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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
RELATÓRIO ESTÁGIO SUPERVISIONADO
GEORGE WAGNER GUEDES BEZERRA
Relatório de Estágio Supervisionado
apresentado ao curso de Engenharia
Mecânica da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte como parte dos
requisitos para a obtenção do título de
Engenheiro Mecânico.
NATAL - RN
2015
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
RELATÓRIO ESTÁGIO SUPERVISIONADO
George Wagner Guedes Bezerra ___________________________
Estagiário – Matrícula: 2014083831
Prof. Adilson José de Oliveira ___________________________
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - Orientador
Lucas da Costa dos Passos ___________________________
Engenheiro Mecânico – Supervisor de Campo
NATAL, 18 de Maio de 2015.
Sumário
1 Introdução .................................................................................................... 1
2 A Empresa ................................................................................................... 3
2.1 Organograma da Empresa .................................................................... 4
3 Referencial Teórico ...................................................................................... 5
3.1 Análise das Condições de Contorno ..................................................... 6
3.2 Proposta de Projeto Conceitual ............................................................. 6
3.3 Análise de Engenharia .......................................................................... 6
3.4 Definição de Materiais ........................................................................... 7
3.5 Tamanho de Lote e Processos de Manufatura ..................................... 8
3.6 Inspeção ............................................................................................... 9
4 Atividades Realizadas ............................................................................... 10
4.1 Cálculo estrutural de um guindaste de coluna .................................... 10
4.1.1 Lança ............................................................................................ 11
4.1.2 Coluna .......................................................................................... 14
4.1.3 Haste ............................................................................................ 18
4.2 Reforço de uma monovia com o auxílio de mão francesa .................. 21
5 Conclusões ................................................................................................ 25
6 Referências ............................................................................................... 26
1
1 Introdução
Estágio é o ato educativo escolar supervisionado, desenvolvido no ambiente
de trabalho, que visa à preparação para o trabalho produtivo de estudantes que
estejam frequentando o ensino regular em instituições de educação superior, de
educação profissional, de ensino médio, da educação especial e dos anos finais do
ensino fundamental, na modalidade profissional da educação de jovens e adultos.
(BRASIL, 2008).
O estágio supervisionado, do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), é um componente curricular obrigatório,
tendo como pré-requisito as disciplinas CAD para Engenharia II e Mecânica dos
Fluidos II do 7° período, com carga horária de 160 horas, acompanhado por um
relatório sob a orientação e supervisão de um docente do curso.
O estágio supervisionado tem como objetivo desenvolver no estudante de
Engenharia Mecânica o conhecimento adquirido a partir do conteúdo teórico e
experimental vistos no curso de graduação, analisar situações e propor mudanças
no ambiente de trabalho. Isto pode promover uma posterior inserção do acadêmico
no mercado de trabalho, através da competência adquirida ao longo do período
dentro dos princípios éticos e normativos exigidos pela profissão (CREA-RN, 2015).
É evidente que a experiência adquirida na resolução de problemas reais é de
suma importância, mas não se pode esquecer a fundamentação teórica adquirida
nas aulas de graduação. Este embasamento permite a compreensão de
conhecimento específicos adquiridos de matérias como: Mecânica dos Fluidos,
Mecânica dos Sólidos, Termodinâmica, CAD para Engenharia, Processos de
Fabricação, entre outras, para posteriormente entender de forma clara e objetiva os
resultados obtidos na prática.
Portanto, o estudante George Wagner Guedes Bezerra realizou o estágio
curricular na MAKE Engenharia, no período de 09/02/2015 a 09/04/2015. A MAKE
desenvolve atividades relacionadas à Engenharia Mecânica nas áreas de:
a) Projetos Customizados: destinados a alterações, reparos e/ou melhorias em
máquinas e em equipamentos de acordo com as necessidades de seus clientes;
2
b) Manutenção Industrial: para permitir que o equipamento funcione com
capacidade máxima e sem interrupções não programadas;
c) Inspeção de Equipamentos: avalia a integridade dos equipamentos, sistemas e
instalações industriais;
d) Consultoria: capacita os trabalhadores a inspecionar, manter e operar de forma
segura e adequada caldeiras e vasos de pressão.
e) Gestão Ambiental: orienta os clientes a reduzir o consumo de energia elétrica,
reduzir a emissão de gases de efeito estufa, reaproveitar o uso da água e reciclar
sucata ferrosa.
Ao iniciar o estágio, foi oferecida uma gama de atividades para se trabalhar
nas áreas de prontuários técnicos de vasos de pressão e caldeiras, inspeção de
equipamentos, testes hidrostáticos em mangueiras de incêndio e desenvolvimento
de projetos mecânicos. O estagiário optou por elaborar projetos, tendo como base o
dimensionamento de projetos com base nas normas ABNT NBR (Associação
Brasileira de Normas Técnicas – Normas Brasileiras), com a utilização de softwares
CAD (Projeto Assistido por Computador) e o uso de planilhas eletrônicas, para
levantamento de dados e cálculos.
