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7/24/2019 TCC - 06.05.2015
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE SO
PAULO
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAO INDUSTRIAL
GABRIEL PRIETO ROMERO
KLEBER GONALVES PEREIRA
MATHEUS FREITAS PESTANA
ROBSON SANTOS
THIAGO RIBEIRO MORAIS
PROTTIPO AUTOMATIZADO DE MISTURADOR DE CORANTES A
PARTIR DE CORES PRIMRIAS
Cubato2014
7/24/2019 TCC - 06.05.2015
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GABRIEL PRIETO ROMERO
KLEBER GONALVES PEREIRA
MATHEUS FREITAS PESTANA
ROBSON SANTOS
THIAGO RIBEIRO MORAIS
PROTTIPO AUTOMATIZADO DE MISTURADOR DE CORANTES A
PARTIR DE CORES PRIMRIAS
Cubato2014
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P967
Prottipo Automatizado de Misturador de Corantes a Partir de
Cores Primrias / Gabriel Prieto Romero ... [et al.].
Cubato, 2015.74 f. ; 30 cm.
Trabalho de Concluso de Curso (Tecnologia emautomao industrial) Instituto Federal de Educao,Cincia e Tecnologia, Cubato, 2015.Orientador: Prof. Msc. Alexandre Manioba de Oliveira
1. Projeto. 2. Automao 3. Tonalidades. 4. Arduno. 5.Labview. I. Pereira, Kleber Gonalves. II. Pestana, MatheusFreitas. III. Santos, Robson. IV. Morais, Thiago Ribeiro.
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GABRIEL PRIETO ROMERO
KLEBER GONALVES PEREIRA
MATHEUS FREITAS PESTANA
ROBSON SANTOS
THIAGO RIBEIRO MORAIS
PROTTIPO AUTOMATIZADO DE MISTURADOR DE CORANTES A
PARTIR DE CORES PRIMRIAS
Trabalho de Projetos de Integrao
apresentado ao Instituto Federal de
Educao, Cincia e Tecnologia De SoPaulo, como parte dos requisitos para
obteno do ttulo de Tecnlogo de
Automao Industrial.
Aprovado em: __________________________
Banca Examinadora:
_____________________________
Prof. Orientador MSc. Alexandre Manioba de OliveiraIFSP - Campus Cubato
_____________________________
Prof. Orientador Dr. Charles Artur dos Santos de OliveiraIFSP - Campus Cubato
_____________________________Prof. Orientador MSc. Ataliba Capasso MoraesIFSP - Campus Cubato
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AGRADECIMENTOS
Agradecemos aos nossos familiares, que nos apoiaram nesses anos de
estudo com sua compreenso e carinho, auxiliando na realizao desse grande
sonho.
Nosso muito obrigado aos nossos colegas de turma, em especial aos
colegas Marcio de Jesus Santos, Israel Lima, Cristiane dos Santos Guimares e
Rubens Felix da Silva, que nos apoiaram de infinitas maneiras. E no nos
esqueamos do colega Matheus Vendramelli, que junto a ns iniciou a ideia do
nosso projeto, formando o embrio que hoje nasceu e nos d muita alegria.
Aos tcnicos de laboratrios deste conceituado campus e funcionrios de
demais reas que nos auxiliaram dando infraestrutura e espao para darmos formas
as nossas ideias.
Aos docentes deste nobre Instituto, em destaque ao Prof. MSc. Alexandre
Manioba de Oliveira, que acreditou no nosso projeto e nos mostrou que se temos
uma grande ideia, devemos lev-la at sua concretizao.
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RESUMO
O projeto a seguir teve como objetivo desenvolver um modelo conceitual e
prottipo, que o valide, para a automao do processo de mistura de tonalidades
CMYK com uma gama pr-estabelecidas de cores, utilizando uma metodologia de
projeto hbrida das metodologias Norton, Shigley e 2HL. O desenvolvimento do
projeto visa minimizar tempo e maximizar a qualidade no preparo das misturas,
fazendo uso de dispositivos que faam, de fato, esses papis. A automao do
processo partir de uma interface homem-mquina, que ser atendida por um
microcontrolador Arduino e supervisionada por sistema feito em LABVIEW, onde
atravs dele sero controlados volumes, vazo e nvel. Os resultados deste trabalho
apontam para um modelo eficaz, com completa interao dos dispositivos
envolvidos, com fcil e intuitiva operao de sua interface, o que levou a concluso
de que o modelo totalmente factvel para uso.
Palavras-chave: Projeto. Automao. Tonalidades. Arduino. LABVIEW.
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ABSTRACT
The following project was to develop a conceptual model and prototype,
validate that, for the automation of the CMYK shades of mixing process with a pre-
established range of colors using a hybrid design methodology of Norton
methodologies, Shigley and 2HL. The development project aims to minimize time
and maximize quality in the preparation of the mixtures, using schemes that, in fact,
these roles. The automation of the process will take a man-machine interface, which
will be answered by an Arduino microcontroller and supervised by system made in
LABView where volumes, flow and level will be monitored through it. The results of
this study point to an effective model, with full interaction of the devices involved, with
easy and intuitive operation of its interface, which led to the conclusion that the
model is completely feasible to use.
Key-words: Project. Automation.Shades.Arduino.LABView.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Cubo RGB (MANIOBA, 2008) ................................................................ 21
Figura 2 - Observao de cores no Sistema Subtrativo. (ROCHA, 2013) ................. 22
Figura 3 - Escala Pantone e Propores no Modelo CMYK (LIMA, 2013) ................ 23
Figura 4 - Fluxograma da metodologia de projeto de mquina MANIOBA (2008).
(MANIOBA, 2008) ................................................................................................... 25
Figura 5Medio de nvel por ondas ultrassnicas (COELHO, 2008) ................... 27
Figura 6Medidor de Vazo tipo Turbina (WEBTRNICO, 2012) .......................... 29
Figura 7 - Vlvula solenide de ao direta de duas vias (GAXIOLA, 2011) ............ 30
Figura 8Placa Arduino Mega 2560 (ARDUINO.CC, 2014) .................................... 32
Figura 9 - Diferena entre Linguagem de Texto e Linguagem Grfica (CELINO,
2009) ......................................................................................................................... 33
Figura 10 - Ambiente de programao LabVIEW (SOUZA; BATISTA; JUNIOR,
2013) ......................................................................................................................... 33
Figura 11Painel de Controle das Quantidades ...................................................... 37
Figura 12LED RGB assumindo a tonalidade escolhida ......................................... 38
Figura 13Diagrama de blocos ............................................................................... 38
Figura 14Esquema de montagem ......................................................................... 39
Figura 15Painel de Converso .............................................................................. 40
Figura 16Diagrama de blocos da converso ......................................................... 40
Figura 17Diagrama do prottipo ............................................................................ 42
Figura 18 - Painel base ............................................................................................. 43
Figura 19Tanque reservatrio ............................................................................... 43
Figura 20Padro de acoplamento da tubulao ..................................................... 44Figura 21Vlvula solenoide padro ....................................................................... 45
Figura 22Sensor de vazo padro ........................................................................ 46
Figura 23 - Instalao medidor de vazo Hall (CONTECH,2013) ............................. 47
Figura 24 - Medidor rente a solenoide ....................................................................... 47
Figura 25Posio funcional do medidor de vazo .................................................. 48
Figura 26 - Optoacoplador (ZHENG, 2014) ............................................................... 50
Figura 27Gama de cores (GUARANYIND,2014) .................................................... 51Figura 28Tubos de corantes (GUARANYIND,2014) ............................................... 52
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Figura 29Soluo primria base gua ................................................................... 53
Figura 30Soluo base guache ............................................................................... 54
Figura 31Soluo definitiva base leite .................................................................... 55
Tabela 6Padres e Propores das cores ............................................................. 56
Figura 32Definio cores azul e verde .................................................................. 56
Figura 33- Posio do Sensor ultrasnico no tanque ................................................ 58
Figura 34Diagrama de Blocos primrio do Sensor HC-SR04 (NI, 2014) ............... 59
Figura 35Diagrama de blocos para testes do Sensor HC-SR04 ........................... 59
Figura 36Interface de Testes para o Sensor HC-SR04 ......................................... 60
Figura 37Diagrama de blocos para testes do Sensor de Vazo ........................... 61
Figura 38Interface para testes do Sensor de vazo .............................................. 61
Figura 39Diagrama de Blocos para Testes de rels ............................................. 62
Figura 40Tanque com dispositivos acoplados ....................................................... 63
Figura 41- Diagrama de Blocos para testes do primeiro tanque ............................... 63
Figura 42Interface do Sistema supervisrio .......................................................... 64
Figura 43Diagrama de Blocos do Nvel dos Tanques ........................................... 65
Figura 44Incio do processoCor Azul ................................................................ 65
Figura 45a - Fluxogramas de rotinas (Incio) ............................................................. 67Figura 45b - Fluxogramas de rotinas (Rotina A)........................................................ 68
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Volume de Tinta produzido no Brasil em milhes de litros ........................ 14
Tabela 2: Faturamento da Indstria de Tinta no Brasil em milhes de Dlares ........ 15
Tabela 3 - Metodologia de projeto de mquina adotada ........................................... 24
Tabela 4Teste de pulsos tanque 1 ........................................................................ 49
Tabela 5Teste de pulsos tanque 2 ........................................................................ 49
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SUMRIO
CAPTULO 1 - Introduo ..................................................................................... 13
