Máquina de Venda Automática de Macarrão Instantâneo

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1 Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO Etec JORGE STREET TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Máquina de Venda Automática de Macarrão Instantâneo Bruna de Souza Casarregio Fabrício Freire Esteves Geraldo Bento da Silva Filho Paulo Ramires Tomaz Rogério Veloso Professor(es) Orientador(es): Vinícius Peruzzi São Caetano do Sul / SP 2014

2 Máquina de Venda Automática de Macarrão Instantâneo Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para obtenção do Diploma de Técnico em Automação Industrial. São Caetano do Sul / SP 2014

3 Avaliação: Nome e Assinatura do(s) professor (es) responsável(is):

4 Dedicamos esse trabalho aos nossos pais e as nossas famílias e amigos, pelo apoio ao nosso projeto.

5 AGRADECIMENTOS A todos aqueles de alguma forma ajudaram a semear, cultivar e colher os frutos desses anos de curso.

6 RESUMO As primeiras máquinas de venda automática operadas por moedas eram encontradas em Londres e que dispensavam cartões postais. Atualmente, as Vending Machines oferecem uma ampla variedade de itens acessíveis ao público, desde chocolates à livros. A ideia do nosso projeto é lançar um novo item por meio dessa máquina, o macarrão instantâneo. A questão é se todas as pessoas possuem tempo e disponibilidade para uma refeição em casa. A resposta é não. Uma máquina que prepara o macarrão instantâneo é uma tendência que levará ao público praticidade na compra e na preparação de um alimento. Esse feito exige um processo automatizado, desde a simples escolha do sabor até o mais complexo processo de preparo do macarrão. O projeto foi finalizado, mas ocorreram alguns imprevistos depois da construção do protótipo, alguns aspectos ainda estão em desenvolvimento. Palavras-chave: Vending Machine, processo automatizado, macarrão instantâneo.

7 ABSTRACT The first vending machines operated by coins were found in London and dispensed postcards. Currently, Vending Machines offer a wide variety of items accessible to the public, from books to chocolates. The idea of our project is to launch a new item through this machine, instant noodles. The question is whether all people have the time and availability to a meal at home. The answer is no. A machine that prepares the noodles is a trend that will lead to the public convenience in the purchase and preparation of food. This achievement requires an automated process, from the simple choice of flavor to the more complex process of preparing the noodles. The project was completed, but some unexpected after the construction of the prototype, some aspects are still in development occur. Keywords: Vending Machine, automated process, instant noodles.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Metódica Geral de Projeção Núcleo Design Figura 2 Interação do usuário com uma máquina de venda automática de livros.. 14 Figura 3 Circuito multifilar da resistência Figura 4 Circuito multifilar da ventilação Figura 5 Diagrama de blocos representativo do esquema elétrico utilizado neste projeto Figura 6 Módulo de Relés 5v com 8 canais Figura 7 Painel Figura 8 Diagrama de blocos representativo do esquema eletrônico utilizado neste projeto Figura 9 Uso do eixo com duas rodas como atuador desenhado em 3D Figura 10 Ideia inicial para queda e furação dos copos desenhado em 3D Figura 11 Esquema de ligação de sensores de nível e bomba à contatora para controle automático de nível mínimo e máximo do reservatório Figura 12 Planejamento inicial para o sistema hidráulico representado em 3D Figura 13 Quadro da estrutura Figura 14 Confecção dos Tubos Figura 15 Confecção do Funil... 43

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Número de habitante por vending machine Tabela 2 Número habitante por vending machine no Brasil Tabela 3 Custo dos componentes Elétricos Tabela 4 Custo dos componentes Eletrônicos Tabela 5 Custo dos componentes Mecânicos Tabela 6 Custo dos componentes Hidráulicos Tabela 7 Custo da Estrutura Tabela 8 Custo Contabilizado da Máquina... 45

10 Sumário 1. INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVOS METODOLOGIA PESQUISA CONSTRUÇÃO DO MODELO Alimentação dos Circuitos Rede Convencional Fonte chaveadas Resistência e Termostato Sistema de Ventilação FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO Elétrica Alimentação dos Circuitos Rede Convencional Fonte chaveadas Resistência e Termostato Sistema de Ventilação Diagrama em Blocos do esquema Elétrico Custos do Esquema elétrico Eletrônica Interface de Potência Validador de Moedas Painel de funções Diagrama em Blocos do esquema Eletrônico Custos do Esquema Eletrônico... 28

11 8.3 Mecânica Motores Elétricos Motor de Queda Motor de Furação Ideia Inicial para a queda do copo Custos do Esquema Mecânico Hidráulica Reservatório de Distribuição Reservatório de Aquecimento (Caldeira) Retorno do vapor Comando automático da Bomba Funcionamento do comando automático da bomba Válvula Solenoide Ideia Inicial para o esquema Hidráulico Custos do Esquema Hidráulico Estrutura Tubos Confeccionados Guias de Barra Roscada Funil Confeccionado Cofre Revestimento Custos da Estrutura CustoTotal Diretrizes Local de Instalação Segurança Manutenção RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÃO APÊNDICE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 61

