Artigo definitivo 2

AMASSADOR DE LATAS MICROCONTROLADOIgor Caponi Souza – icaponi@hotmail.com1Igor Hereda Simões – igorhesi@hotmail.com1Jorge Emilio Bomfim da Silva Filho – jebsfilho@hotmail.com1Luciana Vergne Ribeiro Ferreira – veergne@hotmail.com11 UNIFACS – Universidade SalvadorPA7, Rua Vieira Lopes, nº. 2 - Rio Vermelho 41.940-560 – Salvador – BahiaResumo: A equipe “LEDFOUR” optou pela construção de um amassador de latas automatizadocom uma estrutura resistente de ferro e um sistema fundamentado na pneumática, composto porsensores fim de curso e LED emissor e receptor de raios infravermelhos, além de ummicrocontrolador programado na linguagem c++. Este projeto foi desenvolvido visando oaprimoramento em torno do processo de compressão de latas, a partir de um microprocessadorque dispensará a presença de uma pessoa para controlar a máquina, economizando ainda maistempo, e proporcionando um maior conforto. O protótipo contribui com o processo dareciclagem, minimiza a força humana e dispensa o uso de computador. O consumo de latas em2014, ano da copa do mundo no Brasil, tende a ser muito maior, por isso, a equipe visualizaimportância da implementação deste em estádios de futebol.Palavras-chave: Amassador de latas, Microcontrolador, ARHTE.1. Introdução São inúmeros os benefícios sociais, econômicos, ambientais e políticos provindos dareciclagem de alumínio, sendo, portanto, um ato sustentável. A obtenção de alumínio em umprocesso de reciclagem tem um gasto de apenas 5% da energia elétrica necessária para a extraçãodo mesmo a partir da bauxita, minério o qual é obtido o alumínio em um processo primário.Além disso, 1 kg de alumínio reciclado poupa 5 kg de extração da bauxita¹. O mercado dereciclagem cresce à medida que aumenta também a conscientização e a participação de diversasclasses sociais em torno deste.² Portanto, há neste mercado uma crescente busca por avançostecnológicos que sejam catalisadores de uma maior produtividade. O grupo “LEDFOUR” desenvolveu um compactador de latas para que este possa serutilizado em bares e restaurantes, além de estádios de futebol, visto que neste último é proibido oconsumo de bebidas em garrafas de vidro, concentrando significativamente o consumo debebidas em latas de alumínio. Hoje, encontra-se em tramitação na Câmara de Deputados o projeto de lei 917/11, elaboradapelo deputado Washington Reis, que tornará obrigatório o uso de amassadores de latas nosestabelecimentos citados, exceto estádios de futebol. Àqueles que infringirem a lei, haverá Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

punição com base nas Leis de Crimes Ambientais (9.605/98). Por consequência disso, a buscapela adequação a esta lei irá aumentar significativamente a procura por compactadores de lata. “O amassamento da lata de alumínio reduz em 20% o seu volume. É importante que os estabelecimentos comerciais que comercializam bebidas em lata e os consumidores contribuam para o esforço de reciclagem. Os amassadores têm um custo irrisório, e podem ser operados, mesmo em bares e restaurantes, em muitos casos, pelos próprios consumidores. Além disso, a reciclagem de alumínio vai estimular a consciência ecológica e incentivar a reciclagem de outros materiais.” Washington Reis (Rio de Janeiro, 2011). O compressor de latas automatizado poupa tempo e esforço humano, além de proteger contrapossíveis lesões causadas ao amassar as latas. Contribui também para a redução de espaçonecessário para armazenamento e transporte do material, sendo um facilitador para o processo dereciclagem. O sistema é composto por sensores fim de curso, infravermelho, compressor odontológico,válvula solenoide, pistão pneumático e um circuito integrado, tendo como componente principalo microprocessador PIC 16F628A, além de componentes adjacentes. Conclui-se que a utilização de um sistema microprocessado oferece inúmeras vantagens emrelação ao uso de portas paralelas, pelo fato de oferecer ao projetista ampla gama de trabalho, noqual se pode em um curto espaço de tempo e com menos componentes externos, fazer o que seriaoneroso realizar com circuitos tradicionais.2. Fundamentação teórica2.1 Histórico e Criação No projeto elaborado pela Organização das Nações Unidas (ONU), presidida pela primeira-ministra da Noruega Gro Harlem Brudtland, na Comissão Mundial sobre Meio Ambiente eDesenvolvimento, utilizou-se pela primeira vez, em 1983, o termo “DesenvolvimentoSustentável”, no qual se integra a questão ambiental ao termo “Desenvolvimento Econômico”. Apartir disso, implementou-se o incentivo à prática dos 3R’s: Redução, Reutilização e Reciclagem,que orientam, respectivamente, minimizar a obtenção de produtos desnecessários, reaproveitarembalagens e, por fim, separar o que pode ser utilizado como matéria-prima na fabricação deoutros produtos. Com esse incentivo, uma das áreas que muito se desenvolveu foi a reciclagem das latas dealumínio. O processo inicial, ou seja, a compactação da lata, necessária para a redução do espaçoocupado pela mesma, era feita pelos próprios catadores de latas, utilizando para isso a própriaforça do corpo, normalmente pelo pé, o que pode causar lesões e desconforto. Buscando a melhoria na eficiência deste processo, foi criado o amassador de latasexclusivamente mecânico, onde a força física ainda é utilizada, porém os riscos de lesões porparte do ato de amassar a lata é, sem dúvidas, menor, pela razão de não haver contato do corpocom a lata na hora da compactação. Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