1.1 Motivao ..................................................................................................... 14
1.2 Problemtica ................................................................................................ 16
1.3 Objetivos ...................................................................................................... 16
1.4 Estrutura do Trabalho ................................................................................... 17
CAPTULO 2 -Fundamentao Terica ................................................................ 18
2.1 Estudo das Cores e Tonalidades ................................................................. 19
2.1.1 Sistemas de Cores ................................................................................ 19
2.1.2 Sistema de Cores Aditivo ...................................................................... 20
2.1.3 Sistema de Cores Subtrativo ................................................................. 21
2.1.4 As Cores e as Tintas ............................................................................. 22
2.2 Metodologias ................................................................................................ 24
2.2.1 Metodologia de Projeto de Mquina ...................................................... 24
2.3 Viso Geral dos Componentes Eltricos ...................................................... 26
2.3.1 Sensores ............................................................................................... 26
2.3.1.1 Definies Importantes ................................................................... 272.3.1.2 Sensor de Nvel Ultrassnico .......................................................... 27
2.3.2 Medidores de Vazo .............................................................................. 28
2.3.2.1 Medidor de Vazo por Turbina ........................................................ 29
2.3.3 Vlvulas ................................................................................................. 30
2.3.3.1 Vlvula Solenide ........................................................................... 30
2.3.4 Arduino .................................................................................................. 31
2.3.5 LabVIEW ............................................................................................... 322.3.5.1 LIFALabview Interface for Arduino .............................................. 34
CAPTULO 3 - Desenvolvimento .......................................................................... 35
3.1 Identificao da Necessidade e Definio do Problema .............................. 36
3.2 Sntese ......................................................................................................... 37
3.2.1 Pr-prottipo com LED RGB Alusivo a Mistura das Tintas .................... 37
3.2.1.1 Implementao de um Modelo Conversor RGB-CMYK .................. 39
3.3 Prottipo Misturador de Tintas Automatizado com Controle de Nvel,
Vazo e Tonalidade ............................................................................................... 41
3.3.1 MontagemMateriais e Mtodos.......................................................... 42
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3.3.1.1 Divergncias de MontagemSensor de Vazo ............................. 46
3.3.1.2 Proteo Eltrica/Eletrnica ............................................................ 50
3.3.1.3 Optoacopladores ............................................................................. 50
3.3.2 CoresMateriais e Testes .................................................................... 51
3.3.2.1 Procedimentos de Testes................................................................ 52
3.3.2.2 Validao Base Branca ................................................................... 53
3.3.2.3 Acertos e Definies ....................................................................... 55
3.3.3 Modelo de Comunicao ....................................................................... 57
3.3.4 Interface de Operao ........................................................................... 57
3.3.4.1 IVs de Testes................................................................................. 57
3.3.4.2 IV de Testes - Sensor Ultrasnico ................................................... 583.3.4.3 IV de TestesSensor de Vazo ..................................................... 60
3.3.4.4 IV de TestesRels (Acionamento da Vlvula Solenide) ............ 62
3.3.4.5 VI de TesteConjunto do Primeiro Tanque ................................... 62
3.3.5 Sistema Supervisrio ............................................................................. 64
3.4 Fluxograma de Funcionamentos .................................................................. 67
CAPTULO 4 - Concluses ................................................................................... 69
APNDICES .......................................................................................................... 74APNDICE 1 Esquema Eltrico e Comunicao dos Sensores de
NvelUltrassnicos ............................................................................................. 74
APNDICE 2Esquema Eltrico e Comunicao dos Sensores de Vazo ..... 75
APNDICE 3 Esquema Eltrico, Proteo e Comunicao dos Rels para as
Vlvulas Solenides ........................................................................................... 76
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CCAAPPTTUULLOO11
-INTRODUO
No primeiro capitulo ser apresentada a motivao em realizar esta pesquisa
e trabalho, bem como toda a problemtica, objetivos e a organizao do documento.
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1.1 Motivao
O Brasil vive nestes ltimos anos uma ascenso mundial muito importanteque impulsiona vrias reas da indstria e infraestrutura deste pas. Isto torna o
pas, por sua grandeza e necessidades, um dos maiores produtores e fabricantes de
vrios produtos, um deles a tinta. Neste ramo, ele encontra-se entre os maiores
fornecedores mundiais de matrias-primas e insumos (ABRAFATI, 2013).
Atravs de dados disponibilizados pela ABRAFATI (2013), os segmentos em
que o setor de tintas se divide so:
- Tinta imobiliria: representa cerca de 80% do volume total e 63% dofaturamento
- Tinta automotiva (montadoras): 4% do volume e 7% do faturamento
- Tinta para repintura automotiva: 4% do volume e 8% do faturamento
- Tinta para indstria em geral (eletrodomsticos, mveis, autopeas,
naval, aeronutica, tintas de manuteno etc.): 12% do volume e 22% do
faturamento.
Na Tabela 1 observa-se o crescimento do volume de tinta fabricada no
Brasil, o que influencia no grande aumento do faturamento das empresas
produtores, o que apontado na Tabela 2.
Tabela 1: Volume de Tinta produzido no Brasil em milhes de litros
ANO Imobiliria Repintura Ind. Automotiva Ind. Geral TOTAL
2012 1.119 55 49 176 1.398
2011 1.119 52 51 176 1.398
2010 1.083 51 50 174 1.359
2009 982 47 46 157 1.232
2008 975 49 48 171 1.243
2007 800 45 42 158 1.045
2006 741 40 40 147 968
2005 722 40 39 141 942
2004 701 37 37 138 9132003 662 34 31 133 860
Fonte: ABRAFATI, 2013
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Tabela 2: Faturamento da Indstria de Tinta no Brasil em milhes de Dlares
ANO Imobiliria Repintura Ind. Automotiva Ind. Geral TOTAL
2012 2.728 355 281 919 4.282
2011 2.865 355 309 965 4.503
2010 2.470 310 270 850 3.900
2009 1.936 246 204 648 3.033
2008 1.983 262 221 727 3.193
2007 1.448 223 171 600 2.442
2006 1.206 191 152 501 2.050
2005 1.110 180 135 455 1.880
2004 888 139 107 366 1.500
2003 792 119 79 330 1.320Fonte: ABRAFATI, 2013
Com este crescimento de demanda, aumenta a procura por produtos mais
segmentados e personalizados, tonalidades de cores diferentes das que so
encontradas facilmente no mercado. Estas tonalidades diferentes impactam, por
exemplo, na divulgao e venda de produtos, na decorao de ambientes
residenciais, nas diferentes cores de modelos automotivos. Entretanto, esta
personalizao de cores influencia no valor final de empreendimentos e automveis,
a menos que se usem tcnicas que visam diminuir custos na produo de tintas, por
consequncia o valor do produto final. Uma delas a mistura de tons de cores.
Misturando cores, com propores variadas, conseguem-se incontveis
tonalidades de cores. Com o uso de um misturador de tintas tem-se a opo de
fazer este processo de forma automatizada e ter a cor desejada de forma rpida e
com custos reduzidos.
Com base nesta relevncia (baixo custo e agilidade) apontada para a tcnica
de obteno de cores diferentes a partir da mistura de algumas cores primrias,
motivou-se esse trabalho de pesquisa e desenvolvimento de um equipamento de
mistura de tintas.
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1.2 Problemtica
Devido ao crescimento do mercado de tintas (ABRAFATI, 2013), observou-
se um aumento quanto exigncia de diferentes produtos para atender a demanda
de variados consumidores, que querem seu material com tonalidades cada vez mais
distintas para personalizar seus produtos.
A indstria de tintas no tem grande flexibilidade quanto ao processo de
fabricao de cores e tons diferentes, para isso usa o artifcio de mistura de tons.
Este processo pode ser feito, porm com especificaes dadas ainda pelo prprio
fabricante, limitando as escolhas do usurio final desta tinta.
1.3 Objetivos
Este projeto tem como objetivo definir o conceito de um equipamento para a
automao do processo de mistura de tintas para chegar a uma cor definida pelo
usurio no incio do processo. Para isso, desenvolve-se um estudo de um modelo
conceitual e prottipo de misturador de tintas que ajudou a atingir as tonalidadesrequeridas.
O usurio tem a opo de escolher cores pr-definidas pelo sistema ou
personalizar a cor que preferir partindo das cores primrias. Tambm pode solicitar a
quantidade do produto final, respeitando a quantidade mnima e mxima que o
misturador atende.
Tem-se como expectativas a serem alcanadas os seguintes pontos:
Maior flexibilidade quanto variedade de cores; Estoque de matria-prima padronizado, diminuindo custo de estocagem e
facilitando reposio;
Agilidade na produo da cor solicitada;
Fidelidade quanto proporo de cores solicitadas.
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1.4 Estrutura do Trabalho
Este trabalho est organizado inicialmente em quatro captulos. Inicialmente
o Captulo 1 contendo a introduo ao projeto. No Captulo 2 apresentada a
fundamentao terica sobre assuntos correlatos ao trabalho. O Captulo 3 descreve
o desenvolvimento do prottipo e no Captulo 4 apresentada a concluso e as
propostas futuras para o projeto. Em anexo segue as referncias bibliogrficas e
glossrio.