12 9 1. Introdução A praticidade é sempre um dos principais conceitos que são levados em consideração quando se pensa na rotina agitada de pessoas que estudam e trabalham, em geral, que muitas vezes não possuem disponibilidade de tempo, a máquina de venda automática tem como maior qualidade auxiliar no tempo. Essas máquinas são itens de conforto extra, cada vez mais difundidos, pois, com ela é possível obter acesso a produtos com mais praticidade e facilidade, além de ter uma variedade de opções acessíveis ao público. Com essa variedade de itens de fácil acesso, surgiu a ideia de lançar um produto já conhecido na área alimentícia, o macarrão instantâneo (Cup Noodles), e introduzi-lo numa máquina de venda automática. A ideia principal é levar ao público algo novo e experimental, novas opções com objetivo de poupar tempo na compra e no preparo do alimento. O projeto de um modelo de máquina de macarrão instantâneo é fazer com que tudo aquilo que é de uso pessoal seja compartilhado. Neste projeto, também foi proposta a implementação de uma franquia, as máquinas de venda automática de macarrão instantâneo serão implantadas em estações de metrô, hospitais, aeroportos, universidades, escolas entre outros. Nos próximos capítulos é feito um estudo do desenvolvimento do projeto desde a justificativa e os objetivos do projetos, a metodologia utilizada até passo a passo da construção e desenvolvimento do protótipo. A construção é dividida em quatro partes: elétrica, eletrônica, mecânica e hidráulica.

13 10 2. Justificativa Atualmente as máquinas de venda expressa tornaram-se frequentes, principalmente em locais, como estações de metrô, aeroportos, escolas, entre outros. Porém no Brasil, estes tipos de maquinários resumem-se a vender basicamente produtos prontos para o consumo, com exceção do café expresso. A máquina de macarrão possibilitará que a venda do produto não seja o único item a ser comercializado, pois haverá a venda de seu serviço, o preparo do alimento. Em outros países essas máquinas operam nas mais variadas categorias. O mercado mundial de máquinas de venda automática (vending machines) é cada ano maior, basta olhar os números existentes em países como Estados Unidos, Japão e Alemanha. Estima-se que o faturamento anual já chegue a 250 bilhões de dólares, como mostra a tabela 1. Tabela 1- Número de habitante por vending machine: País Habitante Crescimento Médio/ano Japão 48 2% Estados Unidos 90 3% Alemanha 401 5% Fonte: As vending machines proporcionam agilidade, higiene e muitas outras vantagens ao sistema, já reconhecidas pelos consumidores. A tabela 2 mostra as maquinas de venda expressas no mercado brasileiro. Tabela 2- Número habitante por vending machine no Brasil: País Habitante/máquina Crescimento anual estimado Brasil % Fonte:

14 11 3. Objetivos Objetivo Geral Projetar uma máquina de venda automática de macarrão instantâneo (Cup Noodles). Objetivos Específicos Verificar os materiais envolvidos na fabricação da máquina. Pesquisar as necessidades ergonômicas envolvidas no uso da máquina. Pesquisar métodos técnicos para construção do modelo.

15 12 4. Metodologia Para melhor desenvolvimento desse projeto, o trabalho foi dividido em duas fases. A primeira fase se dá através da pesquisa bibliográfica. Através dela é feito um levantamento bibliográfico sobre máquinas de venda automáticas. Essa fase tem como objetivo obter uma amostragem do panorama atual das máquinas de venda automática no cenário brasileiro. Este capítulo se concentrará nas vantagens e serviços de uma máquina automática de macarrão instantâneo. A segunda fase se compõe da construção do modelo. 5. Pesquisa A pesquisa bibliográfica é realizada pela leitura e análise de artigos, com o propósito de coletar e interpretar dados e fontes. A união dessas informações provém das áreas de venda e comercialização por meio de máquinas de venda automática. Parte dessa primeira etapa se concentra no estudo dos benefícios do produto, posição do produto no mercado e análise ergonômica. Com base no estudo e verificação dessas condições, é possível identificar as demandas existentes para a realização do projeto, tornando clara a importância do assunto tratado nesta monografia.

16 13 6. Construção do modelo Para o desenvolvimento do presente trabalho será utilizada a Metódica Geral de projetação do Núcleo Design. Segundo Sperb (2011), a Metódica Geral de Projeção do Núcleo Design é formada por quatro etapas (Entender, Definir, Projetar e Modelar) juntamente com a quinta etapa Testar - integrante em todos os momentos do projeto - para a construção do trabalho. Cada etapa apresenta sua etapa de desenvolvimento de projeto, sendo estas responsáveis para as fases seguintes. A etapa central (Testar) permite a constatação das ideias nas fases. Na figura 1 está a visão geral da Metódica. Figura 1 Metódica Geral de Projeção Núcleo Design Desta forma, ao se analisar a figura 1, pode-se compreender os seguintes termos Entender e Definir da seguinte forma:

17 Entender Esta fase compreende a análise do cenário atual dentro do tema, do objeto e da relação dos usuários com o mesmo, no caso do presente projeto, a interação entre o público e as máquinas de venda automática, o que envolve a parte ergonômica do projeto e o lucro de franquias. 6.2 Definir A fase Definir se relaciona diretamente com a ideação de soluções para o cenário detectado na fase anterior, se materializando na forma de geração de alternativas e propostas de soluções para os problemas detectados na fase anterior. Ou seja, o projeto deve ser estudado para atender melhor os usuários, tanto na facilidade em utilizar a máquina, quanto à segurança que a mesma proporciona ao usuário. Ambos requisitos contribuem para o lucro do produto. A seguir está ilustrada na figura 2 um exemplo simples de interação de um usuário com uma máquina automática de venda de livros. Figura 2 Interação do usuário com uma máquina de venda automática de livros

18 Projetar Nessa etapa é dado o detalhamento do projeto, contendo sua configuração visual final. Esta etapa também tem como foco a validação dos conceitos trabalhados até o momento. A partir do estudo e definição do projeto, o mesmo passa a sair do papel por assim dizer. Essa fase tem como objetivo a construção do modelo e funcionamento, o que inclui a mecânica do processo e os circuitos funcionais vitais para o uso automático da máquina. 6.4 Modelar Nesta fase se dá a medição dos resultados obtidos e no refino do projeto após a implementação do mesmo, de forma a aperfeiçoar e corrigir suas falhas. E assim também melhorar a parte estética do projeto o tornando mais agradável visualmente. 6.5 Testar Fase central que engloba todas as outras etapas da metódica, uma vez que permite a validação das propostas apresentadas.

