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UNIVERSIDADE PAULISTA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
JOÃO VICENTE GRAZIOTTO PASQUARELLI – T7919B3 – EM9P39
GUSTAVO BRUNERI DANTONIO - T7778A5 - EM9Q39
“APS CARRO ELÉTRICO COM BRAÇO ARTICULADO”
SÃO BERNARDO DO CAMPO
 
2020
 
JOÃO VICENTE GRAZIOTTO PASQUARELLI
“APS CARRO ELÉTRICO COM BRAÇO ARTICULADO”
Trabalho apresentado no curso de engenharia mecânica da Universidade Paulista.
Orientador: Alexandre Fruggoli
SÃO BERNARDO DO CAMPO
2020
 
SUMÁRIO
1 OBJETIVO	4
2 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO	5
3 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	9
1 OBJETIVO
Temos como objetivo para o trabalho o desenvolvimento de uma pesquisa de um carro movido a energia elétrica (baterias ou pilhas) com esteira, nesse carro seria acoplado um braço articulado com sistema elétrico, onde haveria um eletroímã em sua extremidade, o braço deveria ter a capacidade de movimentação na horizontal e vertical, com três articulações. O eletroímã deveria ser capaz de içar e transportar um corpo de prova, com massa variando entre 10 e 40 gramas, para posições pré-estabelecidas ao longo do percurso.
2 DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
Para a construção do projeto “Carro elétrico com braço articulado” são precisos conhecimentos teóricos e técnicos que serão utilizados para colocar em prática as ideias levantadas no processo de criação de um protótipo. É muito importante que se saiba que o “carrinho” é composto por três componentes que, se comunicando, fariam com que o projeto funcionasse e apresentasse resultados esperados. Falamos da relação entre a parte elétrica, mecânica e hidráulica que, dariam ao carro os movimentos necessários que correspondessem às expectativas que giram em torno dele. Todas as partes precisam ser estudadas individualmente e depois relacionadas para que se possa compreender o funcionamento do protótipo desde a base teórica. 
Circuito elétrico
O circuito elétrico em um carro movido a energia elétrica é essencial, já que é o responsável por “dar vida” ao corpo mecânico. De nada adianta ter um excelente projeto no que se diz respeito à parte mecânica sem um circuito elétrico bem elaborado e funcional que possibilite o funcionamento do mesmo. Um circuito é composto de diversos componentes interligados pelos quais teremos uma trajetória a ser percorrida por um corpo, para o qual o ponto de partida geralmente é o mesmo da chegada. Na eletricidade não é diferente. Utilizaremos essa breve definição de circuito, “traduziremos” para os termos empregados na área da física elétrica, e com base nela, entenderemos o funcionamento da parte elétrica do Carro. O Circuito Elétrico tem como componentes fundamentais as fontes de energia, fios condutores e os receptores, além de componentes como resistores e capacitores que são de extrema importância. As fontes de energia (pilhas, baterias, dínamos, etc) são as responsáveis por gerar a energia elétrica que percorrerá o circuito. Desde o princípio estamos trabalhando com transformações de energia. As baterias, mais comumente usadas como fonte geradora de energia elétrica, transformam energia química na energia elétrica que vai ser usada para abastecer outros circuitos movidos à base da mesma. O circuito elétrico está completo quando a correte elétrica emitida por um dos polos da fonte percorre todos os componentes do mesmo e chega ao outro terminal do gerador. Quando nos referimos à corrente elétrica, estamos falando do fluxo de elétrons que percorrem os fios condutores e, para calcularmos a corrente i podemos considerar o módulo da carga Q que passa pelo condutor relacionada à um intervalo de tempo Δt, logo:
Outra maneira de calcular a corrente é utilizando características próprias do circuito. A corrente elétrica I (ampere) de um circuito é dada pala divisão da tensão U dada em V (volts) fornecida pela fonte pela resistência interna R, dada em Ω (ohms) apresentada pelo condutor. Logo, baseado na Lei de Ohm, temos: No circuito elétrico desse projeto, as baterias utilizadas têm como função alimentar dois motores, quatro LEDs (dois de alto brilho e dois convencionais), e duas placas eletrônicas. Cada um dos itens tem tensão e corrente ideal de funcionamento que os farão apresentar seu melhor desempenho. As especificações técnicas de fabricantes e fornecedores indicam essas