O relatório apresenta uma estrutura dividida em capítulos, nos quais serão
abordados: a empresa, onde o estagiário atuou; um referencial teórico, no qual será
explicado a metodologia utilizada nas atividades; e as atividades realizadas na
empresa.
3
2 A Empresa
A MAKE Engenharia é uma organização brasileira, fundada em 2010, que
possui 2 engenheiros mecânicos e 4 técnicos em mecânica, prestadora de serviços
relacionados ao atendimento do setor industrial nas áreas de manutenção, de
inspeção, de desenvolvimento de projetos e consultoria em Engenharia Mecânica.
Na área de Projetos, a MAKE ENGENHARIA dispõe de equipe apta a
desenvolver projetos com eficiência e soluções de engenharia. A empresa oferece
serviços de desenvolvimento e detalhamento de projetos em Engenharia Mecânica
para concepção ou análise de: equipamentos industriais, estruturas metálicas e
dispositivos mecânicos.
Para dar suporte as organizações no setor de inspeção de equipamentos, a
MAKE ENGENHARIA disponibiliza ao mercado diversos serviços de inspeção de
equipamentos, e conta com um quadro de profissionais habilitados nos domínios da
metodologia, proteção contra corrosão, avaliação não-destrutiva e análise de
integridade.
Segundo o PEE (Plano Estratégico da Empresa), a MAKE almeja ser a melhor
empresa de assessoria, consultoria e desenvolvimento de serviços em Engenharia
Mecânica, nas regiões Norte e Nordeste do Brasil, até o ano de 2025. Para isso é
necessário superar desafios, diariamente, tais como:
a) Planejamento – a utilização de padrões, normas técnicas e planilhas
eletrônicas direcionam as atividades da empresa para projetos, ensaios
técnicos e testes, de acordo com as expectativas dos clientes,
representando um referencial de excelência em nível de mercado;
b) Execução – dar-se-á por profissionais habilitados e comprometidos
com a organização com vistas as suas metas e processos;
c) Prazos – o tempo de duração de cada projeto é previamente negociado
com o cliente de forma a prover os insumos necessários a sua
execução em tempo hábil e considerando o tempo de manutenção dos
equipamentos em relação à utilização deles no processo produtivo, que
não deverá sofrer parada operacional além do planejado.
Seus principais clientes são as empresas do setor de bebidas, do setor metal
mecânico e do setor de embalagens.
4
2.1 Organograma da Empresa
A figura 1 mostra o organograma dos diversos tipos de setores no qual a
MAKE presta serviços.
Fonte: MAKE ENGENHARIA (2015)
De acordo com a figura 1, a MAKE é dividida em 5 grandes áreas:
a) Atendimento ao cliente;
b) Engenharia;
c) Planejamento e Logística;
d) Financeiro;
e) Recursos Humanos;
Dentre estas áreas, a que se destaca é a Engenharia. É a partir dela que
detecta-se as áreas nas quais a empresa atua, quais técnicos e engenheiros são
responsáveis pela elaboração, execução e acompanhamento de projetos de
manutenção de equipamentos e realização de testes hidrostáticos em linhas de alta
pressão.
Figura 1 - Organograma da MAKE ENGENHARIA
5
3 Referencial Teórico
Richard e Nisbett (2008) afirmam que o projeto mecânico é um
empreendimento complexo que exige várias competências e habilidades. Ao dar
início a qualquer projeto mecânico é necessário a existência de uma sequência na
qual os conceitos (teóricos e experimentais) serão implantados.
Inicialmente, é necessário saber que existem algumas noções e abordagens
fundamentais a considerar antes de iniciar a concepção de um projeto. Fatores que
extrapolam o que se aprende em sala de aula, pois se constituem experiências
cotidianas, durante o ciclo de estágio.
O fluxograma da Figura 2, e seus comentários, retratam na prática essas
experiências.
Figura 1 – Fases de projeto
Fonte: Elaborado pelo autor
6
3.1 Análise das Condições de Contorno
Antes de se iniciar um projeto, é necessária a análise das condições de
contorno. Nada mais é que uma análise detalhada das condições do projeto que
será elaborado, como por exemplo: local de instalação (temperatura, umidade),
modo de utilização (estático, dinâmico), aplicabilidade do projeto, esforços
envolvidos (carregamento que será suportado).
3.2 Proposta de Projeto Conceitual
Em seguida vem as propostas para o projeto conceitual, nos quais são
definidos alguns parâmetros do projeto como: orçamento, aplicabilidade de normas
técnicas, insumos, características do produto, condições para instalação, fatores
operacionais e de segurança industrial, consequências ambientais, etc.