19 16 7. Fundamentação Teórica A construção e desenvolvimento do projeto foram executados a partir das pesquisas feitas e dos dados analisados. A máquina, que foi dividida em quatro partes, começa a ser desenvolvida pelo estudo morfológico, ou seja, as principais partes do projeto: elétrica, eletrônica, hidráulica e mecânica. Para o estudo e desenvolvimento de cada um desses membros foi utilizado um padrão, para facilitar a projeção da máquina, foi pensado em modelos no qual se tornam base de funcionamento. Como por exemplo, uma vending de café expresso, que possui um sistema hidráulico propício para um melhor funcionamento da máquina. Além do sistema hidráulico, a máquina de café possui um sistema de resistência para aquecer a água na temperatura certa para preparar o café. Outra base que contribuiu para a evolução da vending machine de macarrão instantâneo foram alguns detalhes de outras máquinas de venda automática, como ventilação e esquema de pagamento. Pensando sempre em facilitar o funcionamento e modo de operação da máquina.

20 17 8. Desenvolvimento e Construção Como citado no capitulo anterior, para melhor definição e projeção da máquina, o projeto foi dividido em quatro partes ou membros: Elétrica, Eletrônica, Mecânica e Hidráulica. Nos capítulos seguintes estão passo a passo dessa construção, dos componentes e circuitos envolvidos.

21 Esquema Elétrico No processo de automação temos a demanda por componentes elétricos, eletromecânicos, eletroeletrônicos, que executam todos os processos programados para atender a produção definida. Deste modo, seguiremos descrevendo os componentes utilizados neste projeto e entrando em detalhes nos itens relevantes a este trabalho Alimentação dos Circuitos A tensão de trabalho sugerida foi de 127Vca e a corrente máxima de 25A. O circuito elétrico trabalha com três diferentes tensões que foram empregadas neste projeto Rede Convencional A máquina conta com a rede convencional de 127Vca para fazer com que as outras fontes de tensão sejam alimentadas, além de alimentar uma contatora no processo de comando automático de uma bomba de água. Seu funcionamento ocorre a partir de um interruptor liga/desliga que fica localizado na parte posterior do modelo, fora do alcance do usuário, como sistema de segurança para energizar e desenergizar a máquina Fonte chaveada A fonte de 12Vcc e a de 5Vcc são responsáveis por alimentar o validador de moedas, os sensores, os atuadores elétricos e o controle do processo (que é realizado através da utilização de um dispositivo eletrônico denominado de microcontrolador).

22 Resistência e Termostato Para o aquecimento do macarrão, a máquina vai disponibilizar de um sistema de aquecimento, o que envolve principalmente uma resistência blindada que fica imersa numa caldeira de inox e que opera com uma tensão de 127Vca, além de um termostato analógico que trabalha com uma tensão máxima de 220Vca. A resistência é ligada em série com o termostato. A fase é conectada à um dos terminais do termostato, o outro terminal é ligado na resistência e o segundo terminal da resistência vai para o neutro. O termostato funciona como um interruptor e trabalha com uma temperatura mínima e uma temperatura máxima, assim quando a água atingir uma temperatura de 100 C o mesmo interrompe a passagem de corrente no circuito, desligando a resistência. Quando a temperatura da água abaixar chegando aos 90 C o termostato fecha novamente o contato dando inicio a um novo ciclo. Isto é ilustrado a seguir na figura 3. Figura 3 Circuito multifilar da resistência O esquema de resistência adotado nesse projeto trabalha de forma independente. Mas, o interruptor da máquina pode ser ligado apenas se a caldeira estiver com uma quantidade razoável de água para encobrir a resistência.

23 Sistema de Ventilação Como já citado no tópico acima, a máquina possui um sistema de aquecimento, por esse motivo e por questão de segurança houve a necessidade de instalar um sistema de ventilação para não sobreaquecer a máquina e os circuitos internos da mesma. E para resolver esse suposto problema, um cooler e um filtro de ar são implantados na parte posterior da máquina evitando danos por aquecimento nos circuitos do modelo. O cooler trabalha com uma tensão de 127Vca e opera independente das outras funções da máquina, ou seja, quando o interruptor liga/desliga for acionado o cooler liga e somente desliga quando o interruptor for desacionado. Isto é ilustrado a seguir na figura 4. Figura 4 Circuito multifilar da ventilação Através da figura podemos ver que a fase da rede elétrica é ligada a um interruptor, o retorno da fase é conectado a um dos fios do cooler, e o neutro da rede elétrica é ligado ao segundo fio do cooler.

24 Diagrama em Blocos do esquema Elétrico A seguir, a figura 5 ilustra o diagrama de blocos representativo do esquema elétrico utilizado neste projeto. Figura 5 - Diagrama de blocos representativo do esquema elétrico utilizado neste projeto Neste diagrama pode-se notar as fontes de alimentação utilizadas no projeto e a função de cada uma.