Avanços tecnológicos promoveram um sistema ainda mais eficiente, que dispensa o uso deforça física na primeira fase do processo de reciclagem. Assim, surge o amassador de latasautomatizado, que proporciona uma maior economia de tempo, espaço, conforto, além de evitarpossíveis lesões ao corpo humano.2.2 Justificativa da escolha do pistão pneumático A escolha do pistão pneumático se deu por este trabalhar com ar comprimido, já que é umprojeto que visa o meio ambiente e esta é uma forma não poluente de se gerar força. O ar comprimido é formado pelo ar atmosférico compactado por meios mecânicos, ou seja,por compressores que compactam o ar até a pressão de trabalho desejada. Trabalhar com o arcomprimido garante segurança a partir do perfeito funcionamento do equipamento diante detemperaturas externas, não exigindo instalações de proteção contra explosão e sobrecargas. Outravantagem é que o sistema de filtragem torna o ar comprimido limpo e se eventualmente ocorrervazamento nas tubulações, ou em outros elementos mal vedados, o ambiente não ficará poluído.Logo, o ar comprimido não produz impurezas. O ar comprimido pode, sem dificuldade, ser armazenado, em reservatórios sendoindispensável nos aparelhos pneumáticos, pois permite alcançar altas velocidades de trabalho aotransformarem a energia pneumática em movimentos retilíneos por longas distâncias.3. Metodologia Fundamentado na estrutura e objetivado no amassador de latas exclusivamente mecânico, ogrupo “LEDFOUR” produziu o protótipo de um compactador automatizado, controlado por meiode um microcontrolador auxiliado por sensores fim de curso e LED’S receptores e emissores deraios infravermelhos. Inicialmente, foi definida a estrutura eletrônica, na qual havia as opções de se trabalhar comporta paralela ou microcontrolador. Concluiu-se que a melhor opção seria uma estruturamicroprocessada. Com a ajuda de programas simuladores, Proteus Isis 7 Professional e Ares 7Professional, a placa de circuito foi confeccionada. Posteriormente, com o programa Sketchup 8foi possível fazer um esboço da estrutura mecânica e dimensionamento do pistão, duto (localonde armazenará e conduzirá as latinhas de alumínio), fonte alimentadora, placas de circuitos,válvula solenoide e sensores fim de curso e infravermelho. Os componentes do esmagador de latas são: um pistão pneumático, uma válvula solenoide,uma fonte de alimentação e duas placas de circuito, sendo uma de controle, microcontrolador PIC16F628A, resistor de 330nΩ, dois capacitores (um de 0.33µF e outro de 0.1 µF), seis bornes paraconexões, estes responsáveis de dispensar o uso de soldas, LED, infravermelho, dois sensores defim de curso, uma chave seccionadora, um regulador de tensão 7805, um relé de 5V, um diodon4007. Para impulsionar o pistão, foi utilizado um compressor odontológico.Válvula Solenoide – Interrompe ou viabiliza o fluxo de ar que provém do compressor. Ela éformada por duas partes principais, que são corpo e bobina solenoide. A bobina é constituída porum fio enrolado em um cilindro. Ao passar corrente elétrica neste fio, será gerada uma força nocentro da bobina, o que faz com que o êmbolo da válvula seja acionado, proporcionando assim osistema de abertura e fechamento. Já o corpo possui um dispositivo que permite que haja apassagem de fluídos, quando sua haste é acionada pela força da bobina. Esta força fará com que opino seja puxado para o centro da bobina, permitindo a passagem do fluído. Já o processo de Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