3.3 Análise de Engenharia
Após a proposta conceitual, as análises da engenharia são fatores decisivos,
pois a teoria adquirida durante a graduação é aplicada. Primeiramente é feito um
estudo do projeto com base em um Diagrama de Corpo Livre (DCL), na qual estão
contidas as forças externas conhecidas e desconhecidas aplicadas sobre o corpo.
Essas forças são determinadas a partir de equações de equilíbrio desenvolvidas por
matemáticos e físicos.
Nisbett e Budynas (2011) afirmou que a construção cuidadosa e completa do
DCL clarifica pensamentos abstratos, ao trazer um caminho com várias soluções
que nem sempre estão claros na geometria do objeto. Assim, o diagrama nos auxilia
no entendimento de todas as características do problema.
A partir do DCL e a descoberta das forças atuantes no corpo, é primordial
uma análise das tensões atuantes no componente, porque a partir da análise
detalhada, podem-se determinar possíveis áreas críticas provenientes de
carregamentos e também a determinação do material, representam fatores de vital
importância para o desenvolvimento das equações (Hibbeler, 2011), evitando
maiores desgastes e possíveis falhas e deformações na estrutura.
Além disso, é necessário decidir um critério de falha para o projeto. A teoria
da tensão de cisalhamento máxima, conhecida também como teoria de Tresca
7
(Yunan Prawoto, 2013), aplicada quando a tensão de cisalhamento máxima absoluta
não ultrapassa a tensão máxima de escoamento do material, é a mais utilizada por
se tratar de um critério simples, rápido de utilizar e conservativo (Nisbett e Budynas,
2011).
É de extrema importância para um engenheiro, conhecer a confiabilidade que
está presente nos projetos mecânicos. É necessário fazer uma escolha criteriosa
dos materiais, processos e geometria para se obter uma determinada confiabilidade.
Um método bastante utilizado para se aumentar a confiabilidade do projeto é com a
utilização de fatores de segurança. Esses fatores de segurança dependem da
aplicabilidade do componente. Os maiores fatores são quando envolvem seres
humanos, pois qualquer falha pode acarretar em perca de vidas.
A tabela 1 evidencia exemplos de alguns fatores de segurança utilizados nos
cálculos para cabos de aço.
Tabela 1 – Exemplo de fatores de segurança para cabos de aço
Fonte: CableMax – Cabos de aço (2015)
3.4 Definição de Materiais
Quando se deseja projetar algo, a escolha dos materiais envolvidos é
primordial. Ashby (2012) afirma que os materiais, pode-se dizer, são o alimento do
projeto. O engenheiro, ao selecionar materiais para um projeto, precisa de dados de
Aplicações Fator de Segurança
Cabos estáticos 3 a 4
Cabo para tração no sentido horizontal 4 a 5
Guinchos, guindastes, escavadeiras 5
Pontes rolantes 6 a 8
Talhas elétricas e outras 7
Guindastes estacionários 6 a 8
Laços 5 a 6
Elevadores de obra 8 a 10
Elevadores de Passageiro 12
8
materiais. É necessário fazer ensaios no material e posterior coletar as informações
de teste, com por exemplo módulo de elasticidade, ductilidade e dureza, porém,
Ashby (2012) afirma que esses dados – números sem qualificação – são inúteis.
Para se obter dados uteis é necessária uma análise estatística (valor médio
da propriedade quando medido em um grande lote de amostra e desvio padrão). Em
seguida vem as diretrizes do projeto onde precisa-se conhecer suas forças e suas
fraquezas. É necessário o entendimento de como será a conformação, como será a
união, se o material já falhou.
A definição do material é de extrema importância, ele precisa ser
economicamente viável, baixo custo e bem-sucedido em termos de desempenho,
pois é de uma seleção bem-feita que o produto poderá ter sucesso no mercado ou
na sua utilização dentro da empresa.
3.5 Tamanho de Lote e Processos de Manufatura
O tamanho de lote é empregado quando uma empresa possui uma linha de
produtos relativamente estável, ou seja, quando não se tem problemas com a
demanda do produto para o mercado, cada um sendo produzido em lotes periódicos
justamente para atender aos pedidos ou para repor o estoque. Esse aspecto deve
ser analisado com atenção antes da finalização de qualquer projeto, pois ele pode
ser a favor ou contra na hora de se obter lucros. Caso o a empresa não esteja
correspondendo à demanda no mercado certamente obterá prejuízos por outro lado
se a empresa possuir um bom planejamento e conseguir obter um tamanho de lote
que atenda ao mercado e ao estoque provavelmente colherá os frutos no futuro
(Jacobs e Chase, 2012).
Para a abordagem dos processos de manufatura é necessário entender o que
é um processo. Segundo Jacobs e Chase. (2012) um processo é qualquer parte de
uma organização que recebe insumos e os transforma em produtos que, espera-se,
sejam de maior valor para a organização do que os insumos originais.
