Ponte giratória automatizada: um protótipo a partir do projeto de Leonardo da Vinci

Ponte giratória automatizada: um protótipo a partir do projeto de Leonardo da Vinci

Alberto Roberto^[1]
Mary Klein Godsmith dos Santos 2

Amarylis Alcântara Machado3

Edval Rodrigues de Viveiros4

RESUMO

O conceito de automação remonta milênios, mas provavelmente foi Leonardo da Vinci quem mais explorou esta noção, ao propor inúmeras soluções de engenharia para máquinas, mecanismos, pontes, sistemas bélicos, planadores e, inclusive, um modelo do que se tornaria o helicóptero atual. Entretanto, foi na Engenharia Civil que os projetos de da Vinci foram mais desenvolvidos e aplicados na prática. O projeto aqui apresentado utiliza a noção de ponte giratória, a partir dos desenhos originais de Leonardo, mas propondo-se um sistema de automação. Como resultado, logrou-se no projeto uma otimização no uso de sensores ultrassônicos com sensores fotoelétricos, controlados por um microcontrolador Atmega (Arduino), o que fez com que o projeto se tornasse ao mesmo tempo confiável tecnicamente e economicamente viável.

Palavras-Chave: Ponte móvel, Automação, Microcontrolador Atmega, Sensor ultrassônico, Sensor fotoelétrico.

ABSTRACTS

The concept of automation dating back millennia, but probably was Leonardo da Vinci who else has explored this notion by proposing numerous engineering solutions for machines, engines, bridges, weapons systems, gliders and even a model of what would become the current helicopter. However, it was in Civil Engineering that da Vinci projects were further developed and applied in practice. The project presented here uses the notion of movable bridge from the original drawings of Leonardo, but proposing an automation system. As a result, it succeeded in designing an optimization in the use of ultrasonic sensors with photoelectric sensors, controlled by a Atmega microcontroller (Arduino), which made the project became both technically reliable and economically viable.

Keywords: Drawbridge, Moveable bridge, Automation, Microcontroller, Ultrasonic sensor, Photoelectric sensor.

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INTRODUÇÃO

As automações residencial (domótica), comercial e industrial são uma realidade cada vez mais presente no mundo cotidiano. Em termos das atuais economia e tecnologia globalizadas, não há como prescindir cada vez mais dos sistemas de automação, em todos os níveis de aplicação da engenharia.

O papel da automação no Século XXI terá o mesmo impacto que a eletrônica teve para o Século XX, principalmente no que se refere à aplicações na área das Engenharia Civil, Elétrica, Mecânica e Mecatrônica. Por isto mesmo, seu uso em grande escala, deverá demandar estratégias para minimizar o uso de energia em sistema de automação, procurando-se cada vez mais desenvolver sistemas sustentáveis (ZÜGE, 2014).

Entretanto, a ideia de automação já estava presente na maioria dos trabalhos de engenharia de Leonardo da Vinci, incluindo-se: robô humanoide, pontes, máquinas para corte, mecanismos para impulsionar água, diversos dispositivos bélicos (metralhadora, tanque de guerra, bateria de disparo de bólidos etc.), bem como vários protótipos utilizados até nas artes cênicas, para compor cenários de peças teatrais (ZÖLLNER, NATHAN, 2014).

Um dos mais detalhados estudos dos projetos de engenharia de da Vinci foi realizado pelo físico Fritjof Capra, descrito na belíssima obra A Alma de Leonardo da Vinci (CAPRA, 2012). Neste livro encontramos citações traduzidas do próprio Leonardo a respeito de algumas leis físicas que o gênio italiano ousou descrever sem a necessidade do uso de equações matemáticas, recurso técnico aliás totalmente ignorado pelo maior pupilo de Andrea del Verocchio. Capra menciona que foi Leonardo que contribuiu de maneira mais original para o conceito conhecido posteriormente por ‘torque’, ultrapassando os conceitos medievais da época a respeito dos pesos (CAPRA, p.192, 2012).

O projeto aqui desenvolvido retoma uma das invenções de Leonardo da Vinci que foi mais utilizada na prática, tanto na época de sua vida, quanto nos séculos seguintes, inclusive chegando até os dias atuais. Trata-se do conceito de ‘ponte giratória’. Contudo, a ideia do projeto aqui apresentado é avançar o conceito de ponte giratória, utilizando a noção de “automação” para o controle de um protótipo em escala.

Para isto, serão utilizados no projeto princípios de Engenharia Mecânica, Engenharia Mecatrônica e Engenharia Elétrica, compondo assim a complexidade e a totalidade que um projeto de automação exige, centralizado pelo projeto de Engenharia Civil.

OBJETIVOS

Objetivo Geral:

Desenvolver um sistema automatizado, controlado por um microcontrolador, para acionar uma ponte giratória.

Objetivos Específicos:

• Projetar e construir uma ponte giratória em escala 1/100, considerando um comprimento real de 500 metros, à partir  do projeto original de Leonardo da Vinci da “ponte girevole”, conforme consta Codice Atlantico;
• Definir os sensores para uso na ponte;
• Definir outros componentes eletrônicos para o projeto (como L.E.Ds., lâmpadas, buzzer etc.);
• Definir motores para acionamento do mecanismo da ponte;
• Projetar o circuito eletrônico utilizando o microcontrolador Arduino para automação do sistema;
• Efetuar testes com o protótipo para verificar sua eficácia, comparando-se com um acionamento manual.

DESENVOLVIMENTO TEÓRICO

Para este projeto utilizaremos conceitos da área da Física denominada nos livros didáticos como sendo “Física 1”, cujos temas e conceitos são: estudo do movimento (retilíneo uniforme e uniformemente variado), espaço, velocidade, aceleração, força peso, tração, torque, movimento circular uniforme e movimento circular uniformemente variado, força centrípeta e força centrífuga.

A fundamentação teórica física deste projeto não levará em consideração cálculos de resistência de materiais.  Também não será apresentado a parte de Dinâmica (estudo de forças) aplicada ao estudo de estruturas e vigas, já que tais temas e cálculos fogem aos objetivos deste trabalho.

        Desta maneira, dividiremos o estudo dos conceitos em dois sistemas físicos distintos, mas interligados.

O primeiro se concentra no mecanismo da ponte móvel. Para isto, os conceitos utilizados serão:

• Força peso;
• Força de tração;
• Torque;
• Conversão de movimento retilíneo em movimento circular;
• Força de atrito.

O segundo conjunto físico do protótipo a ser estudado será o mecanismo para controle ou acionamento mecânico da ponte, que são os motores. Para isto, escolheu-se analisar os conceitos seguintes: