Partida automatizada de baixo custo

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CONGRESSO NORTE-NORDESTE DE PESQUISA E INOVAÇÃO
PARTIDA AUTOMATIZADA DE BAIXO CUSTO
Josileudo Rodrigues de freitas[ 1 ]; Marllos Regis damasceno Fonseca[ 2 ]; Daniel Saraiva Ribeiro[ 3 ]; Márcio
Damasceno da Silva[ 4 ]; Fábio José Lima Freire[ 5 ]
[1] instituto federal campus limoeiro do norte
[2, 4, 5] Sem vínculo
[3] IFCE Campus Limoeiro do NORTE
Palavras-chave: Arduíno
Licença:
Resumo
O acionamento automatizado de motores elétricos se destaca por otimizar o processo, atribuindo maior
eficiência e precisão. Como também, minimizar os riscos operacionais. Sendo utilizado como controlador,
um Arduíno, que através de um aplicativo desenvolvido e instalado em um smartphone, envia sinais via
bluetooth, na qual permite que a partida seja acionada sem mesmo que o usuário necessite pressionar
quaisquer botoeira, até mesmo, sem a precisão de entrar em contato direto com locais de riscos. FRANCHI,
Claiton Moro. Acionamentos elétricos. 4 ed. São Paulo: Érica LTDA, 2008. SOUSA, Neemias. Apostila de
acionamentos elétricos. Rio grande do norte: Campus central, 2009. MOURA, sandro “Automação
Residencial utilizando Arduíno e SO Android ” Rio de janeiro: Projeto de graduação, 2016. Dificuldades no
acionamento de motores elétricos, tornando-o mais seguro, rápido e eficiente, tornando partidas manuais
inteligentes, com o uso da tecnologia da informação, assim, aumentando a segurança do operador, além de
oferecer uma alternativa mais acessível em preço aos equipamentos de automação, e proporcionar um uso
melhor e eficiente da energia elétrica. Desenvolver um controle inteligente para o acionamento de motores
elétricos eficiente e com um baixo custo. Os materiais utilizados no projeto foram: Arduino UNO R3,
módulos relés, display LCD, cabos elétricos, cabos PCS, módulo bluetooth, protoboard, Smartphone
Android, contatores, relés de sobrecarga, disjuntor motor, temporizador e o Dispositivo Residencial.
Primeiramente, fez-se a programação do arduino junto ao aplicativo. Com relação as partidas, foram criados
circuitos, sendo assim, analisando os circuitos, todos equipamentos foram arranjados em seus devidos
lugares. As partidas foram dimensionadas com base no catálogo da WEG. Os níveis de tensão
permanecem constantes a vazio, levando em consideração ao erro do instrumento e influências externas.
Quando se aplica uma carga a corrente se mostra dentro da faixa de valores previstos. A parte lógica
mostrou-se eficiente quanto ao funcionamento, clicando em um dos botões do smartphone, através do
bluetooth, foi enviado para o arduino, acionando assim a partida, através dos relés O estudo da tecnologia
da informação, para partidas de motores elétricos, é imprescindível para otimizar sua eficiência e precisão
nas atividades agrícolas entre outras. Trazendo maior segurança e comodidade ao operador. Portanto, a
finalidade deste estudo foi realizada com êxito, já que o acionamento com o smartphone via bluetooth
utilizando o Arduino se mostrou eficiente, satisfazendo a proposta inicial de desenvolver um equipamento
eficiente e funcional, com um menor custo. Este estudo contribui diretamente na área de comandos
elétricos, ciências agrárias e tecnologia da informação, pois traz eficiência e segurança na execução de
atividades que normalmente trazem riscos a vida do operador com um baixo custo.