O processo de manufatura é um método usado para avaliar processos
específicos que peças do projeto seguem conforme são deslocados no seu
transporte pela empresa. Nessa fase o foco principal deve ser a identificação de
atividades que podem ser minimizadas ou eliminadas, por exemplo, a movimentação
9
e armazenagem durante o projeto, ou seja, quanto menor for o número de
movimentações, esperas e armazenagens no processo de manufatura do projeto,
mais tempo será ganho e mais produtividade terá.
3.6 Inspeção
A fase de inspeção de um projeto consiste na verificação dos itens primordiais
a sua execução. A análise de custos, confrontando o orçamento previsto com o
realizado, para evitar o excesso de gastos que evidencie a sua inviabilidade, é de
suma importância. Também o inventário dos insumos necessários pode ser fator
determinante para o cumprimento do seu cronograma. Os recursos humanos
desempenham suas atividades quando esses fatores são bem administrados,
permitindo a realização do que foi planejado em tempo hábil.
Já em nível de processo fabril, a atividade de inspeção está diretamente ligada
a de manutenção. Dependendo da complexidade do equipamento a inspeção pode
ser classificada por tipos (A, B, C, D, E), onde os “check list” a serem preenchidos
definirão as falhas e defeitos que serão corrigidos, visando o perfeito funcionamento
do equipamento em relação a sua vida útil em operação.
Após as fases de identificação e correção de falhas, com a aprovação do
equipamento o mesmo deve voltar a operar para permitir a sustentabilidade do
negócio.
Em seguida será abordado as atividades realizadas pelo estagiário na
empresa. Todas as atividades desenvolvidas na MAKE tiveram como metodologia
principal as fases de um projeto (já citados anteriormente). A partir desse referencial
teórico, o estudante realizou memoriais de cálculos e soluções para os desafios
encontrados no estágio.
10
4 Atividades Realizadas
Durante o período de 09/02/2015 a 09/04/2015, o estagiário George Wagner
Guedes Bezerra realizou as seguintes atividades:
a) Cálculo estrutural de um guindaste de coluna;
b) Reforço de uma monovia com o auxílio de mão francesa;
4.1 Cálculo estrutural de um guindaste de coluna
A MAKE ENGENHARIA trabalha com equipamentos de médio porte de
transporte e movimento, sendo necessário elevar e movimentar cargas utilizando-se
de um guindaste hidráulico.
A proposta inicial de trabalho foi a elaboração de um projeto de construção
de um Guindaste Giratório de Coluna (GGC) manual, em face da necessidade de se
obter maior praticidade na movimentação de peças e maquinários diversos de até
1000 kg, tendo em vista o acréscimo da demanda na atividade de manutenção.
Inicialmente realizou-se um estudo analítico sobre o local de instalação
dentro de um galpão; fundação, pé-direito – para dimensionamento da altura da
coluna – e o raio de ação da lança em relação às dimensões do galpão.
Em visita as instalações do Galpão Principal da empresa, acompanhado do
Supervisor de Campo, decidiu-se em conjunto um local estratégico para instalação
do GGC. Este local foi os fundos do galpão, tendo como base o centro da oficina de
manutenção e a área de docagem. Serão inseridas oito hastes de 1 m de
comprimento com 0,1 m sobre a superfície para rosqueamento. Em relação à altura
da coluna definiu-se 4,5 m para um pé-direito de 7 m e para o comprimento da lança
2,70 m.
Feito isso, o segundo passo foi o dimensionamento quanto aos materiais
que compõe o GGC. Sabendo que ele será composto por:
1. Lança
2. Coluna
3. Haste
Cada item será explicado a seguir:
11
4.1.1 Lança
Inicialmente identificou-se o tipo de viga a ser usada para servir como lança
do guindaste, quanto a sua dimensão e geometria. Para isso foi feito uma pesquisa
em conjunto na qual foram analisados vários projetos de guindastes de coluna
existentes, chegando a conclusão que a viga teria um formato I.
Em seguida, foi selecionado o material que seria utilizado para a fabricação
da viga. Entre os variados tipos de materiais existentes decidiu-se trabalhar com os
aços ASTM A-36 e o aço ASTM A-572. Optou-se que o aço ASTM A-572 seria o
mais viável, por ter menor custo e de fácil obtenção e possuir boa soldabilidade.
Com a utilização bibliográfica do livro de Resistência dos Materiais para o
embasamento teórico, necessários para o desenvolvimento dos cálculos, e a ajuda
de planilhas eletrônicas, e sabendo que o GGC terá que suportar uma carga, de no
máximo, 1000 kg, o próximo passo foi determinar as dimensões da viga.
A figura 3 mostra o diagrama de corpo livre da viga em análise.
Figura 3 – Diagrama de corpo livre da viga do guindaste.
