MISTURADOR DE FLUIDOS DE BAIXA VISCOSIDADE

CONTROLADO VIA BLUETOOTH

João Sérgio Pereira Ribeiro Chaves, joaosergiochaves@gmail.com¹

Matheus Santos Pereira, spereiramatheus@gmail.com¹

Roberta Oliveira dos Santos Silva, roberta.oliveira1306@gmail.com¹

Victor de Souza Quinteiro, victorquinteiro@hotmail.com¹

¹ Universidade Salvador – Departamento de Engenharia e Arquitetura

Rua Vieira Lopes, nº. 2 – Rio Vermelho

CEP: 41.940-560 - Salvador – Bahia

Resumo: O artigo em questão apresenta as etapas do projeto de construção de um misturador de fluidos

de baixa viscosidade automatizado direcionado ao programa interdisciplinar ARHTE da Universidade

Salvador no período 2012.2. O protótipo foi projetado e feito no semestre anterior, sendo aprimorado e

refeito neste semestre. As tintas (fluido escolhido para fazer a demonstração) serão transportadas para

o recipiente misturador através de bombas injetoras de corrente contínua, e misturadas por uma hélice

acoplada ao motor. Um módulo Bluetooth adicionado ao misturador irá promover seu controle através

de um celular via bluetooth com um aplicativo Android, onde o usuário terá a oportunidade de fazer a

escolha entre a mistura de 2 a 5 tintas, isso e os botões no protótipo lhe darão a autonomia do sistema e

promoverão a interação do misturador com usuário. Assim, o programa do sistema ativará as bombas

dos fluidos (no caso tintas) escolhidos, injetará para o recipiente de mistura e o motor por sua vez

ativará a hélice por um tempo determinado pelo programa que será implementado no Arduino em

linguagem baseada em C. Finalmente, quando a mistura for concluída, ela será ejetada através de uma

alavanca para um recipiente localizado na frente do Mixer.

Palavras-chave: ARHTE, Misturador de fluidos de baixa viscosidade, Arduino, Bluetooth, Android.

1. INTRODUÇÃO

Os agitadores ou misturadores são utilizados para dissolver, agitar, misturar ou homogeneizar.

Em indústrias alimentícias, de cosméticos, farmacêutica, e até mesmo em locais de construção é muito

frequente a utilização de misturadores de diversos tipos como batedores, rotativos, duplo cone,

emulsificador, entre outros. Dependendo da necessidade os misturadores têm suas funções diferenciadas

e isso envolve o volume de produção, o tipo de produto que será misturado, condições operacionais do

maquinário e local onde será executado, por isso são dimensionados com várias faixas de potência,

rotação, e tipos e diâmetros de hélice diversos para cada caso.

Pelo fato de que hoje em dia constata-se um grande aumento na utilização de máquinas e não

mais trabalho “braçal”, decidimos construir uma máquina de baixo custo, compacta e leve. Além da

simples manipulação por botões acoplados ao protótipo ou via Bluetooth, uma tecnologia também barata,

para misturar fluidos de baixa viscosidade de uma forma rápida e que apresente segurança para o

usuário.

Bluetooth é o nome dado a um protocolo de rádio que se baseia em saltos de frequência de curto

alcance. Com a evolução desse projeto que visa à comunicação entre celulares e acessório utilizando

sinais de rádio, foi criado um consórcio Bluetooth SIG (Special Interest Group), formado hoje por mais

de 2000 empresas. Esse grupo investiu pesado e disponibilizou seus produtos para testar essa nova

tecnologia, e então virar realidade. Essa conexão via Bluetooth se disseminou, pelo fato de ser uma

solução viável de baixo custo para a interconexão de curto alcance, sem fio, de conexão universal que já

tem um amplo leque de softwares que permite a comunicação entre aplicações de diferentes dispositivos.

Hoje, a busca pela praticidade e comodidade unida ao baixo custo está crescendo exponencialmente e

prezamos por esse ideal.

Para o protótipo foi desenvolvido um aplicativo Android que proporciona ao usuário o controle

do processo por Bluetooth. O Android é o resultado da união de 47 empresas liderada pela Google e

oferece um conjunto completo de software: um sistema operacional, middleware (que intermedeia a

comunicação entre diferentes aplicativos e distintos protocolos) e vários aplicativos que visam satisfazer

aos usuários com um navegador para internet, integração com o Google Maps, GPS, banco de dados

integrado, entre outros. É uma plataforma consolidada, livre e de código aberto, o que diminui ou isenta

os custos no desenvolvimento de aparelhos.