Introdução
Na busca cotidiana pelo conhecimento e evolução, o uso da tecnologia e da informação tornou-se
imprescindível. Diversos profissionais, costumam utilizar softwares e hardwares computacionais em seu
ambiente profissional (DI RENNA et al., 2013)
Segundo Di Renna et all (2013) o objetivo do surgimento de novas tecnologias, como a plataforma de
prototipagem Arduino, foi criar um dispositivo para ser utilizado em projetos com um custo mais baixo em
relação aos demais sistemas encontrados no mercado, sendo de fácil programação e aplicação. Esta
plataforma utiliza entradas e saídas analógicas e digitais, onde podem ser adaptadas a módulos e sensores
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Por outro lado, longe do acesso à tecnologia, à informação e à inovação, até pouco tempo, como no caso
da agricultura, utilizavam e ainda continuam utilizando, os meios arcaicos e naturais, como animais ou a
chuva, para realizarem as suas atividades. Com o passar do tempo foram surgindo novos meios, como no
caso do motor elétrico - é um conversor eletromecânico, baseado em princípios eletromagnéticos, que
converte energia elétrica em energia mecânica (SIMÔES, 2011). Com essa revolução, o Balanço Energético
Nacional de 2009 (ano base 2008) informa que o setor agropecuário consome 4% da energia elétrica do
País. Não se pode precisar o percentual desta energia destinada à utilização de cargas que demandam
tração, mas acredita-se que este valor seja significativo, ou seja, pelo menos 50%. parte desse consumo se
dá no acionamento dos motores, que como característica, sua corrente de partida pode ser de 4 a 8 vezes a
corrente nominal dependendo da potência do motor elétrico trifásico, além de prejudicial a vida útil do
mesmo. Com isso foram desenvolvidos estudos com o intuito de criar meios para amenizar esse impacto
inicial, por exemplo, a partida estrela triângulo.
Assim a atividade de irrigação de jardim ou cultivação agrícola por muito tempo foi de forma simples e
manual, entretanto, a sociedade mundial, como um todo, tem vivido em meios a progressos tecnológicos na
área de automação e sistemas mobiles, como a telefonia, sendo que a cada dia se torna mais presente no
cotidiano e cada vez mais imprescindível na vida humana, sendo assim, na contemporaneidade vê-se
muitos tipos de dispositivos automatizando partidas, como no caso dos CLPs e soft starter, onde só se
precisa montar, principalmente na alta sociedade ou grande agricultores.
Porém, mesmo sendo uma forma comum entre essas classes, através deste artigo estará sendo mostrado
uma forma fácil de se fazer uma irrigação automatizada, através da partida (seja em uma partida direta ou
estrela/triângulo) onde o cérebro da partida está na placa Arduino. Assim o presente projeto, visa facilitar a
vida do trabalhador, fazendo com que o mesmo não se exponha em certas circunstâncias, como no caso,
de efetuar o acionamento pessoalmente em horários inapropriados ou estar em contato direto em lugares
de difícil acesso, assim, proporcionando um processo mais eficiente, maior conforto, propondo e realizando
uma maior segurança, minimizando o tempo gasto para desempenhar outras atividade, já que seu
funcionamento ficará na responsabilidade da automação, podendo ser acionado através de um aplicativo
que pode ser instalado em qualquer smartphone (Android), ou diretamente nas botoeiras, dispensando a
necessidade de tocar no sistema, onde muitas está energizado. Sendo que isso pode ser feito através de
um simples “click” na tela de seu aparelho. Outro ponto importante é que este estudo, também tem como
intuito a diminuição do consumo energético, pois tem como proposta o funcionamento do sistema em
horários não comerciais, em que as tarifas da fornecedora “custam menos”, sendo possível, através da ação
do controlador, podendo assim atuar no horário estabelecido pelo usuário.
Problemática
Dificuldades no acionamento de motores elétricos, tornando-o mais seguro, rápido e eficiente, automatizar
partidas manuais, dando mais segurança ao operador, além de dar uma alternativa mais acessível em preço
aos equipamentos de automação, e proporcionar um uso melhor e eficiente da energia elétrica.