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CCAAPPTTUULLOO22
-FUNDAMENTAO TERICA
Neste captulo sero revisados conceitos histricos e teorias correlatas ao projeto.
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2.1 Estudo das Cores e Tonalidades
O estudo das propriedades da cor fundamental na fabricao de tintas e
pigmentos. Cor o efeito provocado pela ao da luz sobre os olhos. A noo de cor
fica entre de branco, que a sntese das radiaes da luz, e de preto, que a
falta de luz. (DONADIO, 2011; CASTRO, 2002)
Newton foi o primeiro cientista a recombinar as cores do espectro,
descobrindo assim que todas as cores do espectro esto presentes no raio de sol
original. As partes do espectro luminoso se dividem em: vermelho, alaranjado,
amarelo, verde, azul e violeta. (DONADIO, 2011; CASTRO, 2002)
As cores so classificadas em primrias geradoras, secundrias e tercirias.
Cores primrias so as trs cores indecomponveis que, misturadas produzem todas
as cores. Elas no so as mesmas para fsica e para a pintura. Para fsica as cores
primrias so o vermelho o verde e o azul. J para a pintura, que abordamos neste
projeto so o ciano, magenta e amarelo. (FELIPPE, 2013; DONADIO, 2011)
As cores secundrias resultam da mistura, em proporo igual, de duas
cores primrias. J as tercirias so todas as outras cores que conhecemos,podendo ser a mistura de duas cores primrias em propores diferentes, a mistura
de trs cores primrias ou de uma primria com uma secundria. Dependendo da
proporo usada em cada cor, pode-se adquirir qualquer tonalidade possvel.
(FELIPPE, 2013; DONADIO, 2011)
Todas as cores podem passar por mais um processo onde se podem
conseguir outras tonalidades, a gradao. Conhecida como "dgrad", nada mais
que a adio gradativa da cor branca, ou preta, a uma cor primria ou secundria.Conseguem-se assim muitas outras tonalidades a partir de uma cor matiz (cor em
mxima intensidade).
2.1.1 Sistema de Cores
Devido a grande variedade de aplicaes que se podem empregar as cores,
como pintura, iluminao e emisso de imagens, existem padronizaes criadas
para explicar suas constituies. Denominam-se Sistemas de Cores.
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Como relatado anteriormente, as cores so dividas entre primrias,
secundrias e tercirias, todas dentro da gama do branco e do preto. A mistura de
determinadas cores primrias de um sistema de cores pode levar a cor branca e de
outro sistema de cores pode levar ao preto. Este fenmeno influenciado pela
incidncia da luz do sol nestas cores, que ao refletir extrai a onda de luz branca
dominante (subtrativo) ou na mistura de cores que acentuam esta onda (aditivo).
(MACHADO, 2006; ROCHA, 2013)
2.1.2 Sistema de Cores Aditivo
Este sistema de cores consiste nas cores que nossos olhos percebem as
cores primrias (verde, vermelho e azul), a mistura destas cores nos d a
interpretao de cores mais luminosas, sendo que na mistura das trs em sua
intensidade mxima a cor branca. Este sistema baseia-se na emisso direta de luz
nestas cores em um determinado ponto, e sua mistura resulta em uma nova cor.
Dependendo da intensidade de cada onda de luz, conseguem-se tons diferentes de
uma mesma cor. (MACHADO, 2006; ROCHA, 2013; FELIPPE, 2013; DONADIO,2011).
Como exemplo do sistema aditivo temos o modelo RGB, conhecido como
sistema cor-luz, usado vastamente em aparelhos emissores de luz, como a
televiso. Este sistema baseado na teoria dos 3 estmulos (Tristimulus Color
Theory) proposta por Young-Helmholtz. Esta teoria baseia-se no estmulo nos
pigmentos visuais nos cones da retina, que apresenta uma maior sensibilidade
quanto s ondas de cor vermelha, verde e azul. (MACHADO, 2006)
Para melhor entendimento de como feita a composio de cada cor no
modelo RGB (Fig. 1), representa-se geometricamente a determinao de uma cor
atravs dos vetores RGB (MACHADO, 2006).
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Figura 1 - Cubo RGB (MANIOBA, 2008).
Contando que cada vetor possui uma escala de 0 a 255, como comumente
usado para facilitar o calculo das propores de cores, a posio de origem (0,0,0)
corresponde cor preta e a posio (255,255,255) representa a cor branca.
Qualquer posio intermediria determina uma intensidade de cor diferente
(MACHADO, 2006).
2.1.3 Sistema de Cores Subtrativo
O sistema de cores subtrativo funciona da seguinte forma: quando uma onda
de luz branca incide em um objeto retornar para nossa percepo apenas a onda
relativa cor deste, absorvendo as ondas das demais cores.
Partindo deste princpio, entende-se que um objeto de cor preta ao receber a
luz branca (que nada mais que a juno de ondas de luz de vrias gamas de
cores) absorve todas as ondas, no refletindo alguma. (MACHADO, 2006; ROCHA,2013)
O modelo de cores mais usado o CMY (Ciano, Magenta, Amarelo).
Conhecido como sistema cor-pigmento, amplamente usado na rea de pintura.
Este modelo compreende as cores primrias subtrativas, ou seja, quando estas
cores tem a mesma proporo em sua intensidade mxima, chegamos cor preta.
(MACHADO, 2006; ROCHA, 2013)
Para uma perfeita visualizao das cores, faz-se necessrio o uso de fundobranco onde se aplica a tinta para melhor absoro da luz, refletindo perfeitamente a
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cor desejada. Na figura 2 mostra-se como se observa a cor de uma ma vermelha.
(MACHADO, 2006; ROCHA, 2013)
Figura 2 - Observao de cores no Sistema Subtrativo. (ROCHA, 2013)
2.1.4 As Cores e as Tintas
Como visto anteriormente, usa-se como base para pigmentos o sistema
subtrativo, principalmente o modelo CMY. Porm este sistema se mostra limitado em
algumas aplicaes. (MACHADO, 2006; ROCHA, 2013)
Em impresso de documentos coloridos usado um modelo semelhante,
onde se includa cor preta. Este modelo o CMYK.
A incluso da cor preta ao modelo se d por alguns fatores, como qualidade
de impresso e custos. No quesito qualidade de impresso o principal motivo seria
que o preto adquirido atravs das cores primrias no atingiria a pureza e
padronizao ideais, podendo at alterar a cor visualizada. Sem contar que com a
adio do preto, consegue-se melhora nos efeitos de degrad em algumas cores,
aumentando a quantidade de cores que podem ser impressas. (MACHADO, 2006;
ROCHA, 2013)
Quanto ao custo, o pigmento preto muito empregado em textos, sendo
usado mais amplamente que as outras cores e seu custo unitrio menor se
comparar com a mistura dos pigmentos primrios. (MACHADO, 2006; ROCHA,
2013)
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No mercado existem vrias escalas de cores que derivam do modelo
CMYK. Um que amplamente usado a escala Pantone. Esta escala permite o
controle das combinaes de cores a serem impressas atravs da proporo de
ciano, amarelo, magenta e preto quem compe cada cor. (MACHADO, 2006;
ROCHA, 2013)
Na figura 3, h um exemplo de como feita a proporo de cores. Onde se
percebe que as cores derivadas so tons de amarelo, baseados na adio, em sua
composio, de outras cores primrias nas devidas propores, contando com o
fundo branco, a fim de se obter a tonalidade final desejada. (LIMA, 2013)
Figura 3 - Escala Pantone e Propores no Modelo CMYK (LIMA, 2013)
A cor escolhida s ter a mesma caracterstica se for adotado o fundo
branco, pois a luz branca que ir incidir na superfcie pintada reflete a onda da cor
impressa e absorve as ondas restantes. Se o fundo for diferente do branco sero
refletidas as ondas desta cor, mudando a nossa percepo da cor realmente
impressa. (MACHADO, 2006; ROCHA, 2013)
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2.2 Metodologias
Metodologia consiste em uma reflexo acerca do conjunto de mtodos
lgicos e cientficos que so analisados e utilizados em uma determinada situao.
(FERREIRA. 2001)
2.2.1 Metodologia de Projeto de Mquina
A metodologia a ser usada neste projeto ser a Metodologia de Projeto de
Mquina (MANIOBA, 2008), que um hbrido das metodologias NORTON,
SHIGLEY e 2HL, suas etapas (Tabela 3) destacam o processos que definem odesenvolvimento e montagem do prottipo, partindo de todo um estudo prvio at o
momento de anlise desenvolvimento.
Tabela 3 - Metodologia de projeto de mquina adotada
N Etapa
1. Identificao da necessidade
2. Definio do problema
3. Definio dos objetivos
4. Sntese
5. Seleo e otimizao
6. Detalhamento do projeto
7. Prototipao
8. Anlise e otimizao9. Testes e validao
Fonte: MANIOBA (2008)
O fluxograma da metodologia de projeto de mquina a ser empregada neste
trabalho mostrado na Figura 4:
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Figura 4 - Fluxograma da metodologia de projeto de mquina MANIOBA (2008). (MANIOBA, 2008)
Esta metodologia, alm de abranger etapas importantes e mais precisas,
permite realimentao em qualquer etapa anterior, em qualquer combinao,
permitindo e facilitando qualquer melhoria e correo no processo de
desenvolvimento do projeto.
Em seguida, detalha-se a metodologia em questo por suas etapas.