fechamento dessa válvula ocorrerá quando a bobina perde energia, porque o pino exerce umaforça com o seu peso e com a mola que tem instalada.Compressor Odontológico - Fornece ar para impulsionar a haste do pistão, sendo o mesmo nãocontrolado pela placa de controle, pela razão deste não ser de ar direto e sim a balão, ou seja,quando este chega a uma determinada pressão interna o mesmo irá interromper o seu trabalho evoltará quando tiver uma oscilação de 2 bar, atingindo o valor máximo de 6,9 bar e o valormínimo de 4,9 bar.Pistão pneumático com cilindro de dupla ação - Transformar a pressão do ar confinado emmovimento linear de uma única direção. A força resultante é produto da área do diâmetro internocom a pressão de trabalho. Possui duas aberturas, uma para o avanço e outra para o retorno.Microcontrolador PIC 16F628A - O mesmo é composto pela ULA (Unidade Lógica Aritmética- do inglês ALU), que está diretamente ligado ao registrador W (Work). No canto superioresquerdo temos a memória de programa e saindo desse bloco temos um barramento de 14 bits(Program Bus 14). Mais ao centro está à memória de dados (RAM). Ela já possui o barramentode 8 bits (Data Bus 8). Do lado direito podemos visualizar as portas com todos os seus pinos deI/O. Na parte inferior se encontram os periféricos, tais como a EEPROM, os Timers, ocomparador interno, o módulo CCP e a porta serial USART. Um pouco mais ao centro temos oregistrador STATUS. Na parte superior temos ainda o contador de linha de programa (ProgramCounter) e a pilha de oito niveis (Stack). Temos ainda os circuitos internos de reset, osciladores,Watchdog Timer (WDT), Power-up e Brown-out internos. Segundo os dados do datasheet daMicrochip.4. Resultados Este projeto está adequadamente elaborado seguindo os requisitos do projeto ARHTE, alémde incentivar e colaborar para o processo de reciclagem. A compressão das latas através de um pistão pneumático controlado por um sistemamicroprocessado é uma alternativa econômica e ambientalmente viável para a implantação desteamassador de latas em bares e restaurantes, além de estádios de futebol, a fim de contribuir paracom o processo de reciclagem. O volume ocupado por essas latas é facilmente reduzido,facilitando o armazenamento e transporte das mesmas. O volume ocupado pela lata antes dela ser amassada é de 132,03cm³ correspondente a 350ml, após a ação do compactador a mesma irá ficar com aproximadamente 52,81cm³, ou seja,140ml.5. Desenho técnico A estrutura mecânica do protótipo inicialmente foi feita no simulador Sketchup versão 8,porém algumas dificuldades foram detectadas, como o posicionamento dos sensores fim de cursoe infravermelho. Pensava-se inicialmente no alumínio como material para a estrutura mecânicado trabalho. Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

1 2 Figura (1) e (2) – Em (1) visão frontal, e em (2) visão lateral do primeiro desenho estrutural elaborado pela equipe. A preocupação com a resistência do material ao impacto do pistão induziu a mudança domaterial de alumínio para placa de ferro de 3mm, além de mudanças para a otimização de espaçoe locais para dimensionar os sensores. Mesmo com as mudanças, ainda foram encontradasdificuldades para dimensionamento dos sensores. 3 4 Figura (3) e (4) – Em (3) visão semilateral, e em (4) visão frontal do segundo desenho estrutural elaborado pela equipe. Novamente, não foram verificadas soluções para o problema do dimensionamento, havendo anecessidade de elaborar outro desenho estrutural. Por fim, a estrutura final foi elaborada tendo comobase o desenho seguinte: 5 6 Figuras (5) e (6) – Em (5) visão semilateral, e em (6) visão frontal do desenho estrutural final elaborado pela equipe. Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