Pergunta(s)/Hipótese(s)
É possível criar um acionamento automatizado gastando pouco?
Objetivos
Melhorar as condições de trabalho das pessoas eliminando trabalhos perigosos e aumentado a segurança.
Realizar operações que seriam difícil de operar manualmente.
Melhorar a disponibilidade e informações de forma com que seja possível fornecer informações ao usuário.
CONGRESSO NORTE-NORDESTE DE PESQUISA E INOVAÇÃODesenvolver uns mecanismos automatizado para o acionamento de motores elétricos eficiente e com um
baixo custo.
Justificativa
Com uma partida automatizada o usuário terá maior conforto e segurança, sem falar no quanto a partida
estrela triângulo proporciona, como no caso de um: baixo custo, pequeno espaço ocupado por seus
componentes e sem ter limites de manobras.
Referencial teórico/Estado da arte
Sendo Vn a tensão nominal de cada uma das fases do enrolamento do motor, o conjugado desenvolvido é
dado pela figura1:
Figura 1 - Tensão nominal em cada fase. Fonte: (FRANCHI, Claiton Moro, 2008).
Quando é feita a ligação em estrela, temos a tensão de fase (Vf) aplicada ao motor e essa tensão, dada
pela equação da figura 2:
Figura 2 - Tensão de fase. Fonte: (FRANCHI, Claiton Moro, 2008).
Para se determinar as correntes de uma partida estrela triângulo, a relação entre a corrente de linha e sua
corrente nominal é dada pela equação da figura 3:
Figura 3 - Correntes da partida estrela triângulo. Fonte: (FRANCHI, Claiton Moro, 2008).
Sua impedância é dada pela equação da figura 4:
Figura 4 - Impedância. Fonte: (FRANCHI, Claiton Moro, 2008).
A corrente em estrela é medida no contator IK3, é dada pela equação dada da figura 5:
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Figura 5 - Corrente em estrela. Fonte: (FRANCHI, Claiton Moro, 2008).
A corrente no relé de sobrecarga FT1 é a mesma no contator K1, pois o relé está ligado abaixo desse
contator e a corrente que circula nele é a mesma do contator K1. Com isso tem-se todas as correntes do
circuito, mostradas nas equações da figura 3, figura 4 e figura 5.
A corrente de partida tem uma redução de 33% em relação a partida direta, devido a ligação
estrela-triângulo, mostrado na equação da figura 6:
Figura 6 - Corrente de partida. Fonte: (FRANCHI, Claiton Moro, 2008).
Materiais e Metódos/Metodologia
No intuito de desenvolver uma tecnologia de baixo custo, baseando-se na necessidade do homem do
campo, almejando otimizar a rapidez e precisão do transporte e deslocamento do acionamento de partidas
direta e estrela-triângulo na área da agricultura, utilizou-se materiais de pequeno e médio porte para a
elaboração de um acionamento da partida trifásica, visando demonstrar a eficiência do mesmo em
aplicações de irrigação.
Para a construção do acionamento procurou-se utilizar materiais com um custo acessível, como 1 Arduino
UNO R3 atmega para fazer o controle, 4 módulos relés para o acionamento da partida, 1 display LCD de
dimensão (16 colunas x 2 linhas) para o usuário visualizar o que está acontecendo, 4 metros de cabos
elétricos flexíveis de cores diferentes de 2,5mm², 22 cabos PCS 10 cm x 2,54 mm de, 1 módulo bluetooth
HC-06 para a interação com o smartphone, 1 protoboard com dimensões de 16.5cm x 5,5 cm, 1
Smartphone Android para interação com o controlador para realização do acionamento a distância via
bluetooth 4 contatores de até 10 CV para auxiliar no acionamento do motor, 4 relés de sobrecarga de até 10
CV para proteção de sobrecarga, 1 disjuntor motor, pelo qual são responsáveis pela proteção do motor
trifásico, 1 temporizador responsável pela contagem do tempo da partida estrela triângulo, 1 DR -
Dispositivo Residencial - para proteção contra choques elétricos, tudo através de uma lógica combinacional
de comutação de contatos. Na figura 7, observa-se a listagem dos componentes.