Fonte: Elaborado pelo Autor
A Tabela 2 evidencia os valores calculados de acordo com o DCL da Figura
3.
Tabela 2 – Valores das reações atuantes na viga.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Especificação DADOS Unidade
Gravidade 9,81 m/s2
Reação no eixo y (Ry) 9,81.103 N
Reação no eixo x (Rx) 0 N
Momento fletor (M) 2,65.104 Nm
12
A reação em x é igual a 0 por não possuir nenhuma outra força no DCL na
direção x. A tabela 3 evidencia os principais dados iniciais para a especificação do
guindaste.
Tabela 3 – Dados da Viga a ser usada no GGC.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Como pode ser visto, foi utilizado um fator de segurança igual a 3 (Norton,
2013). Essa escolha foi decidida em conjunto com os demais profissionais
relacionados e para se obter uma maior segurança do equipamento.
O próximo passo foi determinar as dimensões da lança. Com a ausência do
momento de inercia (I) e da distância perpendicular do eixo neutro ao ponto mais
afastado da viga (c), no qual a tensão admissível (σadm) atua, utilizou-se a fórmula da
tensão admissível (σadm) para termos a relação I/c, em que:
I = momento de inércia da viga
c = distância perpendicular do eixo neutro ao ponto mais afastado da viga
A equação 1 mostra a relação entre o momento de inercia (I) e a distância
perpendicular do eixo neutro ao ponto mais afastado da viga (c).
𝐼
𝑐=
𝑀𝑚á𝑥
𝜎𝑎𝑑𝑚∴
𝐼
𝑐=
26,5𝑥103 𝑁. 𝑚
116 𝑁/𝑚𝑚2
1 𝑚2
106 𝑚𝑚2∴
𝐼
𝑐= 228,34𝑥10−6 𝑚3 (1)
Especificação DADOS Unidades
Material ASTM A - 572 -
Massa 1000 kg
Gravidade 9,81 m/s2
Peso 9,81.103 N
Fator de Segurança 3 -
σadm (Tensão Admissível) 116 MPa
Comprimento da Viga 2,7 m
Perfil I -
Momento máximo (Mmáx) 2,65.104 Nm
13
Com essa relação determinada, utilizou-se esse valor para especificar as
dimensões da viga.
A tabela 4 nos mostra algumas dimensões de vigas. Sabendo que a letra W
da tabela abaixo é a relação de I/c.
Tabela 4 – Dados da Viga a ser usada no GGC.
Fonte: Tabela de perfis estruturais de bitolas (Gerdau)
Comparando o valor calculado de I/c com o da tabela 4, a escolha da viga a
ser utilizada foi a W 250 x 22,3 mm x kg/m por possuir uma relação I/c mais próxima
da calculada.
Após a escolha da viga, utilizou-se as dimensões retiradas da tabela 4.3
para determinar se a tensão máxima na viga selecionada era superior à tensão
admissível (σadm) do material igual a 116 MPa, agora considerando nos cálculos o
peso da viga.
A tabela 5 evidencia que a tensão máxima (σmáx) da viga selecionada é
menor que a tensão admissível (σadm) do material.
14
Tabela 5 – Dados da Viga a ser usada no cálculo do GGC.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Portanto, concluí-se que a viga selecionada está de acordo com a teoria de
Tresca, quando a tensão de cisalhamento máxima não ultrapassa a tensão
admissível de escoamento do material, podendo então ser utilizada na construção
do GGC.
4.1.2 Coluna
Após a determinação o tipo de viga a ser utilizada como lança para o
guindaste, o próximo passo foi projetar o tipo da coluna a ser utilizada como base.
De forma semelhante à lança, a coluna foi calculada e especificada com
base no referencial teórico de resistência dos materiais e com a utilização de
planilhas eletrônicas para a resolução dos cálculos de forma rápida e pratica. O
material escolhido para a fabricação da coluna foi o mesmo da lança, o aço ASTM A
– 572, com tensão admissível (σadm) igual a 116 MPa e seria fabricado no formato
tubular.
A figura 4 mostra um diagrama de corpo livre do guindaste já com a massa
da lança determinado, anteriormente, adicionado nos cálculos.
Especificação DADOS Unidades
Momento de Inercia (I) 4,19.107 mm4
Momento Máximo (Mmáx) 2,73.107 N
c (da linha neutra até o topo da viga) 130 mm
Esforço cortante no eixo y da lança (Vy) 1,04.104 N
Fator de Segurança 3 -
σmáx = (Mmax*c)/I 84,91 MPa
σadm 116 MPa
15
Figura 4 – Dados da Viga a ser usada no GGC.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Com o diagrama de corpo livre esboçado, foram determinadas as reações
atuantes na base do guindaste.
A tabela 6 evidencia os valores das reações envolvidas atuantes na coluna.
Tabela 6 – Dados das reações na coluna a ser usada no GGC.
Fonte: Elaborado pelo Autor
De forma similar ao cálculo da lança, a reação em x é igual a 0 por não
possuir nenhuma outra força no DCL na direção x.
Com os valores das reações determinados, foi necessária a verificação de
uma possível flambagem na coluna, fator muito importante nos cálculos, pois, se for
Especificação DADOS Unidades
Massa (P) 1.000 kg
Gravidade 9,81 m/s2
Massa da viga/metro 22,30 kg/m
Massa da Lança 60,21 kg
Reação em y (Ry) 1,04.104 N
Reação em x (Rx) 0 N
Momento (M) 2,73.104 Nm
σadm (Tensão Admissível do Material) 116 MPa
Coluna
Parafuso
16
utilizado à carga máxima no guindaste, a coluna poderá flambar, caso ela não esteja
bem dimensionada.
A figura 5 mostra alguns casos de flambagens. O Caso 2, no qual
identificou-se uma extremidade livre e a outra engastada, foi o considerado contendo
um comprimento efetivo (Le) igual a 2 vezes o comprimento da coluna e um fator de
comprimento efetivo (K) igual a 2.
Figura 5 – Tipos de flambagem em colunas.
Fonte: Hibbeler, 2010
A literatura descreve que para que não ocorra flambagem, a maior carga
aplicada (P) no guindaste não deve exceder o valor da carga crítica (Pcr). Essa carga
crítica é a maior carga que o elemento pode suportar antes de flambar.
A equação 2 mostra como determinar o valor dessa carga crítica.
𝑃𝑐𝑟 =𝜋2𝐸𝐼
(𝐾𝐿)2 (2)
Em que:
Pcr = carga crítica máxima na coluna imediatamente antes de começar a flambar
E = módulo de elasticidade do material
17
I = momento de inercia
K = fator de comprimento efetivo
L = comprimento da coluna
Nessa etapa nos encontra-se com um desafio: a ausência do momento de
inércia para poder calcular a carga crítica. Para solucionar isso, utilizou-se alguns
métodos iterativos onde era desejada a utilização de um fato de segurança de 3,5 e
que as suas dimensões fossem comercialmente achadas.
A tabela 7 evidencia as dimensões da coluna depois de vários processos
iterativos.
Tabela 7 – Especificação da coluna do guindaste.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Diante destes valores determinados, foi preciso calcular a carga crítica para
saber se com essas dimensões a coluna iria ou não flambar.
A tabela 8 evidencia o valor da carga crítica para as dimensões dadas.
Tabela 8 – Valor da carga crítica na coluna.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Especificação DADOS Unidades
Espessura da coluna 9,52 mm
Diâmetro externo 355,6 mm
Diâmetro interno 336,56 mm
Momento de inércia 1,55.108 mm4
Fator de segurança 3,5 -
Especificação DADOS Unidades
Módulo de elasticidade (E) A-572 2,00.105 MPa
K 2 -
L (h) 4,5 m
Pcr 3,8.106 N
18
Portanto, a metodologia de cálculo evidencia, que para a carga máxima que
o guindaste irá içar, a coluna especificada não deverá flambar, por possuir uma
carga menor que a carga crítica para iniciar a flambagem.
4.1.3 Haste
A haste é um componente de extrema importância, pois é ela quem irá
ajudar na fixação do guindaste com o solo. Nada mais é que uma bitola com rosca
métrica padronizada.
Para determinar qual o tipo de rosca a ser utilizado, o seu cálculo é
semelhante a de um parafuso. Para o dimensionamento da haste foram utilizados os
conhecimentos apresentados na disciplina de Elementos de Máquinas.
Primeiramente, foi escolhido em conjunto que o guindaste seria fixado com 8
hastes, onde cada haste teria 0,9 m de comprimento e um fator de segurança de
2,5.
A tabela 9 evidencia os parâmetros de entrada para o cálculo do parafuso.
Tabela 9 – parâmetros de entrada da haste.
Fonte: Elaborado pelo Autor
O valor da resistência à ruptura do parafuso já está incluso com o fator de
segurança.
Especificação DADOS Unidades
Coeficiente de Atrito 0,3 -
Carga aplicada 1,04.104 N
Força de atrito 2,6.104 N
Fator de segurança 2,5 -
Normal calculada 8,67.104 N
Normal por parafuso 1,08.104 N
Número de Parafusos 8 -
Resistência à ruptura do material do parafuso 180 MPa
19
Não existe um valor de coeficiente de atrito único, o que se vê é uma
tendência de se usar valores de 0,15 a 0,30, depende sobretudo do acabamento e
da precisão da rosca e da lubrificação (Norton, 2013). Cada projetista trabalha com
uma determinada faixa de acordo com a experiência adquirida em projetos. Neste
caso foi escolhido o valor de 0,3 para o coeficiente de atrito.