7 8 Figuras (7) e (8) – Em (7) visão superior, e em (8) visão inferior do desenho estrutural final elaborado pela equipe.6. Programação #include <16F628A.h> #define led_power PIN_B0 // indica que o amassador está ligado #define led_teste PIN_B2 // indica que o PIC está funcionando corretamente. #define sensor_fdc1 PIN_B3 // sensor fim de curso 1 (posição inicial) #define sensor_fdc2 PIN_B4// sensor fim de curso 2 (posição final) #define sensor_infra PIN_B5 // infravermelho para detectar a presença de uma lata #define pistao PIN_B6 // relé da válvula que controla o pistão output_high(led_power); // pistão na posição inicial while(!input(sensor_fdc1)){ output_low(pistao); // pistão volta } //Entra no loop: while(true){ output_high(led_teste); // indicando que o PIC está funcionando if(input(sensor_infra)){ // detectou a lata while(input(sensor_fdc1 ) && input(sensor_infra)){ output_high(pistao); // pistão avança delay_ms(800); output_low(pistao); // pistão volta à posição inicial delay_ms(300); output_low(led_teste); delay_ms(100); // faz com que o intervalo que o led pisca seja perceptível }}}} Tendo como base a programação acima, encontra-se abaixo a visualização do fluxograma: Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

7. Discussão Matemática Força e pressão são grandezas físicas importantes para a pneumática. Força - é um agente capaz de provocar deformações (efeito estático) ou acelerações (efeitodinâmico) em um corpo. Pressão – é o quociente da divisão da intensidade de uma força pela área onde ela atua. A força do pistão é obtida a partir da fórmula: ( ) Onde F representa Força, em Newtons, P representa a pressão do ar comprimido queimpulsiona a haste do pistão, em bar ou Pascal, e A representa a área útil do êmbolo, em cm².Nesta fórmula, estamos desprezando as forças de atrito. Logo, no curso de avanço: Onde D representa o diâmetro do êmbolo. Desconsiderando as perdas por causa da vazão da mangueira que transportará o fluxo de arcomprimido e admitindo-se  = 3,14, D = 1,27cm, , e P = 6,9 bar, temos: | A pressão que o tarugo acoplado ao pistão irá exercer para amassar a lata será calculada apartir dessa força: ( ) Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

A área da secção transversal do tarugo é de 9π cm². Substituindo os valores, temos que: P é a pressão em bar, F é à força do pistão em kgf, e A é a área da secção transversal dotarugo em cm². Tendo como parâmetro um material de liga 1050³, têmpera4 H 14, limite de escoamento de70 Mpa ou 700 bar, é necessário que haja sobre a área da espessura do alumínio no meio da latauma pressão igual ou superior a esse limite de escoamento para que se tenha regime plástico, ouseja, amasse com deformação irreversível, pois se esse valor for menor, ela deforma em regimeelástico. A força efetiva sobre a lata é igual ao produto da pressão do tarugo pela área do fundo dalata. Só que, ao longo da lata, a área constituída de alumínio é bem menor, sendo umacircunferência. A força sobre a lata dividida pela área neste local resultará numa pressão que teráque ser maior que o valor de 700 bar. Nos testes feitos com o amassador, verificou-se que essevalor foi atingido ou ultrapassado, já que houve deformação irreversível da lata.Fundo da lata Meio da lata Legenda: Alumínio A velocidade do pistão pode ser proporcionalmente elevada de acordo com a bitola damangueira a ser utilizada para conectar o ar provindo do compressor odontológico à válvula, emuma relação inversa. A explicação disso é feita a partir do entendimento de vazão, ou seja, arelação de volume sobre tempo. Se o volume de ar sobre tempo fornecido será o mesmo em umamangueira de bitola menor, a velocidade então irá aumentar, pois a vazão é a mesma. ( ) ( ) Logo, Q representa a vazão em m³/s, A representa a área de secção transversal da mangueira emm², t representa o tempo em s (segundos), e v representa a velocidade em m/s. A força do pistão pode ser elevada com a utilização de compressores de maior pressão.8. Orçamento Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