Etapa 1 - Identificao da necessidade: Como exposto na Metodologia
SHIGLEY, esta etapa depende da sensibilidade e percepo do projetista para
encontrar-se uma necessidade de melhoria em um determinado cenrio.
Etapa 2 - Definio do problema: Para sanar uma necessidade, precisa-se
identificar o problema que a cria. Nesta etapa deve-se analisar de forma detalhada o
problema.
Etapa 3 - Definio dos objetivos: Definio de metas que devem ser
atingidas durante o desenvolvimento do projeto.Etapa 4 - Sntese: Desenvolvem-se vrias propostas, sem a exigncia de
perfeio. A criatividade a melhor caracterstica nesta etapa.
Etapa 5 - Seleo e otimizao: Aqui, as propostas da etapa anterior
devem ser analisadas e deve-se escolher a mais promissora, que ser lapidada para
ser encaminhada a prxima etapa. No havendo proposta que atenda os requisitos,
volta-se para etapa anterior.
Etapa 6 - Detalhamento do projeto: Cria-se o conceito do projeto,constando a escolha dos materiais a serem usados, seus testes e anlises. Depois
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de alguns aprimoramentos, d-se como concebido o projeto de construo do
prottipo.
Etapa 7 - Prototipao: Nesta etapa construdo o prottipo.
Etapa 8 - Anlise e otimizao:Aqui se analisa o prottipo qualitativamente
e otimizado.
Etapa 9 - Testes e validao: Elabora-se uma demanda de testes,
submetendo o prottipo as necessidades para o qual foi desenvolvido, controlando
assim se sua eficincia est garantida.
2.3 Viso Geral dos Componentes Eltricos
Disposto todo um estudo, torna-se possvel examinar possibilidades de
tornar o projeto vivel e funcional. Com o intuito de demonstrar, de modo mais
generalista, as funes e o funcionamento dos mecanismos que sero utilizados no
projeto, o capitulo a seguir mostrar essa viso, a fim de que, posteriormente sejam
especificados o modelo e o modo que sero utilizados na construo final.
2.3.1 Sensores
Segundo MORETTO (2005), o termo empregado para designar dispositivos
sensveis a alguma forma de energia do ambiente quer pode ser luminosa, trmica,
cintica, relacionando informaes sobre uma grandeza que precisa ser medida,
como: Temperatura, presso, velocidade, corrente, acelerao, posio etc.
Um sensor nem sempre tem as caractersticas eltricas necessrias para serutilizado em um sistema de controle. Normalmente o sinal de sada deve ser
manipulado antes da sua leitura no sistema de controle. Isso geralmente realizado
com um circuito de interface para produo de um sinal que possa ser lido pelo
controlador. (MORETTO, 2005)
Supondo que a sada de um sensor, ao ser sensibilizado por uma energia
externa, dada por um nvel de tenso muito baixo, torna-se necessrio a sua
amplificao. Essa interface seria ento um amplificador capaz de elevar o nvel do
sinal para sua efetiva utilizao. (MORETTO, 2005)
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2.3.1.1 Definies Importantes
H uma srie de caractersticas relacionadas aos sensores que devem ser
levadas em considerao na hora da seleo do instrumento mais indicado para
uma dada aplicao.
Os sensores de nvel so para o controle de lquidos ou gros slidos,
contidos em reservatrios, stios, tanques abertos, tanques pressurizados na
indstria. So teis na deteco de um nvel fixo (chave de nvel alarmar ou
sinalizar, quando atinge um determinado ponto) e na medio contnua.
Alm do princpio de funcionamento dos sensores de nvel, so
apresentadas suas caractersticas, vantagens, desvantagens e aplicaes.(GEORGINI, 2002)
2.3.1.2 Sensor de Nvel Ultrassnico
Baseado no princpio da reflexo das ondas sonoras. Quando uma onda
sonora atravessa um meio capaz de absorver som e incide em outro meio como uma
barreira, somente uma pequena poro absorvida e a maior parte da onda refletida pela barreira (Figura 5). A reflexo das ondas um eco. O tempo decorrido
entre o instante em que o sinal emitido e o instante em que o sinal refletido
recebido uma referncia para a posio do nvel. (COELHO, 2013)
Figura 5Medio de nvel por ondas ultrassnicas (COELHO, 2008)
Algumas caractersticas destes dispositivos:
- Frequncia da onda gerada: 1 a 20 kHz;
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- Faixa de medio: alguns centmetros at 30 metros ou mais;
- Preciso: 1 a 5%;
Aplicaes com este tipo de dispositivo podem ser vrias dentre elas:
- Utilizado quando a medio precisa ser efetuada sem que haja contato entre o
elemento de medio e o lquido do processo.
- Deteco de presena ou ausncia de objetos em esteiras;
- Medio da altura de objetos;
- Aviso de aproximao.
Vantagens:- Sem partes mveis sujeitas ao desgaste;
- Instalao simples e total ausncia de manuteno;
- Instalao em qualquer posio e para vrios nveis;
- No sofre interferncia de turbulncias, vibraes ou trepidaes;
- Mais econmico.
2.3.2 Medidores de Vazo
Os medidores de vazo so utilizados no controle do fluxo de fluidos de um
determinado processo. um dispositivo que permite quantificar lquidos, gases e
slidos que escoam por uma seo, fazendo uso de uma unidade de tempo, como:
litros por minuto.
Atualmente existem muitos tipos de medidores de vazo e princpios de
medio no mercado, como: Diferencial de Presso, Multivarivel, rea Varivel,Engrenagens Ovais, Turbina, Disperso trmica, Eletromagntico, Capacitivo-
magntico, Vortex, Coriolis e Ultrassnico. Quase todos os princpios de medio
podem medir tanto lquidos como gases. Para aplicao eles diferem em algumas
caractersticas especficas que, em geral, dependem diretamente do processo a ser
medido e do custo beneficio.
Os medidores com sada em pulso (deslocamento positivo, turbina, vortex,
coriolis) so indicados para totalizao; e os dispositivos com sada analgica (placa
de orifcio, magntico) so mais apropriados para registro e controle. (CHEIS, 2013)
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2.3.2.1 Medidor de Vazo por Turbina
O medidor de vazo tipo turbina (Figura 6) acoplado diretamente
tubulao do processo atravs de conexes sanitrias, roscas ou flanges. Estes
medidores so utilizados na medio de vazo em lquidos e gases, podendo ser
fabricados em diferentes materiais para atender a uma extensa gama de tipos de
fluidos.
Figura 6Medidor de Vazo tipo Turbina (WEBTRNICO, 2012)
Conhecidos tambm por tipo spin ou flowmeter, este modelo emprega um
eixo rotativo, instalado na direo da vazo, onde a velocidade de rotao
proporcional velocidade de escoamento do fluido. O movimento do rotor captado
por um sensor de efeito hall, que fornece um pulso a cada rotao.
Vantagens dos sensores Hall:- Velocidade de resposta;
- Robustez;
- Durabilidade;
- Variedade de formatos e sensibilidades;
- No necessita de encapsulamento especial;
- Medio sem contato.
Desvantagens:
- No so apropriados para medir campos magnticos de baixa intensidade.
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2.3.3 Vlvulas
Uma vlvula de controle tem como funo efetuar o controle final do
processo, de acordo com a malha de controle e seu ajuste, portanto a vlvula
manipula uma varivel para manter a varivel controlada dentro de seu set point.
Uma vlvula de controle composta basicamente por trs partes: um atuador; corpo
e internos; castelo e engraxamento (GIMENEZ, 2005).
2.3.3.1 Vlvula Solenoide
A vlvula solenoide, que ser utilizada nesse trabalho tem um princpio defuncionamento um tanto quanto simplificado. Basicamente, no ncleo da vlvula
existe uma agulha com uma parte metlica e um solenoide, similar ao da Figura 7, a
seguir.
Figura 7 - Vlvula solenoide de ao direta de duas vias (GAXIOLA, 2011)
Um solenoide um fio enrolado de forma espiral, fio esse que seja condutor
de corrente eltrica. Um solenoide produz campo magntico, similar ao campo
produzido por uma barra magnetizada. Porm esse campo gerado quando a
corrente eltrica est atuando sobre ele, portanto esse campo magntico pode ser
ligado e desligado.
O solenoide recebe uma tenso de 220V alternada na sua bobina para que
ele possa ser acionado. Quando passa corrente eltrica pela bobina do solenoide,
essa bobina atrai a parte metlica da agulha, por eletromagnetismo, fazendo com
que seja aberto um espao para a passagem do fludo. Quando interrompido o
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fornecimento de energia ao solenoide, o pisto volta ao seu local, empurrado por
uma mola, fechando assim, o orifcio de passagem do fludo.
2.3.4 Arduino
O Arduino Mega 2560 uma placa de microcontrolador baseada no
ATmega2560, que possui 54 pinos de entrada/sada digital, dos quais 15 podem ser
usados como sadas analgicas PWM, 16 entradas analgicas, 4 UARTs (portas
seriais de hardware), um cristal oscilador de 16 MHz, uma conexo USB, uma
entrada para alimentao, um cabealho ICSP e um boto de reset. A figura 8 ilustra
a placa Arduino Mega 2560 (ARDUINO.CC, 2014).A sua voltagem de alimentao de 5V, sendo que a voltagem de entrada
recomendada entre 7 12V, e os limites so de 6 20V. A corrente contnua por
pino entrada/sada de 40 mA, sendo que o pino de 3.3V suporta 50 mA, a memria
flash de 256 kB, a SRAM de 8 kB e EEPROM de 4 kB. Possui tambm um fusvel
que pode ser resetado e que protege as portas USB do computador contra curtos-
circuitos e sobre corrente. Apesar de muitos computadores possurem sua prpria
proteo interna, o fusvel resetvel garante um nvel extra de segurana. Se maisde 500 mA forem drenados ou aplicados na porta USB , o fusvel automaticamente
abrir o circuito at que o curto ou a sobrecarga sejam removidos(ARDUINO.CC,
2014).