Diante dos valores calculados, pela tabela 4.8, no qual foi encontrado um
diâmetro de 15,16 mm, foi especificado um diâmetro comercial para a haste de 16
mm.
A tabela 10 evidencia os parâmetros para a sua especificação.
Tabela 10 – parâmetros de entrada da haste.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Diante dos valores calculados, obteve-se um diâmetro máximo do parafuso
de 0,01516 m (aproximadamente 16 mm) determinamos que as 8 hastes, com
comprimento de 0,9m, seriam do tipo rosca métrica M16 classe 5.6, no qual o 5
representa 500 MPa mínimo de resistência a tração e o .6 representa 60% da
resistência a tração tendo um limite de escoamento de 300 MPa (Norton, 2013).
Quanto menor for a classe de resistência do parafuso, maior será sua
ductibilidade (capacidade de deformação do material até sua ruptura, sendo que,
quanto mais dúctil for o parafuso, maior será sua capacidade de alongamento sem
se romper), porém menor será a sua capacidade de gerar força. Em outras palavras,
suporta menor valor de torque (Tork Fort, 2015).
Um artificio para se verificar se os cálculos estavam coerentes foi o de fazer
alguns contatos com empresas que constroem GGC com capacidade de 1000 kg e
Especificação DADOS Unidades
Fator de Redução 1,35 -
Carga atuante em cada parafuso 1,08.104 N
Carga aumentada 1,8.104 N
Área efetiva do parafuso (função do torque) 1,35.10-4 m²
Área bruta do parafuso 1,81.10-4 m²
Diâmetro máximo do parafuso 1,52.10-4 m
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perguntar que tipo de rosca métrica são utilizados na fixação dos mesmos no solo e
quase todas utilizavam esse tipo de rosca na montagem.
A figura 6 mostra de uma maneira simples a modelagem do guindaste com a
utilização de softwares CAD.
Figura 6 – Modelagem do Guindaste.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Após a conclusão da especificação desses 3 componentes, foi decidido que
a talha, equipamento para a elevação da carga, seria manual. Esse item é
padronizado e encontrado facilmente no comércio, não sendo necessário a
utilização de cálculos para a sua especificação.
Todos os cálculos e decisões foram para revisão final, para posteriormente
iniciar sua fabricação.
Até o termino do estágio, o guindaste não teve sua construção finalizada por
motivos de empresas terceirizadas, encarregadas pela distribuição dos materiais,
ficarem distantes de Natal e pelo fato da carga horaria ter sido cumprida pelo
estagiário pouco tempo depois do termino do memorial de cálculo.
21
4.2 Reforço de uma monovia com o auxílio de mão francesa
Uma empresa de bebidas contratou os serviços da MAKE para resolver um
desafio que estava ocorrendo em sua monovia. Monovia é um equipamento para
movimentação e elevação de carga projetada e fabricada conforme a norma NBR
8400. A figura 7 mostra a ilustração de como é uma monovia.
Figura 7 – Monovia reta.
Fonte: Mollyn Crane Systems (2015)
A monovia da empresa de bebidas é utilizada para transportar sacos de
açúcar de até 500 kg, os quais são descarregados no seu depósito. O transporte é
feito por uma talha elétrica com cabos de aço.
O desafio estava sendo a elevação da carga pela monovia. Quando a talha
elevava a carga, existia uma pequena rotação na viga horizontal principal. Essa
rotação gerava pequenas deformações na monovia e prejudicando os pontos de
união com solda da estrutura.
A solução mais simples e funcional foi a montagem de mão francesas na
viga horizontal onde a deformação estivesse mais crítica e, posteriormente, com a
ajuda de software CAx, simular e analisar as deformações e as tensões com mão
francesa e sem a mão francesa na estrutura.
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A figura 8 mostra a simulação da estrutura sem mão francesa. A imagem
evidencia a deformação da viga no ponto de solda circulado com a carga sendo
tracionada no fim de curso na monovia.
Figura 8 – Simulação e análise na deformação na viga sem mão francesa.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Em seguida, foi feita a simulação considerando as tensões atuantes no
elemento sem a mão francesa. As tensões analisadas foram baseadas no critério de
Von Mises, por levar em conta todas as forças atuantes no corpo e por ser visível a
deformação antes da ruptura.
A figura 9 mostra o resultado da simulação e as tensões atuantes no
elemento estrutural. Pode-se perceber que no local, marcado com um círculo,
soldado das duas vigas é onde estão as maiores concentrações de tensão. Os
níveis de tensão são inferiores ao escoamento do material, mas apresenta uma certa
tensão elevada para o local (identificado por uma cor vermelho), podendo vir a falhar
no futuro.
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Figura 9 – Simulação e análise das tensões na viga sem mão francesa.