Materiais Quantidade Valor unitário Valor TotalRelé de 5v 1 R$ 5,00 R$ 5,00Válvula Solenóide 1 R$ 70,00 R$ 70,00Pistão Pneumático 1 R$ 120,00 R$ 120,00Placa de cobre (25x25cm) 1 R$ 25,00 R$ 25,00Sensor Fim de curso 2 R$ 16,00 R$ 32,00Infravermelho 1 R$ 9,00 R$ 9,00Microcontrolador 1 R$ 15,00 R$ 15,00Bournes 6 R$ 0,50 R$ 3,00Fonte de alimentação 1 R$ 100,00 *********Compressor 1 R$ 400,00 ********* Tabela 1:Estrutura mecânica 1 R$ 300,00 R$ 300,00 Gastos tidos para aCapacitor 1 R$ 0,50 R$ 0,50 construção do protótipo.Resistor 1 R$ 0,20 R$ 0,20Diodo 1 R$ 1,00 R$ 1,00LED 1 R$ 0,50 R$ 0,50Soquete 1 R$ 2,00 R$ 2,00Percloreto de ferro 500g R$ 18,00 R$ 18,00Acrílico 50x33cm R$ 40,00 R$ 40,00 ********* Não houvePlotagem 50x33cm R$ 25,00 R$ 25,00 gasto TOTAL R$ 666,209. Considerações finais9.1 Conclusão Segundo a equipe, o conhecimento teórico e a prática têm que andar lado a lado para asuperação de obstáculos na elaboração do projeto. Com o intuito de ganhar experiência e juntar os conhecimentos adquiridos em sala de aula, aequipe desenvolveu o amassador de latas visando a sustentabilidade, reciclagem, apoio à eventosculturais, como a copa do mundo e preservar a saúde humana. E, se essa iniciativa sustentável começar a partir dos próprios estabelecimentos quecomercializam esses produtos, mais latas de alumínio estarão em condições de serem recicladas,além de diminuir os riscos daqueles que catam essas latas em lixões.9.2 Agradecimentos A equipe “LEDFOUR” agradece pelo apoio e pelas críticas recebidas, fundamentais para aconstrução do Amassador de latas. Agradece a todo o corpo técnico do ARHTE, em especial aSergio Ricardo e Christianne Dalforno, a equipe do Núcleo de Mecatrônica e Robótica (NMR) edo Núcleo de Mecânica Aplicada, além de Cleber Albert Marques, do laboratório demicrocontroladores, Bruno Cavalcanti, amigos e familiares.10. Referências / Citações Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

¹ e ² estão disponíveis em: http://www.fazfacil.com.br/materiais/reciclagem_metal.html.Acessado em 11/11/10.³Têmpera é uma condição aplicada ao metal ou liga, através de deformação plástica a frio ou detratamento térmico, propiciando-lhe estrutura e propriedades mecânicas características.4 Alumínio comercialmente puro, muito dúcteis no estado recozido, indicadas para deformação afrio. Estas ligas têm excelente resistência à corrosão, a qual é crescente com o aumento da purezada liga.Disponível em: http://www.alcoa.com/brazil/pt/alcoa_brazil/pdfs/fundamentos-Alum%C3%ADnio.pdf. Acessado em 03/10/11.LivroMecânica dos materiais, FERDINAND P. Beer at al, 5ª EDIÇÃO, Editora Bookman.InternetDisponível em: http://www.acser-automacao.com.br/_downloads/3.pdf. Acessado em 15/10/11.Disponível em: http://www2.camara.gov.br/agencia/noticias/MEIO-AMBIENTE/202045-AMASSADORES-DE-LATINHAS-PODERAO-SER-OBRIGATORIOS-EM-BARES-E-RESTAURANTES.html. Acessado em 28/09/11.Disponível em:http://www.camara.gov.br/proposicoesWeb/fichadetramitacao?idProposicao=497380. Acessadoem: 28/09/11.Disponível em: http://www.etepiracicaba.org.br/cursos/apostilas/mecanica/3_ciclo/autopneu.pdf.Acessado em 20/10/11.Disponível em:http://www.extranetparker.com.br/download/automation/pdf/man_tirantado125_200_por.pdf.Acessado em 20/10/11.Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-17592004000200004. Acessado em 14/10/11. “Automatic Cans Compactor”Abstract: The “LED FOUR” team chose to construct the automatic cans compactor with aresistant iron structure and a pneumatic system made with limit sensors and infrared LED’s andthe microcontroller programmed in C++ language. This project was developed aiming canscompression process upgrade from a microprocessor that helps the recycling process,minimizing manpower and discarding the use of a computer that provides a timeless and morecomfortable operation. The use of cans in 2014, the world cup year in Brazil, tends to be muchhigher so we are looking to the importance of the use of it inside football stadiums.Key-words: Cans compactor, Microcontroller, ARHTE. Projeto Interdisciplinar ARHTE. Universidade Salvador - UNIFACS E-mail: apoio.arhte@gmail.com

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