1. O documento descreve um projeto para controlar o transporte de objetos ferrosos usando um guindaste eletromagnético acoplado a um trilho de impressora controlado por um microcontrolador Arduino. 2. Será usado um sensor indutivo para detectar metais e acionar o guindaste eletromagnético para atrair o objeto quando este passar na esteira. 3. O Arduino controlará a esteira, o guindaste eletromagnético e alternará entre modos manual e automático de acordo com a programação

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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 2
2 JUSTIFICATIVA .................................................................................................................. 3
3 OBJETIVOS .......................................................................................................................... 4
4 MÉTODO ............................................................................................................................... 5
4.1 Sensores e Atuadores ........................................................................................................ 6
4.1.1 O Guindaste Eletroímã ............................................................................................... 6
4.1.2 Sensor de metais ......................................................................................................... 7
4.2 Microcontrolador .............................................................................................................. 9
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 11

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1 INTRODUÇÃO
O controle de um sistema de transporte de chapas, blocos, moldes e outras peças
ferrosas é uma atividade corriqueira em metalúrgicas, siderúrgicas, depósitos, linhas de
montagem e oficinas em geral. Leves e eficientes, os levantadores magnéticos trazem grandes
benefícios para alguns desses sistemas de controle, eles são fáceis de manipular, pois não
necessitam de um elevado rigor de parametrização como nas garras e braços robóticos.
Porém, são brutos, não trazendo nenhum cuidado especial com o material transportado e ao
mesmo tempo são sistemas menos inteligentes, dependente da composição do material
(ferromagnéticos). Apesar de serem inferiormente hábeis, esses sistemas de controle
apresentam igual ou superior eficácia quando se trata de grandes massas metálicas ou resíduos
(sucata). Tornando o investimento mais lucrativo e mais simples de se programar e manobrar.
Os levantadores magnéticos podem ter diversas configurações de acordo com suas
finalidades no processo. Podem ser Separadores Magnéticos, Tambores Magnéticos ou
simplesmente Guindastes de Levantamento utilizando Eletroímãs poderosos.
Figura 01 – Eletroímã aplicado a uma esteira com a finalidade de retirar materiais ferrosos
indesejáveis ao processo.

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Figura 02 – Guindaste Eletroímã atraindo sucatas ferrosas.
2 JUSTIFICATIVA
Os processos envolvendo mecanismos eletromagnéticos ainda são amplamente
utilizados em alguns sistemas industriais. Porém, atualmente o controle é feito
eletronicamente através de microprocessadores e PLC’s (Programmable logic controller).
Podendo ser programados para que atuem automaticamente ou podem ser operados
localmente. De tal modo que a lógica de programação estruturada terá que lidar com a
interconexão entre essas duas ocorrências: modo manual e modo automático.
Assim, esse sistema mostrou-se adequado para integrar os conhecimentos teóricos
absorvidos no campo da instrumentação (sensores e atuadores), eletrônica e seguramente, na
lógica de programação do microcontrolador. Aplicando os conceitos teóricos aprendidos em
sala de aula e adquirindo experiência por constatação prática, fixando de forma sólida e
coerente o que foi apresentado nas aulas teóricas expositivas.

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3 OBJETIVOS
Este projeto tem como primeiro objetivo arquitetar mecanismos de controle de uma
esteira que vai conduzir diversos objetos. Em paralelo a esse aparato, um Eletroímã deslizará
sobre um trilho de impressão de uma impressora, controlado pelo Arduino, utilizando
temporizadores. Assim, o Arduino fará aquisição do sinal vindo do sensor e acionará o
Eletroímã quando necessário, para atrair o objeto ferromagnético que será transportado para
outro recipiente/compartimento da planta.
Além disso, poderá ser empregada uma lógica para alternar entre o modo automático e
o modo manual, operado por alguém como em guindastes de levantamento de sucatas.
A Figura 03 apresenta um esboço da planta.
Figura 03 – Esquemático da planta.

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4 MÉTODO
Um sensor indutivo de metais ferrosos será instalado ao lado da esteira e fará o papel
de deixar o microcontrolador informado sobre a propriedade magnética do material. O
microcontrolador por sua vez, ao detectar o metal, mandará um sinal para cortar o circuito da
esteira, fazendo-a parar logo após atingir a posição ideal de coleta. Ao parar, através de um
circuito de ponte H, o Arduino acionará o carro de impressão para trazer o Eletroímã ao eixo
perpendicular ao objeto. Após essa fase, o Arduino acionará um circuito para energizar as
bobinas do aparato, tornando-o um adequado Eletroímã que atrairá o objeto para seu núcleo
de ferro. Feita a atração magnética, o carro de impressão será novamente posicionado para
liberar a peça atraída em outro compartimento da planta, após o comando do
microcontrolador.
A Figura 04 ilustra o trilho de impressão:
Figura 04 – Trilho de impressão retirado de uma Impressora Multifuncional.