Fonte: Elaborado pelo Autor
Feito o estudo da estrutura sem mão francesa, foi iniciado a análise e
simulação da monovia, mas agora com a montagem da mão francesa. A utilização
da mão francesa se deve ao fato do proprietário da empresa, que contratou os
serviços da MAKE, querer rapidez na solução do desafio até a obtenção de uma
solução definitiva.
A figura 10 mostra uma simulação da estrutura com mão francesa, bem
como a deformação da viga com a carga, sendo tracionada no seu fim de curso na
monovia.
Figura 10 – Simulação e análise das deformações na viga com mão francesa.
Fonte: Elaborado pelo Autor
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Pode-se perceber que com o auxílio da mão francesa há uma leve queda na
deformação na viga. Pequena, é verdade, de 4,6 mm para 3,9 mm, mas já mostra
uma melhora com o elemento reforçado.
A figura 11 mostra a simulação da estrutura com mão francesa, bem como
as tensões na viga com a carga sendo tracionada no seu fim de curso na monovia.
Neste caso, as análises se tornam mais satisfatórias, pois a estrutura
encontra-se quase com a mesma tensão em todos os pontos, onde na junta soldada
sem a mão francesa apresentava tensões com 57 MPa, onde mostrava picos
elevados de tensões, podendo acarretar em uma possível falha na monovia, com a
mão francesa baixou para 42 MPa, diminuindo ainda mais o risco de uma falha no
futuro.
Figura 11 – Simulação e análise das tensões na viga com mão francesa.
Fonte: Elaborado pelo Autor
A implementação da mão francesa na estrutura se mostrou bastante
satisfatória. Com a utilização de softwares CAx e com uma base teórica em
Resistencia dos Materiais, foi possível apresentar uma solução rápida, fácil e segura
para a empresa contratante do serviço.
O orçamento foi encaminhado para a empresa contratante analisar e a
MAKE, está aguardando a contraproposta.
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5 Conclusões
A experiência obtida no período de estágio propicia ao estudante aplicar os
conhecimentos teóricos aprendidos durante o curso, principalmente em relação às
disciplinas Mecânica dos Sólidos, Especificação de Materiais, Elementos de
Maquinas e CAD para Engenharia e também em relação a utilização de fórmulas,
softwares, interpretação de tabelas e uso de planilhas eletrônicas, para a execução
de memorial de cálculo, para o dimensionamento dos equipamentos projetados.
O principal objetivo dos projetos realizados foi solucionar os desafios em
atendimento às normas técnicas vigentes e de segurança operacional, com vistas à
utilização da capacidade máxima dos equipamentos projetados, sempre priorizando
a integridade física desses equipamentos e dos trabalhadores que serão envolvidos
nas operações.
O estágio proporcionou ao estudante uma visão a respeito do campo de
trabalho, como, por exemplo, solucionar desafios rapidamente, trabalhar em equipe
e vivenciar a rotina de trabalho baseado nos conhecimentos vistos na graduação.
Pode-se notar também, um crescimento profissional e pessoal no estagiário,
adicionando experiência em sua vida profissional.
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6 Referências
Brasil. Lei N.o 11.788, de 25 de setembro de 2008. Estágio de estudantes,
Brasília, DF, 25 de set. de 2008. Disponível em: <
http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2007-2010/2008/lei/l11788.htm>. Acesso
em: 20 abr. 2015, 08:33:10.
HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais. 7. Ed. São Paulo: Pearson
Prentice Hall, 2010. 656 p.
ASHBY, M. F. Seleção de Materiais no Projeto Mecânico. 1. Ed. Rio de
Janeiro: Elsevier, 2012. 696 p.
HIBBELER, R. C. Estática: Mecânica para a Engenharia. 12. Ed. São Paulo:
Pearson Prentice Hall, 2011. 528 p.
NORTON, Robert L. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 4. Ed.
Porto Alegre: Bookman, 2013. 1055 p.
NISBETT, J. Keith; BUDYNAS, Richard G. Projeto de Engenharia Mecânica de
Shigley, 8. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. 1084 p.
PRAWOTO, YUNAN; Solid Mechanics for Materials Engineers: Principles and
Applications of Mesomechanics, 1. Ed. Estados Unidos: Lulu Enterprises Inc., 2013.
528 p.
JACOBS, F. Robert; CHASE, Richard B. Administração de Operações e da
Cadeira de Suprimentos. 13. Ed. Porto Alegre: McGraw Hill, 2012. 750 p.
TORK FORT. Classe de Parafusos. Disponível em:
<http://www.torkfort.com.br/2010/12/classe-de-parafusos/>. Acesso em: 30 abr.
2015, 10:55:28.
CREA - RN. Disponível em: <http://www.crea-rn.org.br/>. Acesso em: 6 abr.
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<http://www.cabosdeacocablemax.com.br/tabela-de-cabos-de-aco.html>. Acesso
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