informações. Com base na Lei de Ohm, já citada anteriormente, podemos calcular, de acordo com as equações apresentadas nesse estudo, qual fonte fornecerá energia ideal e suficiente para manter todo sistema abastecido e a quantidade de baterias necessárias para mantê-lo em funcionamento. Podemos utilizar artifícios que distribuem corretamente as tensões e corrente para os itens presentes no circuito que precisarão dessa alimentação. Placas inteligentes, como é o caso da Ponte H citada na seção Etapas de Construção, recebem a tensão completa da bateria e conseguem direcionar para suas portas de saída derivações da mesma, ou seja, dividem a voltagem total para os diferentes componentes do circuito elétrico. Nesse momento os resistores também podem atuar pois têm como função transformar energia elétrica em térmica, ou seja, são dissipadores. Se for identificado que a corrente ou tensão fornecidas pelo sistema são capazes de danificar os receptores das mesmas, os resistores podem ser utilizados para “corrigir” esse problema. No caso dos LEDs utilizados no circuito estudado nesse projeto, a tensão fornecida à eles os queimariam, com o uso de resistores isso foi evitado, pois, através de cálculo foi identificada a resistência necessária para que os LEDs recebessem a tensão ideal para funcionamento, calculados através da Lei de Ohm. A principal função de um circuito elétrico funcional, é fornecer energia elétrica para o acionamento de sistemas que vão transformar essa energia em outra. No caso do sistema estudado, estamos fornecendo energia elétrica para dois motores que terão a função primordial de interligar o circuito elétrico com os componentes mecânicos do carro. Os motores elétricos têm a característica de transformar energia elétrica em energia mecânica com base nos fundamentos do eletromagnetismo, ou seja, através de interação entre o campo magnético criado pela corrente elétrica que passa pelo motor e um sistema de eletroímãs, rotores e bobinas, temos a geração de movimento que fazem os eixos dos motores girarem. O movimento de rotação dos motores dará movimento às polias interligadas pela correia e é através dessa interligação que teremos o funcionamento do protótipo.
Sistema Mecânico
O sistema mecânico do projeto é o corpo do protótipo. Uma interação entre polias, correia, eixos, braços do guindaste, pistões, eletroímã e o motor é o que dará movimento ao carro. Cada motor tem suas características de rotação (rpm), força (torqu e\kgf.m), dentre outras, que podem ser otimizadas de acordo com o sistema de polias e engrenagens utilizado para compor o sistema. Para transmissão de movimento da polia acoplada ao motor (que gira com a mesma velocidade do motor) para às polias ligadas aos outros eixos, usamos uma correia, responsável pela ligação entre as mesmas. Usando diferentes tamanhos de polias podemos alterar características do motor, como sua velocidade. Motores também apresentam utilização de sistemas de engrenagens que otimizam sua utilização. A diferença entre trabalhar com polias e engrenagens é que, na utilização de engrenagens podemos também ter um aumento da força\torque do motor emquestão. O motor utilizado nesse projeto tem caixa de redução que, através de um sistema de engrenagens que conversam entre si diminuem a velocidade e, consequentemente aumentam o torque do mesmo. Para que seja gerada alteração em relação ao torque e velocidade através de um sistema de engrenagens precisamos de, pelo menos, duas engrenagens com diâmetros diferentes (número de dentes).
Trabalhamos com a relação entre o torque e a quantidade de dentes para ter alteração em relação ao torque da seguinte maneira:
M1/M2 = n2/n1, onde M é o torque aplicado nas respectivas engrenagens e n o número de dentes.
Podemos, a partir dessa relação fazer alterações no projeto se quisermos otimizar força e velocidade fornecidas pelo motor.
Como podemos concluir, o motor é a peça chave de ligação entre a parte elétrica e mecânica do projeto, até porque é no mesmo que temos a transformação de energia elétrica em energia potencial mecânica. Mas ainda temos em nosso projeto a presença de um sistema eletrônico, responsável pelo acionamento dos motores e LEDs através de controle remoto. Esse sistema tem como principal componente a placa programável por computador Arduíno Uno, que dá a possibilidade de automação que torna o projeto ainda mais sofisticado.
