Desenvolvimento de sistema para monitoramento de torque em equipamentos com eixo rotativo: estudo de caso em plataforma de corte de milho

Abstract

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema portátil, capaz de mensurar o torque nominal em equipamentos de eixo rotativo, tendo sua aplicação validada em uma plataforma para corte de milho. O sistema desenvolvido é composto por dois extensômetro ligados em ponte completa de wheatstone, responsável pela medição das deformações mecânicas no eixo de transmissão; um módulo HX711, que amplifica e converte os sinais analógicos em digitais; e um microcontrolador ESP32 com conectividade Wi-Fi/Bluetooth, responsável pelo processamento e interpretação dos dados coletados, viabilizando assim, a análise do torque em tempo real. A alimentação do sistema é realizada por uma bateria de lítio, gerenciada por um módulo de carregamento TP4056, sendo auxiliados por componentes secundários, como botão de acionamento, medidor de carga e cabos de interconexão para integração do circuito. O sistema mecânico foi projetado para fixação direta no eixo cardan da plataforma de milho, enquanto o sistema eletrônico foi desenvolvido com foco na intercambialidade, permitindo sua utilização em diferentes equipamentos ou áreas de aplicação. O dispositivo desenvolvido visa fornecer dados precisos, respeitando os limites de tolerância estabelecidos por normas técnicas internacionais. Esses dados permitem realizar uma análise detalhada dos esforços aos quais os equipamentos estão sendo submetido, possibilitando realizar um dimensionamento mais assertivo dos componentes, contribuindo diretamente para a otimização dos processos internos e aprimoramento do desempenho e eficiência do produto final. A alta relação de custo-benefício, quando comparado a soluções comerciais similares, permite que empresas e clientes com recursos financeiros limitados também, possam empregar a análise de torque em seus produtos. Além disso, as informações obtidas permitirão à equipe de engenharia criar um banco de dados abrangente, possibilitando a análise do torque em diferentes condições de trabalho, como variedade do grão, tipo de solo, região, umidade, entre outros fatores. Por fim, este trabalho possibilita a evolução do sistema em novas versões, além de abrir caminhos para pesquisas, desenvolvimentos e inovações tecnológicas, visando telemetria, automação de diagnósticos em campo e agricultura de precisão.

This paper presents the development of a portable, system capable of measuring the nominal torque in rotary shaft equipment, having its application validated in a corn cutting platform. The developed system consists of two strain gauges connected in a full Wheatstone bridge, responsible for detecting mechanical deformations in the transmission shaft; an HX711 module, which amplifies and converts analog signals into digital ones; and an ESP32 microcontroller with Wi-Fi/Bluetooth connectivity, responsible for processing and interpreting the collected data, thus enabling real-time torque analysis. The system is powered by a lithium battery, managed by a TP4056 charging module, and is assisted by secondary components, such as a trigger button, load meter and interconnection cables for circuit integration. The mechanical system was designed for direct attachment to the cardan shaft of the corn platform, while the electronic system was developed with a focus on interchangeability, allowing its use in different equipment or application areas. The device developed aims to provide accurate data, respecting the tolerance limits established by international technical standards. This data allows for a detailed analysis of the stresses to which the equipment is being subjected, enabling more assertive dimensioning of the components, contributing directly to the optimization of internal processes and improvement of the performance and efficiency of the final product. The high cost-benefit ratio, when compared to similar commercial solutions, allows companies and customers with limited financial resources to also employ torque analysis in their products. In addition, the information obtained will allow the engineering team to create a comprehensive database, enabling torque analysis in different working conditions, such as grain variety, soil type, region, humidity, among other factors. Finally, this work allows the system to evolve into new versions, in addition to opening avenues for research, development and technological innovations, aiming at telemetry, automation of field diagnostics and precision agriculture.