O Arduino embarca um microcontrolador com entradas e sadas que atravs
delas consegue-se flexibilidade e facilidade de integrao e interao com os
dispositivos de hardware. Este microcontrolador consegue interagir com dispositivos
ao seu redor por meio de hardware e software, ou seja, uma plataforma de
computao fsica ou embarcada.
Pode-se utilizar o Arduino para criar objetos que interajam
independentemente, ou criar uma lgica onde um computador, a internet ou uma
rede enviem dados para ele e o mesmo atue sobre eles. Enfim, este
microcontrolador consegue controlar e ser conectado a diversos dispositivos ou
componentes como botes, motores, sensores (presso, temperatura, etc.),
receptores GPS, mdulos ethernet ou qualquer outro dispositivo que disponibilize
dados ou possa ser controlado. Existem algumas verses das placas, sendo a
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Arduino Mega 2560 (Figura 8) a mais recente, que se encontra em sua reviso de
nmero trs (ARDUINO.CC, 2014).
Figura 8Placa Arduino Mega 2560 (ARDUINO.CC, 2014)
As grandes vantagens do Arduino so:
- Baixo custose comparado aos outros microcontroladores, possui um custo muito
baixo;
- MultiplataformaConsegue operar em vrios sistemas operacionais, sendo que as
maiorias dos microcontroladores operam somente no Windows;
- Fcil programaoFcil de adaptar-se a modelos de linguagem.
2.3.5 LabVIEW
O LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench) umalinguagem de programao grfica desenvolvida pela National Instruments. Em vez
de linhas de texto, os comandos so inseridos atravs de cones, transformando a
programao mais amigvel. Este tipo de linguagem tambm conhecido como
Linguagem G. (SOUZA; BATISTA; JUNIOR, 2013)
Diferente das linguagens de programao em texto, onde as instrues
digitadas determinam a execuo do programa, o LabVIEW utiliza programao
baseada em fluxo de dados, onde este fluxo determina a execuo dos comandos.(CELINO, 2009). Na Figura 9 visualizam-se as diferenas entre as linguagens.
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Figura 9- Diferena entre Linguagem de Texto e Linguagem Grfica (CELINO, 2009)
Uma aplicao em LabVIEW, tambm conhecida como instrumentos virtuais
ou, simplesmente, IVs, divida em 3 partes principais (SOUZA; BATISTA; JUNIOR,
2013):
Painel Frontal: Interface com o usurio: aqui possvel inserir as variveis a
serem manipuladas pelo sistema e visualizar os dados de sada; Diagrama de Blocos: rea onde programado o cdigo fonte;
Painel de cones e Conectores: conjunto de terminais que indicam os
controladores e indicadores da aplicao.
Demonstra-se na Figura 10 o ambiente de programao do LabVIEW.
Figura 10 - Ambiente de programao LabVIEW (SOUZA; BATISTA; JUNIOR, 2013)
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2.3.5.1 LIFALABView Interface for Arduino
Para realizar a comutao de dados entre o Arduino e LABView, a National
Instruments desenvolveu um kit de ferramentas que possibilita este servio, o
LabVIEW Interface for Arduino. Este kit consiste em sketchs em linguagem C, que
so embarcados no Arduino, e bibliotecas adquiridas atravs da VI Package
Manager, que uma ferramenta de gerenciamento de pacotes responsvel por
organiz-los e mant-los dentro do ambiente LabVIEW, alm de gerir a obteno e
configurao de bibliotecas e ferramentas de desenvolvimento. Com estasbibliotecas possvel criar IVs, ou seja, ambientes de desenvolvimento lgico
direcionados ao microcontrolador em questo (IJEDR, 2014).
Com tudo instalado, torna-se possvel utilizar a interface para aquisio de dados,
tendo uma perfeita comunicao de entradas e sadas, leituras e escritas em portas
digitais, analgicas e PWM.
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CAPTULO 3
-DESENVOLVIMENTO
Neste captulo sero apresentadas as etapas determinadas na metodologia de
montagem do prottipo.
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3.1 Identificao da Necessidade e Definio do Problema
Ao longo da pesquisa para a elaborao do Captulo 1 deste trabalho duas
demandas relevantes e com diversos pontos em comum foram percebidas. A
primeira a falta de diversidade do ramo das tintas, que se mostra muito pragmtica
quanto a diversidade de tonalidades e interao do cliente com o produto. A
segunda necessidade o carter facilitador, vivel e simples, porm extremamente
funcional, de uma maquina que possa automatizar o processo de escolha e seleo
dos mais diversos tipos de tonalidades.
Sintetizando as duas demandas, percebe-se que o ponto em comum a
necessidade de um equipamento que gere condies de minimizar tempo e
maximizar a qualidade.
Conforme apresentado na Seo 1.2, o grande problema, reside no fato de
que a indstria de tintas impe uma inflexibilidade, com o que se diz respeito a
tonalidades, tirando do consumidor o poder de escolha e apreciao imediata.
Problema primrio:
Desenvolver um modelo (conceito) de mquina para produo detonalidades previamente escolhidas.
Problema secundrio:
Este modelo de equipamento deve ser concebido na forma modular, tendo
em vista atender as necessidades do cliente, com projeo de escolha em tela,
controle de nvel dos tanques e controle de quantidades.
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3.2 Sntese
A mquina dever realizar as seguintes tarefas:
1. Armazenar em tanques as cores primrias para mistura.
2. Transmitir parmetros de nvel, atravs da variao de volume do liquido
no tanque.
3. Transportar os valores definidos de lquidos para um reservatrio final.
4. Atingir o ponto de homogeneidade das misturas.
5. Entregar a tonalidade solicitada.
Para realizar esse sequncia de funes um modelo prottipo foi
desenvolvido, como observa-se a seguir:
3.2.1 Pr-prottipo com LED RGB Alusivo a Mistura das Tintas
A fim de comprovar a viabilidade das misturas, uma simulaocomputadorizada de mistura de cores foi recriada no ambiente LabVIEW (Figura 11),
a fim de tornar visvel a viabilidade do projeto
Figura 11Painel de Controle das Quantidades
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O funcionamento do sistema basicamente se baseia em uma escolha
arbitraria do usurio pelas propores desejadas das cores e consequente projeo
da mistura das quantidades. Quando atendida a necessidade, o LED RGB assume a
tonalidade final (Figura 12), recriando uma aluso ao produto final da mistura do
prottipo.
Figura 12LED RGB assumindo a tonalidade escolhida
A simulao do processo faz uso de uma comunicao entre omicrocontrolador Arduino e a interface grfica LabVIEW. A comunicao serial gera
um cambio de informaes entre ambos, onde os blocos de informaes so
transmitidos diretamente placa, reconhecidos e aplicados. A programao de
blocos , em sntese, uma converso entre valores convencionais das cores RGB
em um produto final, ligado a uma rotina e configurado sobre as necessidades.
(Figura 13).
Figura 13Diagrama de blocos
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Para execuo da simulao foram utilizados 3 resistores de 330 ohms
cada e um LED RGB, dispostos como na Figura 14.
Figura 14Esquema de montagem
3.2.1.1 Implementao de um Modelo Conversor RGB-CMYK
Com o intuito de tornar a simulao ainda mais prxima ao prottipo, foi
implementado um modelo de converso do sistema RGB ao modelo CMYK, de
forma que ao usurio dispor os moldes desejados no modelo RGB, estes sero
apresentados em uma escala de 0 a 1 nos moldes CMYK, indicando as propores
necessrias para obteno do produto final neste modelo (Figura 15).
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Figura 15Painel de Converso
A programao em blocos utiliza-se de um modelo matemtico de converso
das cores, alm da implementao de uma nova varivel no sistema (cor preta). O
modelo executado atravs de valores de entrada, que geram valores de sada,
porem neste caso, convertidos em imagem, ou caixa de cores (Figura 16).
Figura 16Diagrama de blocos da converso
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3.3 ProttipoMisturador de Tintas Automatizado com Controlede Nvel, Vazo e Tonalidade
A proposta contempla um modelo automtico para realizar as tarefas
descritas na seo 3.2, sendo este, baseado principalmente na seleo da cor, no
controle de volume das tonalidades e medio do nvel dos tanques. Na pr-
prototipao fez-se uso de uma esquemtica simples, por se tratar de um exemplo
alusivo e comprobatrio, porm partindo para o desenvolvimento do prottipo, fez
necessrio idealizar uma rotina de funcionamento e um planejamento de montagem.
Sendo assim, disposto de uma interface lgica e de simples compreenso,
o usurio selecionar a tonalidade desejada, de acordo com os tons pr-definidos,oferecidos pelo leque de cores. Concludo o processo, os valores sero enviados
para o Arduino para que se execute o que foi pedido.