O Braço do Guindaste
Para o braço do guindaste ter movimento, utilizam os de força hidráulica. Escolhemos a força hidráulica pela impressionante agilidade e força que encontramos, também seria um novo desafio, pois a força elétrica já estamos utilizando no movimento do carrinho, escolhemos inovar nosso projeto. Assim, utilizamos do conhecimento que aprendemos em Mecânica da Partícula e Fenômenos do Transporte para desenvolver nossa teoria e aplicar na prática. Com isso pesquisamos e calculamos o melhor fluido, os materiais a serem utilizados e desenvolvemos um controle para coordenar o movimento. Estudando e aplicando o Teorema de Pascal temos que: "O acréscimo de pressão exercida num ponto em um líquido ideal em equilíbrio se transmite integralmente a todos os pontos desse líquido e às paredes do recipiente que o contém. "O braço foi dividido em três partes para ter seus devidos movimentos, como mostra nas etapas de construção, cada parte recebeu um equipamento hidráulico que consiste em dois cilindros de raios diferentes C¹ e C², interligados por um tubo preenchido pelo liquido H2O que sustenta dois êmbolos de áreas diferentes E1 e E2. Aplicando força de intensidade F no embolo E1 exercemos o acréscimo de pressão sobre o líquido, dado por:
ΔP=F1/E1
E como dito anteriormente, o acréscimo de pressão será transmitido integralmente a todos os pontos do liquido, porém com uma força diferente da aplicada, dada por:
ΔP=F2/E2
Mas como temos o acréscimo de pressão igual em todos os pontos, podemos igualar as equações:
F1/E1=F2/E2
Então quando um embulo é emburrado para baixo o outro é puxado para cima, causando o movimento. Como dito anteriormente, no braço utilizamos de mecanismos, um para o movimento de giro de 180°, outro para o movimento “ir para frente” e “ir para trás” e o terceiro com os movimentos “direita” e “esquerda”. Já com o Teorema de Stevin sabemos qual o líquido ideal a ser usado através da seguinte fórmula:
Δp=d.g.Δh
Quando aplicamos força a um líquido, resultamos uma pressão que se distribui igualmente em todas as direções e sentidos.
Aplicando força F, as pressões em cada ponto sofrerão acréscimo, se após essa aplicação de força a distância h permanecer a mesma, mostra que o líquido não teve compressão e ele é o líquido ideal.
O Eletroímã
O eletroímã é composto por um núcleo e o circuito magnético. O núcleo utilizado no projeto foi um cilindro de ferro, este cilindro é envolto por espiras de cobre. Quando a corrente elétrica passa pelas espiras cria-se um campo magnético, o que faz o núcleo ficar emantado e assim ter a propriedade de atrair outros materiais ferromagnéticos. Para não gerar anulação do campo magnético, no momento de enrolar as espirar em torno do núcleo foi de extrema importância manter o mesmo sentido de rotação.
O eletroímã foi feito para aguentar pelo menos 100 gramas e assim conseguir concluir com sucesso o objetivo do projeto, porém sabemos que um eletroímã pode criar um campo magnético muito intenso e essa característica o faz ser muito utilizado, como por exemplo nas campainhas, nos telefones, motores, dentre outros mecanismos.
3 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
USINAINFO. Carrinho com Controle Infravermelho. Disponível em: <https://www.usinainfo.com.br/blog/carrinho-arduino-com-controle-infravermelho/>. Acesso em: 21 Mai. 2020.
CAMPBELL, Leonardo. Como usar o botão liga e desliga do controle remoto (IR) para acender e apagar um led no arduino. Disponível em: <http://www.criandorobocomarduino.com/2013/12/como-usar-o-botao-liga-e-desliga-do.html>. Acesso em 22 Mai. 2020. 
DINA. Correias. Disponível em: <https://www.dina.com.br/correias.html>. Acesso em 23 Mai. 2020. 
SOFISICA. Teorema de Pascal. Disponível em: <https://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/teoremadepascal.php>. Acesso em 23 Mai. 2020. 
FERREIRA, Nathan Augusto. Eletroímã. Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/eletroima.htm>. Acesso em 24 Mai. 2020. 
PSCHEIDT, Ana Caroline. A descoberta de Hans Christian Oersted: Os eletroímãs! Disponível em: <http://parquedaciencia.blogspot.com/2014/03/a-descoberta-de-hans-christian-oersted.html>. Acesso em 29 Mai. 2020. 
ÇENGEL, Y A; CIMBALA, J M. Mecânica dos Fluidos: Fundamentos e Aplicações. McGraw-Hill, 2008.
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