Desenvolvimento de um sistema de monitoramento de rotação

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Mendes, Gabriel, Gabriel

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Abstract

The monitoring of rotating machinery is essential for predictive maintenance and industrial efficiency. This study presents the development of a low-cost prototype for measuring rotations per minute (RPM) using the Arduino Uno R3 platform and Hall Effect sensors. The methodology involved experimental trials using a high-precision lathe (Nardini Nodus 220 Gold) as a reference to validate three sensor models: KY-024, KY-003, and 3144E. Sixty trials were conducted covering speeds of 30, 95, 150, and 300 RPM. The results showed that the linear sensor KY-024 performed best at low speeds but saturated at 300 RPM. Conversely, the digital sensors KY-003 and 3144E exhibited a systematic underestimation error of approximately 50% across all tested ranges. Data analysis, cross-referenced with visual verification of signal LEDs, indicates that the failure does not stem from sensor frequency limitations—since 300 RPM equates to only 5 Hz, well below these components' limits—but rather from inconsistencies in the pulse counting logic and microcontroller interrupt configuration. It is concluded that Hall technology is viable for this application, provided there are improvements in the edge detection algorithm and signal processing to eliminate the identified reading errors.


Resumo

O monitoramento de máquinas rotativas é essencial para a manutenção preditiva e a eficiência industrial. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a avaliação de um protótipo de baixo custo para medição de rotação (RPM) utilizando a plataforma Arduino Uno R3 integrada a sensores baseados no Efeito Hall. A metodologia consistiu na construção do protótipo e na realização de ensaios experimentais controlados utilizando um torno mecânico de alta precisão (Nardini Nodus 220 Gold) como referência. Foram testados três modelos de sensores — KY-024 (linear analógico/digital), KY-003 e 3144E (digitais chaveadores) — em quatro velocidades distintas (30, 95, 150 e 300 RPM), com cinco repetições cada, totalizando 60 ensaios. Os resultados demonstraram que o sensor KY-024 apresentou desempenho satisfatório em baixas rotações (erro relativo < 4% até 95 RPM), porém exibiu saturação de leitura em aproximadamente 161 RPM quando submetido a rotação de 150 e 300 RPM. Os sensores KY-003 e 3144E apresentaram erro sistemático de subestimação de aproximadamente 50% em toda a faixa testada. A confirmação visual da detecção do campo magnético indicado por um LED combinada com a perda de contagem digital indica que o problema não reside na velocidade de resposta dos componentes — visto que 300 RPM equivale a apenas 5 Hz, muito abaixo da capacidade nominal dos sensores — mas possivelmente em fatores relacionados à configuração da interface sensor-microcontrolador, como detecção de apenas uma borda do sinal (FALLING) ou sensibilidade unipolar aos pólos do ímã. Conclui-se que o Efeito Hall é conceitualmente viável para monitoramento de rotação em baixas velocidades, porém a implementação industrial demanda investigação aprofundada da configuração de interrupções e tratamento de sinais digitais.

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https://hdl.handle.net/20.500.14387/2930

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