0,06(A)x 0,04(L)0,025(P)
	 R$ 30,00 
	Chave para o circuito
	Polipropileno
	1
	0,03 x  0,015
	 R$ 3,00 
	Fios para o circuito
	Cobre
	1
	3,0m x 0,005 Ø
	 R$ 20,00 
	Rolamento de Esfera
	Metal
	1
	0,055ØR$ 10,00 
	
	
	
	
Total
	 R$ 171,00 
	
	
	
	
	
Conclusão
Concluímos a partir deste projeto, que é possível movimentar materiais pesados a partir de princípios hidráulicos (Lei de Pascal), onde aplicando uma força em um determinado ponto, a mesma será transmitida através do fluído, neste caso a água, que transportará a pressão em todos os pontos do percurso, sendo diretamente proporcional a sua área. Portanto, desta forma conseguimos mover um braço mecânico de diversas articulações, com um peso específico maior do que a força aplicada, sem muitas dificuldades. Neste projeto, foi necessário energizamos um campo magnético em volta do eletroímã, para que, conseguíssemos transportar um corpo de metal por diversos pontos determinados durante todo o percurso.
Referências Bibliográficas
http://pt.slideshare.net/joaopschmitz/principio-de-pascal-53708962
http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/fisica/resumo-fisica-hidrostatica-697997.shtml
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/principio-pascal.htm
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/campo-magnetico.htm
http://www.infoescola.com/fisica/forca-magnetica-sobre-cargas/
http://eletroimas.blogspot.com.br/2012/11/introducao-os-eletroimas-sao.html