Dada escolha, vlvulas solenoides sero abertas, uma de cada vez, de
acordo com a receita da tonalidade selecionada. O tempo de abertura delas ir
variar de acordo com o volume determinado e medido pelos sensores de fluxo
correspondentes a elas, o usurio escolheu uma receita que pede 40% de ciano,
30% de magenta e 30% de amarelo de um volume de 200 mililitros. O Arduino irenviar comandos para abrir a vlvula solenoide do tanque de fluido ciano. Assim que
o sensor de fluxo totalizar 200 ml (200x40%) ele enviar um sinal para o Arduino e
este retornar um sinal para que a vlvula solenoide se feche. O mesmo ir
acontecer com as vlvulas solenoides dos tanques de fluido magenta e amarelo,
quando os respectivos sensores totalizarem 150 ml (200x30%) cada.
Aps o processo de abertura e fechamento das vlvulas, segundos aps o
liquido tornar-se homogneo, uma mensagem de que o usurio poder retirar o
recipiente onde o processo ocorreu ser mostrada na tela do programa supervisrio.
Todo esse processo tem superviso quanto variao de nvel dos tanques, obtidos
atravs do uso de sensores ultrassnicos posicionados no topo de cada tanque, a
fim de obtermos uma referncia mtrica de variao do volume. A Figura 17 traz um
modelo ilustrativo do prottipo, com seus respectivos dispositivos.
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Figura 17Diagrama do prottipo
3.3.1 MontagemMateriais e Mtodos
O prottipo misturador de corantes um equipamento elaborado com metas
simples e objetivas e procurando dispor seus componentes e acessrios de forma
prtica, onde todos so aproveitados em seu mximo potencial, diminuindo perdas
de carga ou a necessidade de se obter outros componentes, gerando custos e
retrabalho.
Painel Base
Como painel base (Figura 18) de acoplamento dos dispositivos utilizou-se
um corte de madeira naval medindo 1m x 0,80m, justificado pela sua resistncia,
mobilidade e medindo 1m x 0,80m, proporcionando fixao os componentes de
maneira uniforme e visualmente aprazvel. Seus pedestais tambm de madeira
naval asseguram o equilbrio e sustentao.
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Figura 18 - Painel base
Tanque
De material plstico, transparente, com capacidade de at 3,1 litros e tampa
com vedao satisfatria, os tanques (Figura 19) se mantm fixados na parte
superior da base de madeira naval, com objetivo de se utilizar a gravidade como a
nica fora necessria para garantir o fluxo de lquido, dispensando o uso de
bombas adicionais.
Figura 19Tanque reservatrio
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Tubulao
Os instrumentos tubulares (Figura 20) compostos por: 0,30m de Tubo
unido a uma conexo tipo joelho 90, 1 conexo tipo T e uma flange
(responsvel por garantir a vedao na parte inferior do tanque) , todos de
material PVC, so responsveis por manter uma linha fluxo para o liquido e foram
selecionados por apresentar caractersticas de resistncia e durabilidade. Ligada em
paralelo com a linha de fluxo principal, existe uma vlvula manual tipo globo que tem
por objetivo ser utilizada em eventuais casos de emergncias como falta de energia
ou falha de comunicao e na necessidade de um escoamento mais rpido da tinta.
Figura 20Padro de acoplamento da tubulao
Vlvula Solenoide
Modelo de vlvula solenoide 220V (Figura 21) comumente usada em
mquinas de lavar roupas, tem sua aplicao no prottipo misturador de tintas, a
partir de um acionamento eltrico permitir ou no o fluxo de tinta para mistura fina.
Suas medidas, modo de funcionamento e preo proporcionam um timo custo
beneficio.
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Figura 21Vlvula solenoide padro
Mangueira Flexvel
Instaladas como ligao entre a vlvula solenoide e o sensor de fluxo, a
mangueira flexvel medindo alm da maleabilidade importante em sua aplicao
no projeto, pois proporciona o prolongamento da linha de fluxo sem a necessidade
de usar curvas em ngulo reto o que acarretaria em perda de carga, transparente
permitindo a visualizao do fluxo de tintas at o final da linha.
Medidor de vazo
Instalados ao final da linha de fluxo, tem como objetivo maximizar a gerao
de pulsos, sinal este que ser decodificado e entendido pelo sistema como volume
em mililitros. Os medidores de vazo (Figura 22) esto alocados em uma base
medindo 0,15m x 0,15m, de maneira que trabalhem o mais prximo possvel um do
outro para facilitar a coleta de tintas no recipiente final.
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Figura 22Sensor de vazo padro
3.3.1.1 Divergncias de Montagem Sensor de Vazo
Sendo uma das principais variveis do prottipo, a medio de vazo de
sada dos reservatrios crucial para o resultado final das misturas, apesar de no
haver controle proporcional, pelo fato de trabalhar com vlvulas on-off(solenoides),
possvel fracionar este controle em funo da razo pulso/litro e ou por tempo. A
composio de uma cor especifica determinada em funo da proporo do
volume pr-definido, utilizando o Sistema de cores CMYK.
Inicialmente na fase de montagem, algumas recomendaes de instalao
do medidor de vazo no foram previamente observadas, ocasionando o mau
funcionamento do mesmo, por tratar-se de medidor por efeito hall (princpio
eletromagntico). De acordo com a recomendao de diversos fabricantes, entre
eles Foxboro e Contech, a fim de eliminar os efeitos da turbulncia na medio da
vazo e interferncias eletromagnticas no sensor hall, deve existir um trecho reto
anterior ao medidor (montante) de modo a estabilizar o fluxo aps restries
geradoras de perda de carga, como vlvulas e conexes, e outro em sua sada
(jusante). O valor tpico recomendado de 10 vezes o dimetro do medidor, na
Figura 23 abaixo se pode observar uma aplicao tpica de instalao
(CONTECH,2013).
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Figura 23 - Instalao medidor de vazo Hall (CONTECH,2013)
No momento de execuo e instalao deste prottipo, na fase de
montagem o medidor de vazo foi instalado em posio vertical com sua tomada a
montante (Figura 24) rente a sada da vlvula solenoide.
Figura 24 - Medidor rente a solenoide
Conforme citado anteriormente, se faz necessrio o uso de um trecho reto a
montante para o bom funcionamento do medidor de fluxo, sendo assim logo em fase
de comunicao e testes o medidor no apresentou resultados significativos a
princpio. Diante deste entrave inicial, foram abordadas e discutidas algumas
hipteses, dentre elas, a viabilidade das vlvulas solenoides utilizadas e se a coluna
de presso entre o trecho de medio e o tanque fosse suficiente para abertura total
das vlvulas. Aps seguir recomendaes presentes em manuais de fabricantesdeste tipo de equipamento, pode-se inferir eficincia e atuao aos medidores de
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vazo, que vieram a trabalhar de acordo com as necessidades do projeto. A Figura
25 mostra a montagem funcional do medidor de fluxo no prottipo, adicionado o
trecho reto de mangueira.
Figura 25Posio funcional do medidor de vazo
Parametrizao do medidor de fluxo
Para programao do medidor de vazo por efeito hall, se faz necessrio a
correlao entre pulsos por mililitros, pois tais parmetros sero equacionados nas
rotinas do programa. Porm por existirem distrbios tanto na preciso do medidor,
que varia entre 1% e 2%, e perdas de carga no decorrer da linha de medio, para
uma equalizao eficaz, se fez necessrio a realizao da calibrao do medidor
com os parmetros citados, correlacionando e proporcionalizando mililitros e pulso.Foram realizados testes em escala ascendente de 1 a 10 para ordem de 50 ml e 500
ml a seguir na Tabela 4 e 5 respectivamente, ser apresentado os resultados
obtidos por amostragem realizadas nos tanques 1 e 2.
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Tabela 4Teste de pulsos tanque 1
Tanque 1 Ml pulsos ml pulsos
teste 1 50 118 500 1040
teste 2 50 107 500 964
teste 3 50 99 500 986
teste 4 50 97 500 885
teste 5 50 157 500 944
teste 6 50 155 500 843
teste 7 50 126 500 960
teste 8 50 152 500 1010
teste 9 50 130 500 1120
teste 10 50 138 500 1140
Mdia -- 127,9 989,2
Tabela 5Teste de pulsos tanque 2
Tanque 2 ml pulsos ml pulsos
teste 1 50 156 500 1040
teste 2 50 142 500 1110
teste 3 50 149 500 986
teste 4 50 138 500 945
teste 5 50 164 500 944
teste 6 50 150 500 843
teste 7 50 152 500 960
teste 8 50 152 500 1010
teste 9 50 139 500 1120
teste 10 50 161 500 1140
Mdia -- 150,3 1009,8
Baseado nestes valores extrados dos testes realizados em laboratrio,
foram utilizados as mdias obtidas para parametrizao do driver do medidor de
vazo no LABView.
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3.3.1.2 Proteo Eltrica/Eletrnica
O Arduino, como todo componente eletrnico, um equipamento sensvel a
variaes de correntes e tenses e demais perturbaes. Para evitar-se um possvel
dano ao equipamento no momento de sua operao, faz-se necessrio o
desenvolvimento e uso de um circuito de proteo para suas sadas e entradas de
dados, quando necessrio.