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Figura 7 - Itens do acionamento automatizado . Fonte: (AUTORAL, 2018).
A partida desenvolvida para este trabalho, trata-se de duas partidas, partida direta e partida ?/Y, capaz de
realizar acionamentos de motores trifásicos que exijam baixa e alta corrente, precisão e repetitividade. Com
o objetivo de obter informações do acionamento foi, feita uma montagem em uma protoboard, como mostra
a figura 8. Observando alguns dos materiais utilizados (fios PCS, display lcd, smartphone e o arduino).
Figura 8 - Demonstração da simulação feita na protoboard. Fonte: (AUTORAL, 2018).
Almejando facilitar na programação do aplicativo utilizou-se a plataforma MIT App inventor na criação do
aplicativo, onde essa plataforma utiliza programação com blocos, mostrando assim então a interface do
aplicativo construindo na figura 9 (a). O funcionamento do aplicativo é bem interessante, com o módulo
bluetooth ligado nas portas RX e RT do arduino, sendo alimentado por 5V, faz-se a conexão do bluetooth no
próprio aplicativo, depois de conectado, o aplicativo fará a interação com o arduino enviando os valores
desejados, porém mesmo com essa facilidade, o bluetooth tem um alcance limitado, podendo ser usado por
apenas 10 m². Quando ocorrer o envio, no display LCD, aparecerá de qual partida liga, como mostra na
figura 9 (b).
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Figura 9 - (a) interface do aplicativo (b) mensagem no display LCD . Fonte: (AUTORAL 2018).
Sempre que possível é recomendado a utilização da partida direta, no entanto há que se atentar com as
interferências no restante do sistema, devido aos elevados picos de correntes na partida, “no instante da
partida essa corrente costuma variar na faixa de seis a oito vezes a corrente nominal do motor” (FRANCHI,
2008). Pensando nela, para motores de pequenas potências, foi desenvolvido uma automação para essa
partida, no qual o esquema da parte de força e também de comandos é mostrado na figura 10. Criado com
o software Visio, assim, diferenciando-se de uma partida comum, utilizou-se um relé, permitindo a
comunicação com o arduino, que envia sinais de pulsos digitais (ligado ou desligado), fazendo com que o
relé ligue/desligue o circuito.
Figura 10 - Esquema de ligação partida direta. Fonte: (AUTORAL, 2018).
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Partida estrela triângulo
A Partida estrela triângulo, tem o intuito de desenvolver um acionamento automatizado na área agrícola,
capaz de realizar tarefas que exijam alta potência, precisão e repetitividade. Visando a melhoria do projeto e
obter informações relevantes, foi feito um desenho do circuito utilizando o software computacional Visio,
como mostra a figura 11. Com isso, pode-se observar as ligações tanto de comando, como de força. Com o
objetivo de automatizar, utilizou-se um relé na parte de comando, ligando-o em paralelo ao contato 13 e 14,
fazendo acionar a partida.
Figura 11 - Esquema de ligação partida estrela triângulo. Fonte: (AUTORAL, 2018).
Software
A parte lógica do projeto se mostrou bastante eficiente no quesito de funcionamento, ao clicar em um dos
botões do smartphone, através do bluetooth, foi enviado para o arduino, acionando assim a partida, através
dos relés
Resultados e Discussões
Logo abaixo é mostrado os resultados obtidos nas duas partidas, mostrado na tabela da figura 12:
Figura 12 - Resultados obtidos nas medições . Fonte: (AUTORAL, 2018).
Partida direta
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A partida direta foi dimensionada com base no catálogo do fabricante WEG. Em que foram efetuadas as
medições de tensões em cada terminal, em seguida mediu-se a corrente em cada terminal, com e sem
carga, na qual os valores obtidos estão dispostos na tabela da figura 12.