25 Custos do Esquema elétrico A tabela 3 ilustrada a seguir mostra de forma resumida os preços dos principais componentes utilizados no esquema elétrico. Entre outros se encontram os fios, as réguas e os bornes. Tabela 3- Custo dos componentes elétricos

26 Esquema Eletrônico Um dos fatores significativos para o funcionamento da máquina é a parte eletrônica, automatizando o processo e facilitando os meios de otimização. Um dos componentes essenciais para esse processo é o microcontrolador 8051, ele é responsável por identificar as entradas e saídas, e mandar o sinal aos seus respectivos lugares, ou seja, ele é o elemento mais importante do processo de automação. O microcontrolador vai receber pulsos do validador de moedas, do painel (os botões referentes aos sabores), e chaves fim-de-curso. Esses pulsos chegam aos ports de entrada de acordo com uma programação. O microcontrolador também é o responsável por enviar sinais de 5 Vcc para alguns componentes, que no caso necessitam de uma interface de potência.

27 Interface de Potência A interface de potência é responsável pelo acionamento da bobina do relé, pois a corrente que é emitida pelo microcontrolador não é o suficiente para gerar um campo eletromagnético e fazer com que seus contatos fechem em caso de NA (normalmente aberto) ou abram em caso de NF (normalmente fechado). A figura 6 abaixo é uma ilustração da interface de potência ou módulo de relé utilizado neste projeto. Figura 6 Módulo de Relés 5v com 8 canais Esta interface citada acima recebe um sinal do microcontrolador em cada entrada de relé que será utilizada.

28 Validador de Moedas O validador de moedas ou moedeiro é um dispositivo mecânico dotado de uma entrada para moedas, um cabeçote que faz a identificação da moeda recebida e a direciona para um local previamente programado. Esse equipamento é programado para aceitar moedas de R$1,00. A leitura do valor da moeda é feito por sensores que avaliam peso, diâmetro, tipo de material metálico e espessura. Grandes variações nesses parâmetros fazem com que o equipamento não aceite outras moedas moeda. O terminal de saída do validador de moedas é conectado à uma das entradas do microcontrolador, quando a moeda é inserida, o validador envia um pulso negativo ao microcontrolador. O valor do produto é determinado pela programação assembly, após o valor total ser inserido o próximo passo da programação é liberar o painel para escolha do macarrão, caso contrário, a programação espera o valor ser inserido. Após a moeda se aceita pelo validador, ela passa por uma canaleta até chegar ao cofre, este por sua vez, deve ser esvaziado de acordo com a venda do produto.

29 Painel de funções O painel de funções é composto por um LCD de 16 x 2 linhas e 6 push buttons de material metálico. O LCD tem como função indicar ao usuário o andamento do pedido. Os botões servirão para a escolha o sabor do macarrão. Ele gera o pulso de nível alto para o microcontrolador, este, por conseguinte, aciona o motor elétrico equivalente ao motor escolhido. O painel se localiza na parte frontal da máquina do lado direito, e é móvel para facilitar a manutenção. Figura 7 Painel

30 Diagrama em Blocos do esquema Eletrônico A seguir, a figura 8 ilustra o diagrama de blocos representativo do esquema eletrônico utilizado neste projeto. Figura 8 - Diagrama de blocos representativo do esquema eletrônico utilizado neste projeto

31 28 Este diagrama mostra primariamente as fontes que alimentam os circuitos e secundariamente mostra o microcontrolador e os componentes no qual o mesmo controla Custos do Esquema Eletrônico O kit CPU inclui um microcontrolador 8051, que controla os processos mecânico, elétrico e eletrônico da máquina. O custo para o esquema eletrônico inclui os componentes citados abaixo na tabela 4. Tabela 4 - Custo dos componentes eletrônicos

32 Mecânica A parte mecânica é basicamente a queda do copo de macarrão. Onde são utilizados tubos de ferro, guias de barra roscada, funil confeccionado (ambos fazem parte do tópico estrutura), solenoides e motores de passo Motores Elétricos Os motores utilizados trabalham com uma tensão de 12V DC/5A e possuem duas funções distintas. Seis dos sete motores fazem parte da escolha do sabor, e o último motor faz o furo no copo do macarrão para inserir a água. O motor possui um atuador inicialmente acionado, quando receber um pulso de nível alto do microcontrolador o atuador deve retrair e por meio de uma mola o mesmo retorna a sua posição inicial Motor de Queda Os motores utilizados para queda do copo funcionam do seguinte modo, quando recebe um sinal do microcontrolador através de uma interface de potência, o atuador que segura a aba do copo, retrai a mola, quando esta retrai, um copo cai, assim a mola volta a sua posição inicial fazendo o atuador segurar o próximo copo. Além do atuador do próprio motor, há também uma espécie de garra de PVC que se ajusta ao diâmetro do copo.

33 Motor de Furação O motor de furação tem como função levar o atuador (um canudo de alumínio) até a boca do copo lacrado. Uma das pontas do canudo possui um corte transversal para facilitar a furação do lacre. Após o copo chegar a posição correta, acionando um sensor fim-de-curso, o motor, que está numa posição em diagonal e instalado na parte posterior do funil, empurra o canudo até o lacre do copo. Isso ocorre por meio da programação, que determina o tempo que a solenoide ficará energizada, assim enquanto é injetada a água no copo o motor está com o atuador avançado. Depois de passar 30 segundos, a vazão da água é suspensa e o atuador retorna à sua posição inicial Ideia Inicial para a queda do copo A ideia inicial do grupo para fazer a queda dos copos era utilizar motores de passo para os seis sabores. Os copos ficariam empilhados na prateleira e o motor de passo moveria um eixo com duas rodas que empurraria o primeiro copo. As figuras 9 e 10 ilustram essa situação. Essa ideia se tornou inviável pelos seguintes motivos: Alto custo para o projeto; Dificuldade na programação; Necessitaria o uso de dois microcontroladores (8051) no projeto. Por haver esses problemas que causaria dificuldades na projeção da máquina, o grupo optou por procurar uma solução mais viável.