A maior adversidade que pode ocorrer ao no usar um sistema de
isolamento seria a contra corrente eltrica, que pode ser gerada por dispositivos
ligados a placa. Para evitar isso, devem-se isolar ou restringir os circuitos, usando
artifcios de componentes como os optoacopladores, resistncias e rels.
3.3.1.3 Optoacopladores
Optoacopladores (ou fotoacopladores) so componentes formados por um
LED e um fototransstor alojados em um CI. Tem a funo de transferir uma
informao eltrica entre dois circuitos atravs de luz, ou seja, sem contato eltrico
entre eles.(SEVERO, 2012)Seu funcionamento consiste em aplicar uma tenso nos pinos pertencentes
ao LED, que ao acender, polariza a base do transistor interno. Assim, o
fototransstor permite que a corrente circule pelo outro circuito isolado eletricamente.
(SEVERO,2012; ZHENG, 2014)
Neste projeto, foi usado o optoacoplador modelo 817, como mostrado na
Figura 26, que apresenta a representao eltrica da proteo das entradas e
sadas digitais.
Figura 26 - Optoacoplador (ZHENG, 2014)
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3.3.2 CoresMateriais e Testes
Fazendo uso de corantes TieDye, utilizados em customizaes de tecidos e
que partem de um processo de tingimento reativo, onde apresentam como principal
caracterstica a fuso dos corantes com o tecido a ser tingido, foram definidas as
vertentes iniciais e as bases de aplicao das tonalidades.
Os corantes, que possuem pigmentao baseada no sistema de cores
CMYK, foram selecionados de acordo com as necessidades do prottipo. Foram
utilizados corantes da marca Guarany do tipo Vivacor, indicados prioritariamentepara o tingimento de poliamida, lycra, l e seda naturais. Tal modelo possui uma
gama de 16 cores (Figura 27), onde nela foram selecionadas as tonalidades
correspondentes base CMYK, no caso: maravilha (magenta), turquesa (ciano),
amarelo e preto.
Figura 27Gama de cores (GUARANYIND,2014)
Os corantes so distribudos em tubos cilndricos contendo 40g do p reativo
(Figura 28) de baixa toxidade e compostos quimicamente por: cloreto de sdio,corante cido, cido ctrico, dispersante e sulfato de amnia. O contedo do tubo
deve ser diludo em gua fervente, na proporo de 40g para 1L, onde em estado
lquido, encontra-se preparado para suas finalidades (GUARANYIND,2014).
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Figura 28Tubos de corantes (GUARANYIND,2014)
As misturas dos corantes trabalham de forma alusiva as misturas das tintas
industriais, partilhando dos mesmos princpios para gerao das tonalidades,
diferenciando-se apenas pela particularidade de cada material. Para tanto, uma srie
de testes foram executados com o intuito de determinar as propores ideais para
cada tom.
3.3.2.1 Procedimentos de Testes
Em posse dos corantes reativos, foram elaborados uma srie de testes, afim
de que pudssemos estabelecer um padro de cores que chegassem a um nvel dequalidade, textura e vivacidade prximos aos que foram estudados e visualizados no
decorrer da anlise terica das misturas.
Para incio das anlises, os contedos dos respectivos tubos de corantes
foram diludos nas propores previamente especificadas, assim sendo, obteve-se
1L de cada pigmento primrio.
Os contedos de base gua, previamente tidos como padro para o
desenvolvimento das misturas, apresentaram-se extremamente fora dasexpectativas, pois o contedo lquido deflagrou tonalidades escuras e com pouca
vivacidade (Figura 29).
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Figura 29Soluo primria base gua
A partir deste momento viu-se a necessidade de imprimir a adio de algum
contedo a soluo primria para tornar possvel o estabelecimento de um padro
mais vivo e ativo no momento das misturas. Sendo assim, a adio de uma base
branca foi definida como resoluo para esta deficincia, assimilando-a em
propores exatas para atingir os nveis desejados.
3.3.2.2 Validao Base Branca
Disposto das solues primrias e assumindo a adio de uma base branca,
duas frentes de testes foram determinadas:
Base Guache Branca
A partir de um pote de guache branca contendo aproximadamente 15ml,
subtraiu-se o equivalente a uma colher de ch, adicionando-a nas respectivas
solues primrias das bases CMYK. Segundos aps a homogeneizao da mistura
as tonalidades apresentaram mudana radical na vivacidade, chegando virtualmente
prximas ao esperado.
Porm, aps alguns segundos, devido a diferena de densidade entre a
soluo primria e a base, a guache depositou-se gradativamente no fundo do
recipiente (Figura 30). Este fator possui alto nvel de criticidade no projeto, pois
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inviabilizaria o perfeito funcionamento das vlvulas solenoides, desconstituindo a
harmonia do prottipo.
Figura 30Soluo base guache
Base Leite
A segunda frente de testes tem como base o leite, que fora escolhido
basicamente em razo da sua cor e viscosidade. Sendo assim, a partir das soluesprimrias de um 1L cada, foram adicionados o equivalente a 500ml de leite nos
respectivos recipientes. O contedo, aps homogeneizao, apresentou alta
vivacidade (Figura 31), atingindo quase que 100% os padres referenciais do
modelo CMYK. Alm do mais, os lquidos reagiram extremamente bem e
consolidaram homogeneidade ao produto, sanando qualquer problema desta escala.
Como ponto negativo, aponta-se o fato de o leite ser um produto perecvel e,
se caso deixado por longos perodos sem qualquer tipo de conservao viria apubar. Porm, a criticidade do ponto em questo baixa, pois partindo de uma
reciclagem constante do produto aps a produo, ou seja, trocas peridicas em
dados perodos de funcionamento do prottipo, o problema seria corrigido e este
fator no interferiria nos procedimentos de atuao e controle do prottipo.
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Figura 31Soluo definitiva base leite
3.3.2.3 Acertos e Definies
Acerca dos testes com relao as cores primrias, analisando as duas
frentes, foi possvel elencar pontos positivos e negativos de cada. Portanto, julgando
por parmetros de harmonia, visual, vivacidade e homogenia, definiu-se a base leitecomo padro para o desenvolvimento das misturas.
Dada esta resoluo, adentramos em um novo patamar de testes,
relacionado basicamente s definies das misturas e leque de cores. Sendo assim,
adotando um padro com 10 cores, alm das cores primrias CMYK, uma serie de
testes que confrontam os valores tericos e os resultados prticos foram
estabelecidos.
Fazendo uso de padres dosados e definindo o produto final composto por
200ml, foi possvel estabelecer as propores reais para cada cor desejada (Tabela
6).
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Tabela 6Padres e Propores das cores
C M Y K
VERDE 50 0 150 0VERDE-ESCURO 95 0 95 10
VERMELHO 0 70 120 0
VINHO 0 80 80 20
AZUL 180 20 0 0
AZUL-ESCURO 170 10 0 20
ROXO 0 180 0 20
LARANJA 0 0 180 20
ROSE 0 150 50 0
VERDE MUSGO 0 0 190 10
Convertendo esses valores em forma de produto, os testes nos forneceram
cores como o azul e o verde (figura 32) com extrema fidedignidade e satisfao.
Figura 32Definio cores azul e verde
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3.3.3 Modelo de Comunicao
A comunicao entre Arduino/Computador/LabVIEW muito importante para
o bom funcionamento da mquina. A comunicao entre si feita por USB (serial), o
controle feito por protocolo de comunicao e apenas funciona com a
comunicao limpa entre computador e Arduino, independentemente do tipo de
transmisso dos dados. Isso quer dizer que para o Arduino funcionar, ela deve estar
conectado ao computador com a velocidade mxima, via cabo. Caso o Arduino seja
desconectado indevidamente, um erro pode ocorrer. Toolkits encontram-se
disponveis para facilitar a comunicao supervisrio/microcontrolador. O toolkit foi
desenvolvido na plataforma de programao LabVIEW, sendo assim, a programaocom a plataforma grfica e utilizando blocos de funes, interpretada, compilada e
sua execuo por fluxo de dados.
3.3.4 Interface de Operao
A programao do software de interface usa como base dados coletados
durante os testes dos tanques e dos dispositivos usados para controle do processo.
O algoritmo tem o objetivo de controlar de forma confivel e verossmil as misturas,
como identificar e informar ao usurio possvel erros e problemas durante a
execuo do processo.
Com uma interface simples, o usurio tem a opo de escolher a tonalidade
a ser produzida, sendo informado em tempo real quanto ao andamento do processo.
O controle de vlvulas, tanto como a aquisio de dados por sensores so
feitos por rotinas criadas e testadas em VI diversos, e depois agrupados em um
mesmo sistema, integrando estas funcionalidades, fazendo o prottipo responder as
expectativas dos usurios.
3.3.4.1 IVs de Testes
Para a execuo de cada sub-processo inerente ao prottipo, necessrio a
elaborao de rotinas para cada sensor e atuador envolvido no processo. Isto
tambm implica em variveis inerentes a cada componente, o que torna a aplicao
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de testes focada a cada componente do equipamento importante antes da
montagem definitiva e testes finais.
Para isso, desenvolveu-se para cada tipo de componente de controle um VI
de testes, que consiste basicamente em aferir os dados coletados por sensores e
testar o bom funcionamento de atuadores antes da montagem.
Esta etapa do projeto tem grande importncia, pois mostra de forma isolada
a caractersticas do hardware usado, possibilitando possveis deteces de erros e
propor melhorias do projeto.
