Elevador programado com Arduino, com diretrizes pré-definidas e prototipação funcional, utilizando moto DC

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Elevador programado com Arduino, com diretrizes pré-definidas e 
prototipação funcional, utilizando moto DC. 
Antonio Leandro de Sousa1 & Juan Carlos de L. Santos². 
Orientador: Prof. Evandro Jose da Silva. 
Co-orientador: Prof. Carlos Roberto Burri. 
 
 
 
¹ Aluno do Curso de Engenharia Civil da USJT, turma de 2017. 
e-mail1: antonio.leandrosousa@gmail.com 
²Aluno do Curso de Engenharia Mecânica da USJT, turma de 2017. 
 e-mail³: juansantos.1992@gmail.com 
 
 
 
 
Resumo - Um estudo comum entre estudantes é o raciocínio lógico, conceitos de física e cálculos matemáticos, 
para isso, podemos estudar a plataforma Arduino, utilização de motor DC e aplicação prática. Desenvolvendo um 
protótipo de elevador, para movimentação de carga ou pessoas, composto de sistema de redução, motor DC e 
Arduino, podemos demonstrar o funcionamento e a lógica envolvida em um mecanismo que possibilita 
movimentação vertical. As etapas de cálculo necessárias para a construção do sistema estão apresentadas nos itens 
seguintes deste artigo. 
 Para prototipar um sistema de elevador temos que analisar os dados necessários, como, especificações 
do motor, diâmetros das engrenagens utilizadas, velocidade desejada, e demais diretrizes para o bom 
funcionamento do mecanismo. Com os dados em mãos, os cálculos são realizados, para obter tamanho do 
protótipo, tempo de subida, aceleração, componentes para o sistema de redução de velocidade, ou seja, 
informações importantes para o projeto. Após analisar, prototipar será necessário, assim, montagem da estrutura, 
caixa redutora, ligação do motor e automação, serão essências e ao final, se todos os dados foram armazenados 
corretamente, podemos obter um sistema automatizado, que em uma programação fechada, fará a movimentação 
vertical desejada, baseada nos estudos e cálculos realizados. 
 
Abstract - A common study among students is the logical reasoning, concepts of physics and mathematical 
calculations, for this, we can study the arduino platform, use of DC motor and practical application. Developing a 
prototype of elevator, to move cargo or people, composed of reduction system, DC motor and arduino, we can 
demonstrate the operation and logic involved in a mechanism that enables vertical movement. The calculation 
steps required for the construction of this system will be presented in the following items in this article. 
 To prototype an elevator system, we have to analyze the necessary data, such as engine specifications, 
gear diameters used, desired speed, and other guidelines for the proper functioning of the mechanism. With the 
data in hand, the calculations are performed, to obtain prototype size, rise time, acceleration, components for the 
speed reduction system, in other words, important information for the project. After analysis, prototyping will be 
necessary, so assembly of the structure, gearbox, motor connection and automation, will be essences and in the 
end, if all the data were stored correctly, we can get an automated system, which in a closed schedule, will make 
the desired vertical movement based on studies and calculations. 
 
Palavras-chave - Protótipo, cálculo, motor DC, elevador. 
 
 
 
Introdução 
 
 O elevador programado com Arduino é um 
trabalho acadêmico que visa comprovar e utilizar os 
conhecimentos adquiridos ao longo do semestre em 
um protótipo final para apresentação. Através desta 
atividade conduzimos de forma retilínea as diretrizes 
predefinidas ao logo do semestre onde foi possível 
testar e aplicar da melhor forma a estruturação e 
ideação do protótipo desejado. 
 A escolha do elevador dentre as outras 
opções apresentadas pelo corpo docente, ocorreu 
pela sua grande atuação de maneira usual no plano 
social e profissional (que vai desde canteiros de obra 
até moradias de alto padrão). Além da vasta área de 
atuação hoje o elevador é um meio indispensável na 
movimentação vertical, seja ela, de carga ou pessoas. 
mailto:antonio.leandrosousa@gmail.com
mailto:juansantos.1992@gmail.com
 
Metodologia 
 
 O projeto refere-se a um mini elevador, 
que utiliza um motor DC como método para alcançar 
o movimento previsto, com utilização de automação 
através da ferramenta de programação com micro 
controlador. 
 O micro controlador que foi escolhido e 
utilizado para a automação foi o Arduino, que utiliza 
linguagem C para intepretação e leitura de códigos 
para gerar os padrões dos movimentos desejados. 
 A movimentação do elevador foi feita com 
motor DC e fonte de tensão 9V, após cálculos de 
redução para funcionamento nas especificações e 
dimensões desejadas. 
 Para a montagem do sistema de redução 
utilizamos, engrenagens, polias, fios, hastes de 
movimento, além de elásticos e barbantes para 
efetuarem a movimentação do sistema. 
 Já para a composição da estrutura do 
protótipo utilizamos folhas de isopor, além de 
madeira para melhor atender as demandas de fixação 
e movimentação. 
 