34 31 Figura 9 Uso do eixo com duas rodas como atuador desenhado em 3D Figura 10 Ideia inicial para queda e furação dos copos desenhado em 3D As figuras acima são desenhos em 3D de como seria a queda do copo inicialmente.

35 Custos do Esquema Mecânico O material utilizado para confeccionar as garras foi adquirido por um dos integrantes do grupo, por esse motivo não foi contabilizado. O custo resumido para o esquema mecânico inclui os componentes citados abaixo na tabela 5. Tabela 5 - Custo dos componentes mecânicos

36 Hidráulica A estrutura hidráulica da Máquina de Macarrão instantâneo consiste em: um reservatório de distribuição, um reservatório de aquecimento eléctrico, uma bomba de água, mangueiras de plástico e de silicone, sensores de nível, um filtro de água, uma válvula solenoide e uma contatora Reservatório de Distribuição O reservatório de distribuição é efeito em acrílico transparente, vedado com uma tampa. Tem uma capacidade máxima de 8 litros, contendo uma boia mecânica em seu interior. Essa boia está conectada diretamente na rede de água, onde contém sais insolúveis, que causam o acúmulo de depósitos de calcário no resevatorio e em outras partes da máquina. Com o filtro de água torna possível eliminar ou reduzir a presença desses calcários. Por esta razão, é necessário instalar um filtro da rede hidráulica para o reservatório e após certo período de uso é muito importante efetuar a troca do filtro dentro do prazo estabelecido pelo fornecedor. A capacidade máxima do reservatório depende da boia, que faz o controle de vazão da rede para o reservatorio. E a distribuição de água para a caldeira passa por uma mangueira de plástico conectada entre o reservatório de distribuição e a entrada da bomba, e entre a saída da bomba e a conexão de entrada da caldeira.

37 Reservatório de Aquecimento (Caldeira) O resevatório de aquecimento é feito de material inoxidável tendo uma capacidade máxima de 2 litros, nele contém dois sensores, de nível máximo e mínimo, uma resistência e um termostato analógico de calor. Essa caldeira é vedada com uma borracha e com uma tampa de alumínio confeccionada. O enchimento do resevatório é feita com a água filtrada do reservatório de distruibuição através de uma bomba de água. Após esse procedimento, a água é aquecida a 100 C na caldeira por meio de uma resistência elétrica, que está imersa na água. Quando a temperatura da água atingir a temperatura indicada, a resitência é delisgada através de um termostato Retorno do vapor Como a caldeira possui um sistema de aquecimento à 100ºC, é necessário que haja um respiro para o vapor. Por isso, instalamos conexões de cobre em uma mangueira de silicone conectada entre a caldeira e o reservatório de distribuição. Desse modo, o vapor da água aquecida não causa pressão, retornando novamente ao ciclo Comando automático da Bomba O comando automático da bomba de água tem como objetivo transportar a água do reservatório de distribuição para a caldeira, de uma maneira independente. De um modo geral, a bomba liga quando a caldeira está vazia e desliga quando a caldeira está cheia.

38 Funcionamento do Comando Automático da Bomba Ao acionar o interruptor liga/desliga, caso o reservatório esteja com nível de água baixo, o mecanismo interno do sensor de nível baixo conduz uma tensão elétrica de 110 VAC acionando uma contatora que ao fechar um dos contatos aciona a bomba. Porém, esse processo necessita de um contato selo. O contato selo é necessário pelo seguinte, o sensor de nível mínimo para de conduzir sinal à contatora, enquanto a água enche o reservatório, a bomba pode desligar sem ter enchido completamente o reservatório, isso não deve acontecer; Quando o reservatório atinge o nível desejado, com o auxílio do contato selo, o mecanismo interno do sensor de nível alto corta a tensão elétrica de 110 VAC o que desliga a bomba e indica que o reservatório está cheio; Uma vez que o reservatório esvazie novamente, o mecanismo interno do sensor volta a conduzir a tensão elétrica, acionando novamente a bomba de modo automático e contínuo, até que o interruptor da máquina seja desligado. Na figura 11 mostra a ligação do esquema hidráulico.

39 36 Figura 11 - Esquema de ligação de sensores de nível e bomba à contatora para controle automático de nível mínimo e máximo do reservatório Na figura acima pode-se perceber um circuito de potência onde ilustra a função dos níveis de água e como a bomba é acionada.

40 Válvula Solenoide O funcionamento da válvula solenoide é estritamente dependente da ação do microcontrolador. Ela trabalha com uma tensão de 127V CA e possui a função semelhante à de um interruptor. Consequente ao aquecimento da água e através de uma programação, o microcontrolador manda um sinal de 5 VCC para a interface de potência, onde contém um relé, que energiza a bobina interna da válvula abrindo o contato, possibilitando a vazão da água quente, pela mangueira de silicone, para o copo de macarrão. Entretanto, para inserir 300ml de água no copo (quantidade necessária para cozinhar o macarrão), é necessário especificar na programação do microcontrolador o tempo da vazão da água, enquanto a válvula solenoide estiver energizada. Após o processo, a válvula é desenergizada.