3.3.4.2 IV de Testes - Sensor Ultrassnico
Os sensores ultrassnicos so usados pelo propsito de aferir o nvel de
cada tanque. O processo de identificao do nvel do lquido transmitida em
centmetros, que a distncia da linha superior do lquido e o sensor.
Abaixo, na Figura 33, demonstra-se como ser alocado o sensor para aferir
o nvel da soluo.
Figura 33- Posio do Sensor ultrassnico no tanque
Para comunicar com o sensor, desenvolvedores da National Instruments,
fabricante do software LABView, desenvolveram diagramas especficos para alguns
sensores usados para o Arduino, na Figura 34 temos o diagrama de blocos para osensor HC-SR04, usado neste prottipo.
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Figura 34Diagrama de Blocos primrio do Sensor HC-SR04 (NI, 2014)
Usando como base o VI acima, foi criado um outro VI. Na figura 35, temos
os diagramas de blocos do VI de testes para este sensor.
Figura 35Diagrama de blocos para testes do Sensor HC-SR04
A interface de testes bem simples, como demonstra a Figura 36. Aqui
pode-se visualizar o funcionamento do sensor e deve-se comparar com o que ocorre
fisicamente com o tanque.
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Figura 36Interface de Testes para o Sensor HC-SR04
O processo de testes pode ser finalizado atravs do boto STOP ou
quando o tanque atinge o nvel mnimo estabelecido na programao (5 cm),
mostrando uma mensagem de alerta.
3.3.4.3 IV de TestesSensor de Vazo
O sensor de vazo usado neste prottipo um sensor de efeito Hall, ou seja,
quanto maior o fluxo de lquido que passa por ele, maior ser a frequncia captada
de pulsos.
No processo em questo, a quantidade de pulsos ser proporcional ao
volume de lquido despejado do tanque, logo a contagem desses pulsos primordialpara o controle dos lquidos primrio usado para cada mistura.
Na Figura 37, temos o diagrama de blocos de teste do sensor de vazo, que
consiste basicamente em contar a quantidade de variaes de pulsos (borda de
subida) do sensor na passagem do lquido.
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Figura 37Diagrama de blocos para testes do Sensor de Vazo
Na prxima Figura 38 est demonstrado a interface onde pode-se visualizar
os picos de pulsos e a quantidade de pulsos identificados no campo Qtde. de
pulsos. Em Zerar qtde zera-se o contador de pulsos, possibilitando o reinicio da
contagem para novos testes.
Figura 38Interface para testes do Sensor de vazo
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3.3.4.4 IV de TestesRels (Acionamento da Vlvula Solenoide)
O acionamento e fechamento das vlvulas sero determinadas por
comandos enviados aos rels que asseguram o isolamento dos circuitos eltricos da
rede alternada(que alimentam a vlvula solenoide) do circuito contnuo.
Em seguida, na Figura 39, est demonstrado do diagrama de blocos deste
VI.
Figura 39Diagrama de Blocos para Testes de rels
Quando acionado o VI, o rel acionado, liberando a passagem de correntedo circuito alternado, acionando a vlvula.
3.3.4.5 VI de TesteConjunto do Primeiro Tanque
Finalizado os testes individuais de cada componente e atestando que as
interfaces de testes correspondem aos requisitos propostos, pode-se realizar testes
mais derivados. Neste momento criado um VI que controla um tanque.Usando como base os VIs dos testes mencionados anteriormente, pode-se
fazer testes quanto o uso em conjunto de todos os componentes testados
anteriormente, podendo-se constatar problemas de compatibilidade na montagem e
assegurar sucesso prtico do sistema.
Na Figura 40 temos um exemplo preliminar da montagem do sistema de um
dos tanques, possibilitando o teste do VI.
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Figura 40Tanque com dispositivos acoplados
Cada processo do sistema possui um Case no VI, correspondente ao VI de
testes j apresentado, que segue a seguinte ordem: Incio do processo, Conferncia
do nvel, abertura da vlvula, contagem de vazo, fechamento de vlvula e fim do
processo.
Na Figura 41, um exemplo de como o diagrama de blocos feito para
abranger as funes criadas anteriormente.
Figura 41- Diagrama de Blocos para testes do primeiro tanque
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3.3.5 Sistema Supervisrio
Aps testes e validao dos dados coletados, temos a criao do sistema
supervisrio que ser usado para o prottipo validada. A Interface que o usurio ir
interagir tem uma estrutura intuitiva, como demonstra a Figura 42. Porm, como
visto anteriormente nos VIs criados para testes, o diagrama de blocos deste sistema
no algo simples.
Figura 42Interface do Sistema supervisrio
Como indicado em outros captulos desta dissertao, foram escolhidas 10
tonalidades como produto final da mistura das cores primrias. Para cada mistura foi
criada uma rotina que far a disperso dos corantes em sua quantidade necessria
para chegar a tonalidade requerida pelo usurio.
Para isso, faz-se necessrio observar o nvel dos tanques de corantes
primrios. O nvel atualizado na tela enquanto no se inicia nenhum processo de
solicitao de mistura. A rotina est expressa na Figura 43.
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Figura 43Diagrama de Blocos do Nvel dos Tanques
As indicaes dos tanques na tela correspondem a altura preenchida por
lquido em centmetros, abaixo em tempo real, tempos a quantidade em litros.
O processo tem incio no momento que o operador seleciona a tonalidade
deseja e pressiona o boto para iniciar o funcionamento do prottipo. Na Figura 44 o
processo do boto iniciar e de seleo de cores no diagrama de blocos.
Figura 44Incio do processoCor Azul
O prximo passo do processo observar se os tanques tem o nvel mnimo
para chegar ao produto final. Obtendo=se uma resposta negativa, o processo
finalizado com uma mensagem de erro, e retorna para selecionar nova cor e reiniciar
o processo. Ocorrendo uma resposta positiva, o processo de mistura prossegue.
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O processo segue com a abertura da vlvula do primeiro corante e a
contagem de pulsos da vazo da quantidade necessria (dados coletados e
testados previamente). Chegando ao valor definido, a prxima rotina fecha a vlvula
e abre a vlvula do prximo tanque e executa processo similar.
Terminando a sequncia com sucesso, o sistema apresenta ao usurio uma
mensagem sinalizando o final do processo. Ocorrendo qualquer erro, uma
mensagem de erro apresentada e o processo paralisa.
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3.4 Fluxograma de Funcionamentos
Figura 45a - Fluxogramas de rotinas (Incio)
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A
LIBERA VOLUMExPORCENTAGEMDE CIANO
LIBERA VOLUMExPORCENTAGEMDE MAGENTA
LIBERA VOLUMExPORCENTAGEMDE PRETO
LIBERA VOLUMExPORCENTAGEMDE AMARELO
ACIONAMISTURADOR
FIM
PRODUTO PRONTO
EFETUA LIMPEZA
VERIFICA GUA PARALIMPEZA
FALTA GUA
Limpeza Concluda
Figura 45b - Fluxogramas de rotinas (Rotina A)
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CAPTULO 4
-CONCLUSES
O mercado de tintas mostra-se em constante crescente, devido ao aumento
de demanda, diretamente ligado, principalmente, ao setor imobilirio (ABRAFATI,
2013). Dessa forma, o mercado se mostra extremamente importante e um
mecanismo que venha para adicionar novas opes ticas ao ramo e valide novastecnologias, se mostra relevante e, tecnologicamente, positivo.
Durante as pesquisas do projeto verificou-se que alm do carter facilitador
e interativo, outro problema de equivalente relevncia foi constatado, o de haver
certa carncia de distribuio de opes ao consumidor, tornando o desejo dele uma
realidade submetida ao que j est preestabelecido, no caso, as opes de cores.
Este fato motivou ao desenvolvimento do projeto, para que ele se tornasse um
modelo conceitual e fsico, de um desenvolvedor de misturas de cores primrias, a
fim de obter tonalidades desejadas, com base no modelo CMYK e catalogo
PANTONE.
Atravs do uso da metodologia de projeto de mquina foi possvel detalhar
seguimentos, descrever passos, idealizar o pr-prottipo, definir dispositivos, criar
simulaes e desenvolver o prottipo. O processo de criao e aplicao do console
de simulao se mostrou muito eficiente e atendeu totalmente as perspectivas, nele,
fez-se uso de um controle quantitativo dos padres primrios de cores, gerando uma
simulao de mistura disposto em tela.
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No todo, a metodologia de projeto adotada se mostrou eficiente no que se
diz respeito estruturao de pesquisa e simulao, atendendo a todas as
necessidades dispostas e criando recurso e meios para desenvolvimento fsico do
projeto e por fim pde-se concluir que o modelo conceitual mostrou-se factvel e
promissor, conforme observa-se nos resultados desta pesquisa.
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do curso de Engenharia Industrial Eltrica nfase em Automao doDepartamento Acadmico de Eletrotcnica (DAELT) da Universidade TecnolgicaFederal do Paran (UTFPR), como requisito parcial para obteno do ttulo deEngenheiro Eletricista.) Universidade Tecnolgica Federal do Paran.
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APNDICES
APNDICE 1Esquema Eltrico e Comunicao dos Sensores de NvelUltrassnicos
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APNDICE 2Esquema Eltrico e Comunicao dos Sensores de Vazo
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APNDICE 3Esquema Eltrico, Proteo e Comunicao dos Rels paraas Vlvulas Solenoides