Como mostra a figura 13, os níveis de tensão permanecem constantes a vazio, levando em consideração ao
erro do instrumento, e possíveis oscilações dos equipamentos, em contrapartida, quando se aplica uma
carga a corrente se mostra dentro da faixa de valores previstos.
Figura 13 - Partida direta montada na bancada . Fonte: (AUTORAL, 2018).
Partida ?/Y
Os resultados da partida ?/Y foram encontradas a partir de medições realizadas com os instrumentos de
medição, sendo alicate amperímetro e multímetro, e comparado com os cálculos realizados, utilizando as
equações das figuras 2 e 5, e seus resultados representados natabela da figura 12. Assim, foram obtidos
valores de tensão e correntes em cada terminal, de modo que os valores se mostraram próximos aos
valores calculados, considerando os possíveis erros dos equipamentos de medição, influências externas,
seja do ambiente ou do próprio manuseio dos equipamentos, os resultado se mostraram satisfatórios, sem
grandes dificuldades de obtenção, como mostra a figura 14.
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Figura 14 - Partida estrela triângulo. Fonte: (AUTORAL, 2018).
Software
A parte lógica do projeto se mostrou bastante eficiente no quesito de funcionamento, ao clicar em um dos
botões do smartphone, através do bluetooth, foi enviado para o arduino, acionando assim a partida, através
dos relés
Considerações finais
Portanto, pode-se obter, como principal conclusão deste trabalho, que o estudo da automação de uma
partida é imprescindível para otimizar a sua eficiência e precisão em atividades agrícolas, além de ser
necessário para a segurança e preservação da vida humana.
A finalidade deste estudo foi realizada com êxito, que é o acionamento com o smartphone via bluetooth
utilizando o Arduino, que não é uma tarefa complexa, visto que podem existir diversas soluções para o
acionamento, demandando muito trabalho e um alto custo financeiro.
É pretensão dos pesquisadores deste artigo, em trabalhos futuros, realizar o estudo do acionamento de
partidas industriais e controles como no caso de caldeiras, bem como levar para outras aplicações, como no
caso de aplicações residenciais.
Apoio
Instituto Federal do Ceará ( Campus Limoeiro do Norte).
Agradecimento
Os autores do artigo agradecem a Deus por ter nos dado força todos os dias, Instituição IFCE Campus
Limoeiro do Norte, pela disponibilidade dos laboratórios e apoio acadêmico, aos nossos pais por terem nos
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apoiado, ao zelador Berguinho, por sempre estar disponível quando necessitamos, ao professor Roberto
Maia por ter disponibilizado alguns instrumentos nas horas necessárias, ao nosso orientador Fábio Freire,
por ter nos ajudado.
Referências:
Banzi, M.
 “Primeiros passos com o arduino” (Primeira ed.).. São Paulo, SP: Novatec Editora Ltda , 2010.
DI RENNA, R. B. et al. DE LA VEGA, A. S..
 Introdução ao kit de desenvolvimento Arduíno (Versão:
A2013M10D02) , 2013. Disponível em:
<http://www.telecom.uff.br/pet/petws/downloads/tutoriais/arduino/Tut_Arduino.pd>. Acesso em: 11 dez.
2016..
FRANCHI, Claiton Moro.
 Acionamentos elétricos. São paulo: Érica ltda, 2008.
MONK, S.
 “Programação com Arduino >>começando com sketches” . Porto Alegre, RS: BOOKMAN
EDITORA LTDA, 2013.
SIMÕES, rafael.
 DISTÚRBIOS NAS PARTIDAS DE MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS . 2011.
Monografia (Especialização) - Engenharia Elétrica, Universidade Federal, Viçosa, 2011.
SOUSA, neemias. Apostila .
 Apostila de acionamentos elétricos. 2009.
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