41 Ideia Inicial para o esquema Hidráulico O planejamento para fazer o esquema hidráulico consistia os mesmos componentes utilizados no projeto inicial. Porém, fizemos uma mudança na ordem de funcionamento. No planejamento inicial, o grupo pensou em colocar o filtro entre a bomba de água e a caldeira, mas a vazão do filtro era pequena em comparação com a força da bomba, além disso, não encontramos conexões compatíveis para fazer essa instalação. Outra modificação feita foi o controle automático da bomba. Todo esquema seria feito conectado ao microcontrolador, mas teríamos uma dificuldade na programação, mais precisamente na verificação dos sensores de nível. Por praticidade, foi decidido utilizar um processo automático. Na figura abaixo mostra como seria a instalação do sistema hidráulico sem a representação da bomba. Figura 12 Planejamento inicial para o sistema hidráulico representado em 3D

42 39 A figura 12 é um desenho em 3D de como seria a construção do principal componentes da parte hidráulica Custos do Esquema Hidráulico Os componentes para montar a hidráulica da máquina foram escolhidos de modo a não comprometer a integridade do produto, são próprios para se utilizar no consumo de alimentos, por esse motivo, costumam ser mais caros. Além dos componentes abaixo a instalação da parte hidráulica conta com conexões de cobre. A tabela 6 faz referência aos principais componentes que integram o esquema hidráulico. Tabela 6 - Custo dos componentes hidráulicos

43 40 9. Estrutura A estrutura da máquina é composta por tubos quadrados de alumínio de 40mm, as prateleiras usadas para suportar os componentes são chapas de ferro galvanizado rebitadas na estrutura de alumínio. O revestimento é de ACM azul e uma placa de policarbonato cristal (transparente) na parte frontal da máquina para tornar visível a queda do copo. Para facilitar o transporte da máquina, foram instalados rodízios com rodas de gel com capacidade de 50 Kg cada um. As dimensões da máquina estão na figura mm 600mm 900mm Figura 13 Quadro da estrutura

44 41 A figura mencionada acima se trata do quadro da estrutura e as dimensões externas, a partir dessa estrutura básica foram fixadas as chapas de ferro. 9.1 Tubos Confeccionados O material utilizado para os tubos são seis chapas de ferro galvanizado, confeccionadas em formato de tubos quadrados, locais de armazenamento dos copos de macarrão. Estes seis tubos possuem comprimentos diferentes para proporcionar melhor queda, livrando os copos de tombos. Além disso, cada um deles contém um corte, de 20 mm de largura, em toda a vertical do tubo, para ficar visível o armazenamento e queda dos copos. Ambos estão rebitados entre eles e fixados na estrutura como ilustra a figura 14. Figura 14 Confecção dos tubos

45 42 Esses tubos ilustrados na figura possuem queda direta para o funil que será mencionado no tópico 9.3 Funil Confeccionado. 9.2 Guias de Barra Roscada Os copos precisam de algo que os guie na queda, pois os tubos possuem uma pequena folga e fazem com que os copos não desçam retos, prejudicando o atuador que os seguram e os mantêm em pé. As guias de barra roscada, como o próprio nome já diz, servem para guiar o copo pelo tubo. Desse modo, não ocorre o risco de o copo passar direto pelo atuador, prejudicando o funcionamento da máquina. Cada tubo possui quatro furos, dois furos na extremidade inferior e dois na extremidade superior, na parte posterior dos tubos. Cada tubo possui duas guias de barra roscada, as mesmas são fixadas dentro do tubo por porcas e arruelas.

46 Funil Confeccionado O material utilizado para confeccionar o funil é chapas de ferro galvanizado para montar as laterais, e também foi utilizado placas de policarbonato cristal (transparente) para fazer o revestimento frontal do funil, como pode-se notar na figura 15. Figura 15 Confecção do Funil

47 Cofre O cofre é um compartimento fixado no assoalho da máquina que armazena as moedas inseridas. Antes de entrar no cofre, as moedas passam por uma canaleta, que fica entre o validador de moedas e o cofre. 9.5 Revestimento O revestimento da máquina é de ACM azul. As portas laterais são fixadas por rebites, a porta posterior, superior e o painel são móveis. A porta superior tem como função armazenar os copos nos tubos. A recolocação deve ser feita assim que os copos se esgotarem. A porta posterior está disponível a todos os esquemas e circuitos. O painel é móvel para tornar viável a manutenção do próprio. As portas móveis são presas na máquina por dobradiças e travas de ferro, para tornar possível a manutenção preventiva e/ou corretiva da máquina, onde apenas o técnico em manutenção possui a chave das travas. 9.6 Custos da Estrutura A estrutura foi patrocinada por uma empresa de toldos e coberturas, tanto os tubos de alumínio e chapas de ferro quanto a solda mig. O custo dos componentes para a estrutura se resumem na tabela 7. Tabela 7 - Custo da Estrutura

48 CustoTotal O custo contabilizado da máquina foi no valor de R$ 1135,41. Porém, alguns componentes foram adquiridos gratuitamente e outros o grupo já possuía. Além disso, conseguimos o patrocínio da estrutura, de uma empresa de toldos e coberturas. No geral, o custo total da máquina seria em torno dos R$ 3.000,00. Tabela 8 - Custo Contablizado da Máquina

49 Diretrizes As diretrizes impostas abaixo servem para indicar alguns conceitos de desempenho da máquina Local de Instalação A máquina de venda automática de macarrão instantâneo necessita de alimentação em rede 110Vca/60Hz. No caso de utilizar plenamente o comando hidráulico automático, necessita-se que a máquina esteja ligada numa rede hidráulica, caso contrário, a distribuição da água pode ser feita manualmente Segurança A máquina possui travas de segurança nas três portas para impedir que pessoas desavisadas tentem abri-la. As travas podem ser abertas com chave triângulo. Além disso, em cada porta possui um sensor no qual desliga a máquina caso algum indivíduo tente abrir a porta enquanto a máquina está em funcionamento. Para prevenir os circuitos da máquina contra sobrecorrentes e sobretensões, foi utilizado um disjuntor na parte elétrica Manutenção Para manutenção obrigatória da máquina, deve-se levar em conta os seguintes fatores: Reposição dos copos de macarrão; Esvaziar o cofre quando cheio; A caldeira deve estar sempre com água para não queimar a resistência. Deve-se levar em consideração a manutenção corretiva e limpeza da máquina. Outro fator importante é manutenção preventiva, a mesma é realizada em períodos determinados pelo técnico, de acordo com a necessidade da máquina.

50 Resultados Obtidos Quando a máquina é ligada, a tensão alimenta imediatamente a resistência e o comando hidráulico. O usuário ao fazer um pedido na máquina, deve antes inserir o valor do macarrão, assim, o teclado é liberado para fazer a escolha. Após escolher a opção o usuário deve aguardar o macarrão ser preparado. O pedido pode ser acompanhado pelo display. 13. Conclusão O objetivo básico da máquina foi atingido, o funcionamento. Alguns dos problemas foram sanados, como por exemplo, a queda do copo. A ideia inicial era utilizar tubos de PVC, mas com o tempo os tubos empenaram. Surgiu a ideia de utilizar ferro galvanizado, porém os tubos eram mais largos e os copos caiam inclinados, uma alternativa foi usar barras roscadas para guiar o copo. Outros problemas não tiveram uma solução ideal, a resistência está ligada no 110V, mas não pode ser ligada se a caldeira estiver sem água, pois pode queimá-la, essa parte ainda está em desenvolvimento. A programação do microcontrolador 8051 ainda pode ser mais desenvolvida, para melhorar a segurança e no caso de cancelamento do pedido. No ínterim, o projeto de uma máquina de venda automática fez o grupo pensar em soluções para os problemas encontrados e fazer testes para o funcionamento. O tempo foi prejudicial, no sentido de que a maioria do grupo trabalha e não puderam se empenhar melhor no projeto. Foi uma boa maneira de trabalhar em equipe, apesar de alguns desentendimentos entre os integrantes.

51 48 APÊNDICE Fluxograma 47 Circuito Microcontrolador Linguagem Assembly 51

52 Fluxograma do Processo 49

53 50

54 51

55 Circuito Microcontrolador

56 53 Linguagem Assembly ; V1.2 ; PROGRAMA TESTE LCD ; pino 1 - GND, pino 2 - VCC, pino 3 - contraste ; pino 5 - RW aterrado (GND) ; pinos 4 e 6 - ligados ao microcontrolador ; pinos 7 a 10 - abertos ; pinos 11 a 14 - bits menos significativos do port do microcontrolador INF EQU P1 ;pinos 11 (LSB) a 14(MSB) LCD(END.PORT) RS EQU P3.4;pino 4 do LCD (END. BIT PORT) EN EQU P3.5;pino 6 do LCD (END. BIT PORT) DIPS EQU P2 DIP1 EQU P2.0 DIP2 EQU P2.1 DIP3 EQU P2.2 DIP4 EQU P2.3 DIP5 EQU P2.4 DIP6 EQU P2.5 DIP7 EQU P2.6 DIP8 EQU P2.7 PB EQU P3.2 LEDS EQU P0 LED1 EQU P0.0 LED2 EQU P0.1 LED3 EQU P0.2 LED4 EQU P0.3 LED5 EQU P0.4 LED6 EQU P0.5 LED7 EQU P0.6

57 54 LED8 EQU P0.7 BZ EQU P3.7 ORG 0000H ; INICIALIZAÇÃO ******************************************* MOV SP,#3FH ; CARREGA SP MOV P0,#00H ; APAGA LEDS SETB P3.7 ; DESLIGA BUZZER ; PROGRAMAÇÃO DO LCD ************************************** VOLTA: CLR EN CLR RS MOV SCON,#40H ;#### PARA TESTE C/ UART ##### LCALL AT100MS MOV A,#33H ; RESET LCALL ECMD LCALL AT40MS MOV A,#32H ; RESET LCALL ECMD LCALL AT40MS MOV A,#28H ; PROGRAMA MODO LCALL ECMD MOV A,#0CH ; LIGA DISPLAY E ATIVA CURSOR LCALL ECMD MOV A,#06H ; CURSOR DESLOCANDO PARA DIREITA LCALL ECMD MOV A,#01H ; CLEAR DISPLAY LCALL ECMD ;********************************************************** ; ESCREVER MENSAGENS NO LCD ******************************* LOOP: MOV R0,#00H MOV A,#80H ; POSICIONA NO INICIO DA 1 LINHA LCALL ECMD MOV DPTR,#TAB1 ; ENVIA MENSAGEM