2. ESTRUTURA

O protótipo (veja fig. 1) é formado por uma estrutura metálica, onde há 6 recipientes para os

fluídos -5 com as tintas e 1 com um fluído detergente responsável pela limpeza- e um recipiente maior

onde será realizada a mistura. Além de bombas para sucção dos fluidos (no caso, as tintas), mangueiras

por onde vão passar os mesmos até chegar ao recipiente maior de mistura, onde haverá a hélice que será

ativada por um motor, e um dispositivo Android onde o usuário possa escolher a cor que deseja via

Bluetooth.

Figura 1. Esboço da estrutura em 3D vista de baixo.

2.1. Característica dos principais materiais utilizados na construção mecânica

O alumínio é o material utilizado na estrutura mecânica do misturador. Foi escolhido pois tem

fácil modelagem, já que é o segundo metal mais maleável (perdendo apenas para o ouro), é leve, possui

excelente resistência à corrosão e bastante durabilidade. Essas últimas propriedades são o resultado da

camada protetora de óxido existente em sua superfície. Além das vantagens já citadas, a que torna o

projeto viável é o baixo custo do alumínio por ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre.

Outro material escolhido foi o acrílico, que é um polímero e pertence à família dos

termoplásticos por ter a capacidade de ser conformado com a aplicação de calor ou solvente. Possui boas

propriedades ópticas, pois é transparente, atingindo 92% de transmissão de luz. É duro, rígido e resistente

tanto a produtos químicos comuns quanto à quebra. Foi o material colocado na parte da frente do

protótipo para que haja uma melhor visualização no momento da mistura.

Foram utilizados dois recipientes na composição do recipiente da mistura. O da base vai servir

como proteção caso haja algum vazamento indesejado, e o de dentro receberá as tintas, onde ocorrerá a

mistura. Se eventualmente houver vazamento, o recipiente de fora irá proteger a estrutura de possíveis

problemas, pois o fluido ficará isolado em seu interior. O recipiente externo tem 22 centímetros de altura,

área de 64 cm² (8x8 cm) e volume igual a 1,4 litros; Já o interno tem altura de 29,6 centímetros, área de

40,72 cm² e volume igual a 1,21 litros.

Figura 2. Recipientes da mistura. Figura 3. Recipientes da mistura.

2.2. Estrutura Mecânica

A estrutura de sustentação do misturador foi elaborada a partir de um cubo com 1 m³, com

arestas feitas de cantoneiras de alumínio. Nela haverá seis recipientes, como mostra a figura 4,

sustentados pelas barras de alumínio. Logo abaixo ficará o recipiente que receberá as tintas para a

mistura, onde haverá também a hélice que estará fixada no motor, como mostra a figura 5.

Figura 4. Esboço visto de cima. Figura 5. Esboço em 3D da estrutura.

Figura 6. Prévia do protótipo.

2.3. Estrutura Elétrica

Na parte elétrica do protótipo iremos utilizar um CI (Circuito Integrado) do tipo ULN2803A que

suporta corrente de até 500mA, ele contém 18 pinos sendo um de alimentação (VCC), um de aterramento

(GND), oito entradas, e oito saídas de dados onde estarão ligadas as oito bombas, que deverão ser

alimentadas por uma tensão de 12V e uma corrente de 3,25A aproximadamente. Para ativar e desativar

as bombas usaremos o Arduino1 Uno, uma placa de microcontrolador baseado no ATmega328, com 14

entradas/saída que pode ser alimentada com uma bateria de 5V, via USB ou diretamente nos pinos Gnd e

Vin.

Logo abaixo, na figura 9, podemos observar a disposição dos oito relés, oito diodos, do CI e dos

bornes que farão parte da placa de circuito.

O pequeno módulo de Bluetooth (figura 7 e 8) permite que o dispositivo de destino envie ou

receba dados TTL através de tecnologia Bluetooth sem conectar um cabo serial para computador. Sua

taxa de transmissão padrão é de 9600,8,1,n, tem cobertura de até 10 metros, uma antena integrada,

alimentação 3.6V-6VDC que não pode usar superior a 6V, tem frequência de operação banda 2.4GHz não

licenciada, tensão de funcionamento de 3.3V e tamanho de memória de 8Mbit. Suas dimensões são de

27,2 mm x 12,8 mm x 2,5 mm, peso líquido de 9,6 g e senha padrão determinada pelo fabricante que é

1234.

Figura 7. Módulo Bluetooth por trás. Figura 8. Módulo Bluetooth visto de frente.

Figura 9. Desenho do circuito no Proteus.

3. FLUIDOS DO MISTURADOR

11 O Arduíno surgiu na Itállia em 2005 pelo Professor Massimo Banzi.

A viscosidade, propriedade de um material medida através de um viscosímetro, corresponde à

medida da resistência de um fluido ao escoamento. Deve ser pensada como a medida do atrito do fluido,

pois é causada justamente pelo atrito interno das moléculas, em movimento umas contra as outras. Os

fluidos de alta viscosidade têm dificuldade em fluir, ou seja, fluem mais lentamente, ao contrário dos de

baixa viscosidade. Todos os fluidos, líquidos e gases têm seu grau de viscosidade e a mesma é importante

nas aplicações destes materiais. A viscosidade recomendada para as bombas é de 1,5 cP (centi-Poise) ou

0,015 g/cm.s ou abaixo desse valor.

Nosso misturador tem a função de misturar esses fluidos de baixa viscosidade, e para demonstrar

sua eficácia iremos utilizar tinta guache diluída em água, fluido com essa característica. A tinta guache é

uma tinta opaca que tem grande poder de cobertura e é produzida através da mistura de aglutinante com

pigmento branco. Para a mistura final escolhemos três cores secundárias e uma neutra, foram elas: verde

= azul + amarelo, laranja = vermelho + amarelo, roxo = vermelho + azul, e por fim cinza = preto +

branco.

4. PROGRAMAÇÃO

O algoritmo do funcionamento do protótipo é representado no fluxograma abaixo (figura 10). O

usuário irá utilizar os botões ou um aplicativo para escolher qual a mistura desejada, além da opção de

limpeza da máquina. No caso das tintas teremos uma mistura que dará o resultado final de uma das quatro

cores que tem respectivos números: verde = 1, laranja = 2, roxo = 3 ou cinza = 4. A opção de limpeza será

atribuída ao número 5. Esses números serão interpretados pelo Arduino e o mesmo utilizará a

programação já determinada. Para a cor verde ele irá acionar a bomba 1 (amarelo) e a bomba 2 (azul),

para a laranja irá acionar a bomba 1 e a bomba 3 (vermelho), e assim sucessivamente.

Nosso objetivo é que o usurário utilize primordialmente a máquina via Bluetooth, mas caso não

seja possível, os botões servirão como segunda opção para que a utilização do serviço aconteça. O nome

do aplicativo desenvolvido pelo grupo para o misturador de fluidos de baixa viscosidade é “App

Misturador Bluetooth” (a figura 11 ilustra o screen do aplicativo). Ele foi produzido no App Inventor

(um Ambiente Integrado de Desenvolvimento para criar aplicações web ou dispositivos que utilizam o

sistema operacional Android).

Figura 10. Fluxograma da programação.

Figura 11. Screen do App Misturador Bluetooth.

5. EQUAÇÕES MATEMÁTICAS

Para que esse projeto saísse do papel, foi necessário fazer alguns cálculos na hora da escolha dos

materiais para saber quanto de fluido cada recipiente poderia receber, o tempo que seria gasto durante a

mistura, além de saber também os tipos de fluidos que o misturador aceita.

5.1. Vazão volumétrica para recipientes de tinta:

V = 300 ml (capacidade total de tinta diluída no recipiente);

t = 5 s (tempo que a bomba bombeia todo o fluido do recipiente);

Qv = V/t = (300.10-3)/5 = 0,06 L/s ou 60 ml/s

Legenda:

V = volume; t = tempo; Qv = vasão volumétrica.

5.2. Vazão volumétrica para recipiente de detergente:

V = 1,4 L (capacidade total de detergente no recipiente);

300 ml 60 ml/s

1400 ml x ml/s

x = Qv = 280 ml/s

5.3. Cálculo da velocidade de transferência do fluido da bomba ao recipiente de mistura:

L = 60 cm (comprimento da mangueira da bomba ao recipiente de mistura);

t = 5 s (tempo que a bomba bombeia todo o fluido do recipiente);

v = L/t = 60/5 = 12 cm/s

Legenda:

L = comprimento; t = tempo; v = velocidade.

6. CUSTO

Como todo projeto, além da seleção dos materiais possíveis para a sua elaboração foi necessária

também a escolha de materiais de menor custo possível para que tornasse viável sua construção. O que

custou mais caro foi a parte estrutural (alumínio, acrílico, recipientes, entre outros) que saiu numa média

de R$ 110,00. Seguindo essa ordem vieram as bombas por R$ 103,00, o Arduino por R$ 80,00, os

componentes do circuito por R$ 61,00, o Bluetooth por R$ 60,00 e por fim, o motor que custou R$ 15,00.

Somando todos os valores, o custo final do misturador de fluidos de baixa viscosidade foi de R$ 429,00.

O custo aproximado dessa máquina não leva em consideração a mão de obra, devido a finalidade

do projeto, mas caso fosse pensada em sua comercialização, seria acrescido o valor da mão de obra, do

lucro e dos impostos sobre o produto. Esses acréscimos poderiam inviabilizar o projeto caso o protótipo

não fosse produzido em larga escala, mas como geralmente se pensa em comercializar algo que seja útil e

então que tenha uma boa venda, todos os valores de produção seriam menores, já que a matéria prima

seria mais barata. Então mesmo com alguns entraves, nosso protótipo poderia ser comercializado e ainda

assim (sem lucros exorbitantes) seria barato.

7. CONCLUSÃO

Esse protótipo foi desenvolvido para tornar o processo de mistura de fluidos de baixa

viscosidade mais rápido, prático e seguro. Além de dar conforto ao usuário que na hora de escolher os

fluidos que deseja misturar irá dispor de botões localizados na máquina ou via Bluetooth através de um

dispositivo Android controlado por um aplicativo desenvolvido pela equipe especialmente para esse fim.

Uma indústria, por exemplo, que disponha de matéria prima, no caso os fluidos, e que trabalhe com a sua

mistura, não precisará mais terceirizar esse processo. Por termos desenvolvido um protótipo a baixo custo

que produzido em larga escala terá seu valor ainda mais barateado, o processo de mistura será vantajoso

não só por todas as facilidades ofertadas e já explicadas, mas também por sua economicidade.

8. AGRADECIMENTOS

Gostaríamos de agradecer a todos os professores que nos ajudaram, pela paciência e

compreensão que tiveram conosco. Somos gratos ao projeto ARHTE, que é uma ferramenta excepcional

que serve para utilizar os conceitos estudados em sala de aula, dando-nos uma visão crítica das atividades

exercidas, além de experiência que servirão de base para execução de projetos futuros e na formação

acadêmica e profissional.

9. REFERÊNCIAS

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<http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/Apostila/Unidade%203/Primeira%20aula%20da

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MESSIAS, ANTÔNIO ROGÉRIO. Controle de motor de passo através da porta paralela.

Disponível em: <http://www.rogercom.com/pparalela/IntroMotorPasso.htm> Acessado em: 26 de

setembro de 2012.

BOMAX DO BRASIL. Princípios de Funcionamento e Conceitos Básicos sobre Agitador.

Disponível em: <http://www.bomaxdobrasil.com.br/pg-print-agitadores.php> Acessado em: 26 de

setembro de 2012.

TRIPOD. Misturadores e Agitados Alimentícios. Disponível em:

<http://bragante.br.tripod.com/misturadores.html> Acessado em: 27 de setembro de 2012.

MULTILÓGICA SHOP. Arduino Uno. Disponível em: <http://multilogica-shop.com/Arduino-

Uno> Acessado em: 27 de setembro de 2012.

GTA/UFRJ. Vantagens e desvantagens do bluetooth. Disponível em:

<http://www.gta.ufrj.br/grad/00_2/bluetooth/vantagens.htm> Acessado em: 29 de setembro de 2012.

ALECRIM, EMERSON. Tecnologia Bluetooth. Disponível em:

<http://www.infowester.com/bluetooth.php> Acessado em: 29 de setembro de 2012.

PEIXOTO, M. A. Alumínio. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc13/13-

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CENTAURI ACRÍLICOS. Sobre acrílicos. Disponível em:

<http://www.centauriacrilicos.com.br/sobre.php> Acessado em: 01 de outubro de 2012.

FISCHER, FRANCIELE; SILVEIRA, JOYCE; ROUX, KALYA; DIAS, MUNIQUE. Reologia

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<http://www.qmc.ufsc.br/~minatti/aulas/qmc5409/extra/qmc5409_reologia.html> Acessado em: 02 de

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Acessado em: 03 de outubro de 2012.

LOW VISCOSITY FLUIDS AUTOMATED MIXER VIA

BLUETOOTH

Abstract: The article presents the stages of the construction project of a low viscosity fluids

automated mixer directed to the interdisciplinary program ARHTE at the Universidade Salvador during

semester 2012.2. The prototype was designed and made in the previous semester, being improved and

remade this semester. The inks (fluid chosen for demonstration) are transported to the mixing vessel via

injection pumps, and mixed by a propeller coupled to the motor. A Bluetooth module added to the mixer

will promote their control through a mobile phone via Bluetooth with an Android app, where the user will

have the opportunity to make the choice between mixing 2-5 paints, and the buttons on this prototype will

give autonomy system and promote user interaction with the mixer. Thus, the program will activate the

system pumps fluid (for inks) chosen to inject the mixing vessel and the engine turn activates a propeller

for a time determined by the program that will be implemented in the Arduino language based on C.

Finally, when the mixing is completed, it is ejected through a lever to a container at the front of the

Mixer.