Resultados 
 
 Em análise aos resultados, em primeira 
partida o grupo tomou como especificação inicial 
trabalhar com valores médios em relação às 
diretrizes e ranges de trabalho anteriormente 
comandados pelos orientadores. Optamos por um 
valor médio para que possíveis variações observadas 
em prática não chegassem a estar acima ou abaixo 
do que foi especificado, mas que não 
reconfigurassem o desejado inicialmente. 
 Através de nossas especificações terem 
sido aceita e revisadas passamos a ter informações 
para a realização dos cálculos, onde foi possível 
utilizar a simulação em Circuits IO/Easymec e 
prototipação do elevador de carga, coma mais 
exatidão. 
 Com estes valores como meta de trabalho, 
podemos obter pequenas variações acima ou abaixo 
ainda permaneceriam dentro das especificações 
gerais de trabalho, o que nos garantiu uma 
prototipação com mais agilidade de montagem e 
teste. 
 A tabela a seguir descreve as diretrizes que 
escolhemos como leme para a criação e execução do 
nosso protótipo. 
 
 
 
 
Tabela 1. – Especificações Iniciais. 
 
Descrição UNI. 
Distância de subida (regime) do 
elevador. 
70 
cm 
Distância de aceleração e 
desaceleração. 
7,5 
cm 
Aceleração e desaceleração. 4 s 
Tempo total em atividade. 18 s 
Tempo de subida do elevador. 10 s 
 
 Com estes valores como meta de trabalho, 
pequenas variações acima ou abaixo ainda 
permaneceriam dentro das especificações gerais de 
trabalho. 
 Em função dos valores especificados 
iniciamos os cálculos, partindo pela velocidade de 
subida do elevador, por conta dos 70 cm de subida e 
o tempo de 10 s chegamos à uma velocidade de 
7cm/s. 
 Após obtermos a velocidade partimos 
para o cálculo de aceleração do motor, aceleração 
esta que é igual à desaceleração. Obtivemos este 
valor em função da velocidade encontrada pelo 
tempo anteriormente especificado: A=1,75cm/s². 
 Partindo para o motor, observamos em 
seu “data sheet”, que sua alimentação máxima 
trabalha com 15 VDC. Ainda com o objetivo de 
trabalhar com valores médios, especificamos o 
trabalho com alimentação de 9 VDC chegando a 
uma rotação de 5820 RPM ou 97 RPS, veja a 
imagem a seguir com as etapas de calculo: 
 
Tabela 2. – Etapas de cálculo rotação ideal. 
 
15 VDC = 9700 RPM X = (9.9700) / 15 
9 VDC = X X = 5820 RPM/60S 
Logo: 97 RPS 
 
 O princípio de nosso motor girando a 97 
RPS, colocamos no eixo do motor uma polia de 
diâmetro 10mm junto à uma polia com maior 
diâmetro, 35mm. Dividindo estes valores tivemos 
3,5. Isto significa que a polia II é 3,5 vezes maior que 
a polia menor, portanto as rotações por segundo 
(RPS) serão reduzidas 3,5 vezes, onde obitivemos 
27,7 RPS.No mesmo eixo da polia II, girando, 
portanto, na mesma rotação (27,7 RPS), colocamos 
a engrenagem E1 com 12 dentes acoplada à 
engrenagem E2 com 36 dentes, logo a relação de 
redução foi de 3. Isto significa que a engrenagem E2 
é 3 vezes maior que a engrenagem E1, portanto as 
RPS serão reduzidas 3 vezes. A engrenagem E2 (36 
dentes) por sua vez foi acoplada à engrenagem E3 
com 60 dentes, logo a relação de redução é 1,7. Por 
fim engrenagem E3 é 1,7 vezes maior que a 
engrenagem E2, portanto as RPS serão reduzidas 1,7 
vezes. 
 
Tabela 3. – Calculo redução de velocidade. 
 
ENGRENAGEM CALCULO RPS 
E2 27,7 RPS/ 3 9,2 
E3 9,2/ 1,7 5,4 
 
 Por fim, para chegarmos à velocidade 
especificada de 7 cm/s calculamos o raio da polia 
que está no mesmo eixo da engrenagem E3, polia 
esta responsável por subir e descer o elevador, 
chegamos à aproximadamente 5,5cm. 
 
 
 Figura 1. – Sistema de Redução 
 
 Após estes cálculos, voltamos aos cálculos 
com o motor, iniciando por sua potência útil, 
utilizando a eficiência como sendo 59,08%. 
 
Tabela 4. – Calculo potência útil. 
 
P= 12V . 0,128ª 
P= 1,536W.(59,08%) 
Logo: P=0,907W 
 
 Para sequência aos cálculos, 
especificamos a elevação de uma carga simbólica de 
10g, logo a força nominal foi: 
 
Tabela 5. – Calculo força nominal. 
 
Aceleração gravitacional 
F=0,01 kg x 9,83 
F= 0,0983 N 
 
 
 A sequência dos cálculos, expressos na 
tabela 6 são necessários para completar o 
dimensionamento e equivalência do motor com as 
especificações impostas. 
 
Tabela 6. – Cálculos de dimensionamento da 
capacidade do motor. 
 
Trabalho 
T= 0,0983N x 0,7m x 30% 
T= 0,0206 J 
 
Potencia requerida 
P= 0,0206J/10s 
P= 0,00206 W 
 
Força requerida 
0,0983 N + 30% 
F= 0,1277 N 
 
 Estes foram os cálculos prévios que nos 
fizemos para a prototipação. Iniciamos com a 
montagem da caixa de redução, analisamos seu 
funcionamento e não obtivemos grandes 
dificuldades com exceção das áreas de fixação das 
engrenagens, após isto, montamos o elevador com 
uma estrutura de feltro rígida branca, mantivemos o 
motor na parte superior com um contrapeso para 
melhor dimensionamento e funcionamento da 
condução do elevador. 
 Para a automação e utilização do 
Arduino após pesquisa e tentativas frustradas de 
desenvolvimento o grupo não conseguiu realizar a 
automação devido à falta de conhecimento sobre as 
ligações e circuitos entre os componentes e o micro 
controlador. Além disso a dificuldade em técnicas de 
programação se mostrou em todos os integrantes do 
grupo um fator preponderante no não êxito na 
automação do elevador. 
 
 
Figura 2. – Protótipo. 
 
 
 
 
fe 
Discussão e Conclusões 
 
 Através deste estudo os horizontes das 
necessidades e contratempos que a ideação de um 
elevador toma, nos deram a percepção de como é 
uma construção básica do mesmo em escala de 
tamanho e carga muito menor. 
 O estudo tem como finalidade descrever as 
etapas de ideação e testes que levaram ao êxito 
atingido pelo protótipo final. Ao final do trabalho 
desenvolvido, podemos concluir que o 
desenvolvimento de um mecanismo com motor e 
sistema de redução, só pode ocorrer após especificar 
e calcular os parâmetros necessários para montagem 
de um protótipo. Vale salientar, que a automação não 
foi possível, pois o grupo teve dificuldades na 
montagem e entendimento dos circuitos entre os 
componentes sensores e botões com a placa 
Arduino, além da codificação que o grupo não teve 
“know-how” sobre o tema, suficiente para execução 
da automação. 
 
Trabalhos Futuros 
 
 Dentre as melhorias futuras, a principal é 
estudo mais aprofundado da ferramenta de 
programação (Arduino) para garantir a automação 
de maneira programável. Destacamos também a 
necessidade de maior entendimento de montagem de 
circuitos elétricos, a qualidades dos componentes 
dos mesmo e a montagem final do protótipo. Estes 
pontos devem ser avaliados de maneira mais 
profunda em um novo estudo, para garantir uma 
maior eficácia de comprovação da parte teórica 
postos em pratica. 
 
Referências Bibliográficas 
 
[1] Controlando a velocidade de motor um motor 
CC no Arduino com potenciômetro 
http://www.comofazerascoisas.com.br/contr
olando-a-velocidade-de-um-motor-cc-no-
arduino-com-potenciometro.html (acessado 
em 20/08/2017). 
[2] Arduino com servomotor robótico e display 
LCD 
http://www.comofazerascoisas.com.br/ardui
no-com-servomotor-robotico-e-display-
lcd.html (acessado em 20/08/2017). 
[3] Arduino com servomotor robótico e display 
LCD 
http://www.comofazerascoisas.com.br/ardui
no-com-servomotor-robotico-e-display-
lcd.html (acessado em 20/08/2017). 
[4] Arduino com servomotor robótico e display 
LCD 
http://www.comofazerascoisas.com.br/ardui
no-com-servomotor-robotico-e-display-
lcd.html (acessado em 20/08/2017). 
[5] Download ferramenta de programação 
Arduino. 
https://www.arduino.cc/en/Main/Donate 
(acessado em 28/10/2017). 
[6] Circuits IO. 
 https://circuits.io/ (acessado em 27/08/2017). 
[7] Geargenerator. 
http://geargenerator.com/#200,200,100,6,1,
0,0,4,1,8,2,4,27,-90,0,0,16,4,4,27,-
0,1,1,12,1,12,20,-60,2,0,60,5,12,20,0,0,0,2,-
563 (acessado em 30/10/2017). 
 
Agradecimentos 
 
 Agradecemos ao apoio do professor 
Evandro que sanou nossas dúvidas de elaboração e 
formação de protótipo, além do apoio nos relatórios 
semanais. A Universidade São Judas agradecemos 
pela disponibilização do kit Arduino para realização 
deste projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.comofazerascoisas.com.br/controlando-a-velocidade-de-um-motor-cc-no-arduino-com-potenciometro.html
http://www.comofazerascoisas.com.br/controlando-a-velocidade-de-um-motor-cc-no-arduino-com-potenciometro.html
http://www.comofazerascoisas.com.br/controlando-a-velocidade-de-um-motor-cc-no-arduino-com-potenciometro.html
https://circuits.io/