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4.1 Sensores e Atuadores
4.1.1 O Guindaste Eletroímã
O atuador do sistema é o Eletroímã móvel acoplado ao carro de impressão que atrai o
objeto sempre que receber um sinal do microcontrolador. É geralmente construído enrolando-
se um condutor ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou algum material
ferromagnético. Quando esse condutor é submetido a uma tensão, ocorre a condução de uma
corrente elétrica, o que gerará um campo magnético, a Lei de Biot-Savart (Equação 01). A
intensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do Eletroímã dependerão do
módulo da corrente e do número de voltas da espira. A circulação de corrente pelo fio produz
campos magnéticos nas suas imediações e estabelece um fluxo magnético no material
ferromagnético envolto pelas espiras do condutor. A razão entre a intensidade do fluxo
magnético concatenado pelas espiras e a corrente que produziu esse fluxo é a indutância.
Pedaço de ferro apresenta então, as características de um ímã permanente, enquanto a
corrente for mantida circulando, e o campo magnético pode ser constante ou variável no
tempo dependendo da natureza da corrente (alternada ou contínua).
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Ponderemos que possuímos diversas espiras circulares percorridas por uma corrente
constante. Podemos usar a Lei de Biot-Savart para calcular o campo magnético a uma
distância perpendicular ao objeto. Lembrando que:
Figura 05 – Campo magnético de uma espira circula.

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(2)
Onde pode ser facilmente deduzido para:
(3)
Quando um campo magnético externo é aplicado a um ferromagnético como o ferro, os
dipolos atômicos irão alinhar-se com ele. Mesmo quando o campo é removido, parte do
alinhamento vai ser mantida: o material tornou-se magnetizado. Para desmagnetizar exige-se
aplicação de calor ou de um campo magnético na direção oposta. Assim, terá que ser feito
algum artifício para que o Eletroímã solte o objeto atraído.
4.1.2 Sensor de metais
Um detector de metais consiste basicamente em uma bobina enrolada num núcleo de
ferro. Esse sensor indutivo usa o princípio de operação das correntes de Foucault. Um circuito
oscilador produz uma tensão alternada que ao ser aplicada na bobina, produz um campo
eletromagnético.
Figura 06 – Circuito Oscilador utilizando Amplificadores Operacionais.

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O Oscilador gera um sinal senoidal a uma freqüência:
(4)
Quando um objeto metálico entre no campo, as correntes de Foucault circulam, gerando um
campo magnético oposto ao gerado pelo oscilador. A diminuição do campo magnético reduz a
indutância da bobina, abatendo levemente a freqüência das oscilações. A variação dessa
freqüência, por sua vez, provoca uma alteração na impedância do indutor do circuito.
Figura 07 – Comportamento da saída do sensor.
Dessa forma, os componentes são montados numa configuração chamada Ponte de
Wheatstone, composta por quatro impedâncias, formando dois divisores de tensão em
paralelo. É aplicada uma tensão alimentando esse circuito e mede-se a diferença da tensão
entre os dois divisores de tensão. Quando não houver nenhum material ferromagnético
presente na linha de ação do sensor, todos os elementos apresentarão a mesma impedância.
Porém, ao aparecer um metal ferroso, a impedância proveniente da bobina será modificada e a
ponte será desbalanceada. Apontando um potencial não nulo entre os terminais dos divisores
de tensão. Essa tensão será lida pelo microcontrolador para que o mesmo possa tomar as
decisões pré-estabelecidas via programação.

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4.2 Microcontrolador
Microcontroladores consistem em circuitos integrados que possuem internamente um
microprocessador e todos os seus periféricos fundamentais ao seu funcionamento, como
periféricos de entrada/saída ,memória (geralmente do tipo EPROM – Erasable Programable
Read-Only Memory, onde são armazenadas as informações de programa, a serem executadas
pelo microprocessador), memória de dados (geralmente do tipo RAM, onde ficam
armazenadas as informações de dados utilizadas pelo programa), temporizadores, contadores
clock e pinos de interrupção e reset.
Através da programação podemos controlar as saídas do microcontrolador, tendo
como referência as entradas ou um programa interno. O que diferencia os diversos tipos de
microcontroladores é a quantidade de memória interna, velocidade de processamento,
quantidade de pinos de entrada e saída (I/O), alimentação, periféricos, arquitetura e a
linguagem de programação.
Para o controle desse sistema, escolheu-se o Arduino, por este possuir uma razoável
capacidade de processamento e de memória, além de atender aos requisitos de entrada e saída
de maneira prática e confiável. O Arduino é baseado em um microcontrolador (ATmega),
utilizando uma linguagem própria baseada em C/C++. Seu hardware é constituído pelo
microncontrolador da ATmega e seus periféricos essenciais, como representado na Figura 7, e
possui as seguintes características básicas:
Tensão de operação 5V
Tensão de entrada (recomendada) 7-12 V – limites(6-20V)
Pinos E/S digitais 14 ( 6 dos quais são saídas PWM)
Pinos de entrada analógicos 6
Corrente CC por pino E/S 40 mA
Corrente CC por pino 3.3 V 50 mA
Memória Flash 32 KB, sendo 2 KB utilizados pelo bootloader
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Velocidade de Clock 16 MHz
.
Tabela 01 - Tabela com as características básicas do Arduino versão Duemilinove.

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Figura 08 – Microcontrolador Arduino.
Os requisitos de desempenho do microcontrolador vão depender também da versão
empregada. O ATmega 328 tem 32kb de memória flash sendo 2kb utilizados pelo bootloader
do Arduino restando 30kb para armazenamento de código. O ATmega 328 além dos 32kb de
memória flash tem 2kb SRAM e 1kb de EEPROM que pode ser acedida através da
biblioteca EEPROM. O ATmega contido no Arduino já traz o bootloader gravado, assim
basta um cabo USB, um computador e a IDE do Arduino para começar a programar.

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REFERÊNCIAS
BOYLESTAD, R. L. e Nashelsky, L. (1998). Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos.
Prentice-Hall do Brasil.
CAMPOS, M. e TEIXEIRA, H., Controles Típicos de Equipamentos e Processos Industriais,
Edgard Blücher, 2006.