Instituto Federal de Santa Catarina – Campus Joinville.

Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial.

Módulo: V.

Matéria: Metrologia e Instrumentação.

Professor Dr.: Rodrigo Coral.

Sistema de Aquecimento e

Resfriamento de peças

automatizado.

Alunos: Douglas Ismael da Conceição.

Joselino Xavier Junior.

Joinville, julho de 2015.

Introdução/Funcionamento.

A equipe propõe o projeto de um sistema de manuseio de

peças onde o mesmo será composto de um braço robótico

(Construído com peças de lego, com dois a três eixos de

coordenadas).

Estação de aquecimento da peça, composta por: uma

lâmpada incandescente para fazer a amostragem

(o aquecimento) da temperatura da peça em questão, um

sensor onde vai ler essa determinada temperatura e um

espaço determinado para o posicionamento da peça.

Estação de Resfriamento da peça, composta por: dois à

três coolers para fazer o resfriamento da matéria, junto de um

timer para especificar o tempo que a peça ficará na estação, e

um espaço determinado para o posicionamento da peça.

O projeto terá o controle da temperatura da peça, informando

ao controlador quando estará apta para a próxima operação.

Monitoração de velocidade, a tensão e as posições do braço

robótico.

Programação em Labview

Protótipo do Projeto.

Grandeza a ser medida /

Instrumentação.

A matéria, sendo um corpo ou uma substância e a energia

podem ser avaliada. Cada característica que possa ser quantificada

constitui uma grandeza física.

Grandezas físicas são aquelas grandezas que podem ser

medidas, ou seja, que descrevem qualitativamente e

quantitativamente as relações entre as propriedades observadas no

estudo dos fenômenos físicos.

Como nosso trabalho em termos gerais constitui em uma

estação de aquecimento, um braço robótico e uma estação de

resfriamento, consequentemente vamos realizar a medida de duas

grandezas: a temperatura de aquecimento da nossa estação, e o

possível posicionamento (ângulo) dos eixos dos motores do braço

robótico.

História da Temperatura

As primeiras medições de temperatura eram feitas, de forma

imprecisa, pela comparação com certos fenômenos físicos. Para

metais aquecidos, a cor dava alguma idéia. Para temperatura

menores, a fusão de substâncias como chumbo, enxofre, cera, a

ebulição da água, etc.

O primeiro termômetro documentado de que se tem notícia foi

inventado por Galileu por volta de 1592. Era um bulbo de vidro

acoplado a um tubo também de vidro com a extremidade aberta. O

tubo era mergulhado em água. O aquecimento do bulbo expande o

ar no interior e uma parte escapa pela extremidade do tubo.

Removido o aquecimento, o ar volta à temperatura anterior, mas em

menor quantidade e alguma água sobe no tubo, indicando que

houve uma mudança de temperatura do bulbo.

O termômetro de álcool foi inventado pelo físico alemão Daniel

Gabriel Fahrenheit em 1709. Em 1714 ele inventou o termômetro de

mercúrio e, em 1724, introduziu a escala de temperatura que leva o

seu nome. Inicialmente ele imaginou usar 0 para a temperatura

mais baixa no inverno da região onde vivia e 100 para a mais alta

no verão. De forma definitiva, ajustou 32 para o ponto de fusão da

água e 212 para o ponto de ebulição.

A escala de centígrados (0 para fusão da água e 100 para ebulição)

foi inventada por Anders Celsius, astrônomo sueco, em 1742. O

nome Celsius para e escala foi oficializado em 1948 por uma

conferência internacional para pesos e medidas.

Nas primeiras décadas do século 19 houve bastante evolução nos

conceitos de temperatura. Lord Kelvin postulou a existência do zero

absoluto. Sir William Hershel descobriu que a temperatura das

cores do espectro solar projetado por um prisma variava, com

aumento na direção do vermelho e na região que hoje conhecemos

como infravermelho.

Em 1821, duas descobertas marcaram o início dos sensores

elétricos de temperatura: T J Seebeck verificou que uma tensão era

produzida por duas junções de metais diferentes em diferentes

temperaturas, ou seja, o termopar. Sir Humphrey Davy verificou que

metais tinham coeficiente positivo de temperatura e podiam ser

usados para medição.

Grandeza (Temperatura)

A temperatura é uma grandeza física escalar que está

associada ao grau de agitação molecular de um sistema. O grau de

agitação térmica molecular não pode ser medida diretamente, por

isso a medida da temperatura é feita indiretamente medindo-se

grandezas físicas que variam com ela, por exemplo, pressão,

volume, etc. Vale ressaltar que a sensação térmica é uma forma de

medição imprecisa da temperatura.

Transdutores de Temperatura

Transdutor é um dispositivo que desenvolve um sinal

elétrico de saída em resposta a um fenômeno físico específico. Os

transdutores normalmente são compostos de 2 elementos: o sensor

e o elemento de transdução.

O elemento sensor é a parte do transdutor que responde a um

efeito físico, ou a uma variação neste efeito. Deve ser imune a

outros efeitos, evitando distorções de resposta ao efeito que está

sendo medido. O elemento de transdução é a parte de um

transdutor que transforma a resposta do elemento sensor em um

sinal elétrico. Um exemplo, é o termopar, onde uma variação de

temperatura cria uma diferença de potencial na junção entre

2 metais diferentes.

Aplicações de Transdutores em

Temperaturas

A medição da temperatura é um dos problemas mais antigos da

humanidade, pois ela afeta, diretamente, o meio ambiente e todas

as reações físico-químicas da natureza. Por esta razão é que há

tanta diversidade de transdutores para medir a temperatura.

Os transdutores de temperatura são dispositivos destinados a

converter o sinal de um sensor de temperatura em um sinal linear

de corrente elétrica. Esta conversão permite que o sinal seja

transportado com maior imunidade a ruído, aumentando assim a

distância entre o sensor e o indicador ou painel de controle.

Qualquer componente eletrônico muda suas características com a

temperatura; assim, alguns componentes são projetados para medir

temperatura, outros o são para se manterem estáveis com a

temperatura.

Os estáveis serão empregados em circuitos de controle e interface,

e os variáveis, serão os transdutores.

Dentre eles:

Transdutores Resistivos;

Detectores Resistivos de Temperatura (RTD);

Termistores;

Esquema de Acionamento dos eixos

Ponte H

Simulado o funcionamento do Circuito no Proteus e feito

o esquemático da placa no Ares.

Trilhas executadas

Fonte +12V/-12V (variável), com tensão fixa de +12/-12V.

Placa de Acionamento dos Motores (Ponte H)

NI USB – 6009

Braço Robótico

Braço Robótico

Pontos para a referência de programação em malha aberta.

Ponto inicial da base.

Ponto inicial do Cotovelo.

Ponto inicial da Garra.

Ponto inicial de inclinação.

Sistema Completo.

Conclusão

Dificuldades: Pela falta de tempo, optamos junto com o professor,

pela programação em malha aberta, onde as dificuldades são muito

grandes em relação a posição dos eixos do braço robótico, onde foi

feita através de tempo. Algumas posições do braço, em

determinado eixo, devido ao peso do braço demoravam um pouco

mais para fazer o percurso, compensamos esse tempo em alguns

eixos e o braço fez exatamente uma trajetória completa em

perfeitas condições, a partir da segunda trajetória, o braço já

começava a se perder nas posições devido as relações citadas.