58 55 LCALL EMSG LCALL AT2S LOOP1: JNB DIP1,LOOP1 ;MOEDEIRO ESPERA:JB DIP1,ESPERA INC R0 CJNE R0,#02,LOOP1 SETB LED1 ;LIGA RESISTNCIA SETB LED2 ;ACIONA FURADOR MOV A,#01H LCALL ECMD ; APAGA LCD MOV DPTR,#TAB2 ; ENVIA MENSAGEM LCALL EMSG LCALL AT2S ; ATRASO 2 SEG SABOR1:JB P2.6,SABOR1 ;ESCOLHA DO SABOR1 MOV A,#01H LCALL ECMD ; APAGA LCD MOV DPTR,#TAB3 ; ENVIA MENSAGEM LCALL EMSG LCALL AT2S ; ATRASO 2 SEG SETB LED3 LCALL DELAY CLR LED3 FC: JB P2.5,FC ;ESPERA DA CHAVE FIM DE CURSO CLR LED2 LCALL DELAY SETB LED4 LCALL ATRASO1 CLR LED4 LCALL DELAY SETB LED2

59 56 MOV A,#01H LCALL ECMD ; APAGA LCD MOV A,#83H LCALL ECMD MOV DPTR,#TAB4 ; ENVIA MENSAGEM LCALL EMSG MOV A,#0C5H ; POSICIONA NO INICIO DA 1 LINHA LCALL ECMD MOV DPTR,#TAB5 ; ENVIA MENSAGEM LCALL EMSG LCALL AT2S MOV A,#01H LCALL ECMD ; APAGA LCD LJMP LOOP ;********************************************************** ; TABELAS COM MENSAGENS (COLOCAR NO FINAL DO PROGRAMA) **** TAB1: DB 'INSIRA AS MOEDAS',0FFH TAB2: DB 'ESCOLHA O SABOR',0FFH TAB3: DB 'AGUARDE',0FFH TAB4: DB 'RETIRE SEU',0FFH TAB5: DB 'PRODUTO',0FFH ;********************************************************** ;********************************************************** ; SUBROTINAS DO LCD (COLOCAR NO FINAL DO PROGRAMA) ******** ECMD: SETB EN CLR RS MOV B,A ; MOV SBUF,#0DH ;#### PARA TESTE C/ UART ##### SWAP A

60 57 ANL A,#0FH ANL INF,#0F0H ORL INF,A LCALL AT1 CLR EN LCALL AT1 SETB EN MOV A,B ANL A,#0FH ANL INF,#0F0H ORL INF,A LCALL AT1 CLR EN LCALL AT1 SETB EN RET EMSG: MOV R1,#00H CONT: MOV A,R1 INC R1 MOVC CJNE A,#0FFH,CONTM RET CONTM: SETB EN SETB RS MOV B,A ; MOV SBUF,A ;#### PARA TESTE C/ UART ##### SWAP A ANL A,#0FH ANL INF,#0F0H ORL INF,A LCALL AT1 CLR EN LCALL AT1 SETB EN

61 58 MOV A,B ANL A,#0FH ANL INF,#0F0H ORL INF,A LCALL AT1 CLR EN LCALL AT1 SETB EN SJMP CONT ECAR: SETB EN SETB RS MOV B,A ; MOV SBUF,A ;#### PARA TESTE C/ UART ##### SWAP A ANL A,#0FH ANL INF,#0F0H ORL INF,A LCALL AT1 CLR EN LCALL AT1 SETB EN MOV A,B ANL A,#0FH ANL INF,#0F0H ORL INF,A LCALL AT1 CLR EN LCALL AT1 SETB EN RET AT1: MOV R6,#02 AT0: LCALL AT1MS DJNZ R6,AT0

62 59 RET AT40MS: MOV R6,#40 LJMP AT0 AT100MS: MOV R6,#100 LJMP AT0 AT2S: MOV R5,#20 AT2: LCALL AT100MS DJNZ R5,AT2 RET AT1MS: AT1M:NOP MOV R7,#249 NOP DJNZ R7,AT1M RET DELAY: MOV R1,#200 ; 200x10ms = 2000ms = 2s AT7: LCALL AT10MS DJNZ R1,AT7 RET AT10MS: MOV R2,#10 ; 10x1ms = 10ms = 0,01s AT8: LCALL AT11MS DJNZ R2,AT8 RET AT11MS: MOV R3,#249 ; 249x4us + 4us = 1000us = 1ms AT3: NOP NOP DJNZ R3,AT3 RET

63 60 ATRASO1:MOV R1,#50 AT4: LCALL AT210MS DJNZ R1,AT4 RET ; 200x10ms = 2000ms = 2s AT210MS: MOV R2,#150 ; 10x1ms = 10ms = 0,01s AT5: LCALL AT21MS DJNZ R2,AT5 RET AT21MS: MOV R3,#249 ; 249x4us + 4us = 1000us = 1ms AT6: NOP NOP DJNZ R3,AT6 RET END

64 61 Referências Bibliográficas 1. BRASIL. A EXPOVENDING & OCS Disponível em: 2. BRASIL. Associação Brasileira de Vendas Automáticas ABVA. Disponível em: 3. BRASIL. Metodologia de Bonsiepe. Disponível em: onsiepe%5b1%5d.pdf 4. BRASIL. Planejamento e Desenvolvimento da IGA do sítio virtual: nucleodesign.org.br. Disponível em: NucleoDesignorgbr/ BRASIL. Podcast vending machine. Disponível em: 6. Daniel Quintana Sperb (2011). Núcleo Design: Inovação Social. Disponível em: < 7. ESTADOS UNIDOS. Geneva Coffee Machine. Disponível em: 8. ESTADOS UNIDOS. How the Products are made. Disponível em: 9. ESTADOS UNIDOS. Pyramid Technologies, Inc. Disponível em: ESTADOS UNIDOS. Vendo V-Max Manual for Pepsi - Cola. Disponível em: