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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP ICET – INSTITUTO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECÂNICA
Alexandre Venâncio de Oliveira Adriano de Souza Major
Anderson Meneghetti Elthon Rogério Voss de Andrade
Felipe Bueno Teixeira Luis Carlos de Araújo
Marcus Rosse Renan Mozelli
Rodrigo Buratti Martins Silvio Luis Castelhano Firmino
MASSAGEADOR HIDRÁULICO PARA PRODUTOS AGLUTINANTES EM "BIG BAG"
São Paulo 2012
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP ICET – INSTITUTO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
ENGENHARIA MECÂNICA
Alexandre Venâncio de Oliveira Adriano de Souza Major
Anderson Meneghetti Elthon Rogério Voss de Andrade
Felipe Bueno Teixeira Luis Carlos de Araújo
Marcus Rosse Renan Mozelli
Rodrigo Buratti Martins Silvio Luis Castelhano Firmino
MASSAGEADOR HIDRÁULICO PARA PRODUTOS AGLUTINANTES EM "BIG BAG"
Trabalho de Conclusão de Curso para a obtenção do título em Engenharia Mecânica apresentado à Universidade Paulista - UNIP Orientador: Prof. Luiz Carlos Resnauer
São Paulo 2012
Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em “Big Bag” / Alexandre Venâncio de Oliveira [et .al.]. - São Paulo, 2012. 132 f. : il. color.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Apresentada ao Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade Paulista, São Paulo, 2012. Área de Concentração: Máquinas Hidráulicas e Pneumáticas. Orientação: Prof. Luis Carlos Resnauer.
1. Equipamento hidráulico. 2. ARLA 32. 3. EURO V.
I. Oliveira, Alexandre Venâncio de.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 1
Dedicatória
Este trabalho é dedicado a todos nossos familiares e pessoas intimamente ligadas às nossas vidas, que no período de desenvolvimento deste trabalho nos ajudaram com paciência, carinho e compreensão, demonstrando que a superação nos momentos difíceis vale a pena, por estarmos ao lado de quem realmente se importa com nosso sucesso.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 2
Agradecimentos
Ao professor orientador Luiz Carlos Resnauer, pela orientação e atenção
transmitido durante todo o trabalho.
Especialmente aos nossos pais por todo apoio e carinho que dispensaram em
toda a nossa vida.
Aos amigos, familiares, colegas de trabalho e de faculdade e a todos que
colaboraram direta ou indiretamente com a execução deste trabalho.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 3
Resumo
Neste trabalho apresentaremos uma solução para massageamento de
produtos aglutinantes em “Big Bag”. A solução apresentada será um
equipamento hidráulico que fará o massageamento com desempenho ideal.
O Brasil é um país em constante desenvolvimento. Hoje temos um grande
problema em termos de poluição e com a evolução dos sistemas de combustão
nos veículos, há a necessidade da utilização de fontes mais sustentáveis, como
é o caso da Ureia para ARLA 32, utilizada nos veículos EURO V.
No território nacional, não temos a produção deste material, portanto é
necessário importa-lo. No translado, o material sofre alterações nas suas
características em razão das condições do ambiente, fazendo com que o
material aglutine dentro do “Big Bag”.
Hoje, o Brasil não dispõe de um equipamento suficientemente capaz para
realizar o trabalho necessário. Pensando nisso, entende-se que existe uma
extrema necessidade de um novo equipamento que supra esta necessidade.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 4
Abstract
In this paper we present a solution for massaging product binders in "Big Bag".
The solution presented is a hydraulic equipment that will do the massaging with
optimal performance.
Brazil is a country in constant development. Today we have a big problem in
terms of pollution and the development of combustion systems in vehicles,
there is the need to use more sustainable sources, such as Urea to the ARLA
32, used in vehicles EURO V.
In Brazil, we do not have the production of this material, so you need to import
it. In transportation, the material undergoes changes in its characteristics due to
environmental conditions, making the material agglutinates within the "Big Bag".
Today, Brazil does not have a machine capable enough to perform the required
work. Thinking about it, it is understood that there is a dire need of new
equipment that meets this need.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 5
Tabelas
1. Propriedades mecânicas típicas de algum material ............. 48 2. Características Geométricas de algumas figuras conhecidas
.................................................................................................... 55 3. Constantes a, b e c para alguns materiais ............................ 59 4. Perda de carga da tubulação do sistema hidráulico ............ 78 5. Dimensionamento da Unidade Hidráulica ............................. 79 6. Dimensionamento da Bomba e Motor Elétrico ..................... 79
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 6
Figuras
1. Evolução das tecnologias dos motores diesel .............................................. 13
2. Gráfico demonstrativo de redução de emissões de poluentes na evolução das Legislações .......................................................................................... 14
3. Funcionamento do motor SCR .................................................................... 15
4. Reação da ureia com água ......................................................................... 16
5. Características do funcionamento do sistema SCR nos motores diesel .... 17
6. Componentes do sistema SCR nos motores diesel .................................... 17
7. Descarregamento da "Big Bag" ................................................................... 19
8. "Big Bag" aberto ........................................................................................... 20
9. Princípio de Pascal ...................................................................................... 21
10. Unidade Hidráulica .................................................................................... 22
11. Reservatório .............................................................................................. 23
12. Cálculo de Potência do tanque .................................................................. 24
13. Bomba ....................................................................................................... 25
14. Bomba Centrífuga ..................................................................................... 25
15. Bomba de deslocamento positivo .............................................................. 26
16. Bomba de paletas ..................................................................................... 26
17. Bomba de pistões ...................................................................................... 27
18. Motor elétrico ............................................................................................. 27
19. Motor de corrente alternada ...................................................................... 28
20. Válvula controladora de vazão .................................................................. 29
21. Válvula controladora de pressão ............................................................... 30
22. Válvula controladora de vazão .................................................................. 31
23. Atuador linear hidráulico ............................................................................ 31
24. Desenho do Atuador linear hidráulico ........................................................ 32
25. Tabela de Viscosidade .............................................................................. 34
26. Transmissão de energia ............................................................................ 35
27. Lubrificação e Vedação ............................................................................. 36
28. Resfriamento ............................................................................................. 36
29. Filtro de Sucção ........................................................................................ 37
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 7
30. Filtro de Pressão ....................................................................................... 38
31. Filtro de Retorno ........................................................................................ 38
32. Mangueiras ................................................................................................ 39
33. Conexões .................................................................................................. 39
34. Estrutura Isostática .................................................................................... 40
35. Estrutura Hiperestática .............................................................................. 43
36. Tensão e Deformação ............................................................................... 44
37. Diagrama de tensão e deformação do aço ................................................ 46
38. Barra Prismática ........................................................................................ 49
39. Momento Estático ...................................................................................... 50
40. Momento Estático de uma superfície plana ............................................... 50
41. Centro de gravidade .................................................................................. 51
42. Momento de Inércia ................................................................................... 53
43. Módulo de Resistência .............................................................................. 54
44. Barra comprimida ...................................................................................... 56
45. Barra flambada .......................................................................................... 56
46. Coeficiente k para diferentes formas de apoio ........................................... 57
47. Curva de flambagem ................................................................................. 58
48. Parábola de Telemaco e Tetmajer ............................................................ 59
49. Chave Magnética ...................................................................................... 60
50. Relé de Segurança .................................................................................... 61
51. Chave de Segurança ................................................................................. 61
52. Botoeira ..................................................................................................... 62
53. Botão tipo pulsador ................................................................................... 63
54. Chave fim de curso ................................................................................... 64
55. Sensor de proximidade .............................................................................. 65
56. Válvula solenoide ....................................................................................... 66
57. Relés Auxiliares ......................................................................................... 67
58. Croqui do massageador ............................................................................ 68
59. Mesa Pantográfica e giratória .................................................................... 71
60. Estrutura .................................................................................................... 74
61. Reações da Estrutura ................................................................................ 75
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 8
62. Diagrama da Força Cortante ..................................................................... 75
63. Diagrama do Momento Fletor .................................................................... 76
64. Diagrama de Flexão .................................................................................. 76
65. Perfil "I" ...................................................................................................... 77
66. Circuito eletro-hidráulico ............................................................................ 80
67. Diagrama de funcionamento do circuito eletro-hidráulico .......................... 82
68. Diagrama trajeto-passo ............................................................................. 82
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 9
Índice
1. Introdução ................................................................................ 11 2. Objetivo .................................................................................... 11 3. Revisão Bibliográfica .............................................................. 12
3.1. Sistemas anti-poluentes ...................................................................... 12
3.2. Descarregador de "Big Bag" ............................................................... 18
3.3. Sistema Hidráulico .............................................................................. 21
3.3.1. Geração ..................................................................................... 22
3.3.2. Controle ..................................................................................... 29
3.3.3. Atuação ..................................................................................... 31
3.3.4. Elementos de Interligação, Conexão e Vedação ....................... 38
3.4. Estrutura Metálica ............................................................................... 39
3.4.1. Estrutura Isostática .................................................................... 39
3.4.2. Estrutura Hiperestática .............................................................. 42
3.5. Sistema de Segurança ........................................................................ 60
3.5.1. Chave magnética codificada ...................................................... 60
3.5.2. Relé de segurança .................................................................... 60
3.5.1. Botão de emergência ................................................................ 61
3.6. Componentes Elétricos ....................................................................... 62
3.6.1. Elementos de entrada e saída ................................................... 62
4. Materiais e Método .................................................................. 68 4.1. Célula Hidráulica .................................................................................. 68
4.2. Mesa Pantográfica ............................................................................. 69
4.3. Sistema de Segurança ....................................................................... 72
4.4. Sistema Eletro-hidráulico .................................................................... 72
5. Resultados ............................................................................... 73 5.1. Princípio de funcionamento do massageador de "Big Bag" ................ 73
5.2. Estrutura Metálica ................................................................................ 73
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 10
5.2.1. Cálculos da Estrutura Metálica ................................................... 73
5.3. Unidade Hidráulica .............................................................................. 78
5.4. Projeto Eletro-hidráulico ....................................................................... 79
6. Conclusão ................................................................................ 83 7. Referência Bibliográfica .......................................................... 84 Anexos ..............................................................................................
Anexo I - Catálogo Parker ...............................................................................
Anexo II - Módulo de Elasticidade e Coeficiente de dilatação térmica ............
Anexo III - Tensões admissíveis para aço carbono .........................................
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 11
1. Introdução
Matéria prima higroscópica e com alto índice de aglutinação são fornecidas em
grandes embalagens chamadas "Big Bag". No Brasil, segundo a literatura,
ainda não houve um grande avanço na tecnologia apropriada para massagear
“Big Bag” contendo produtos aglutinantes. Um deles é a Ureia para ARLA 32
que possui um índice de aglutinação alto, que impossibilita obter sucesso no
massageamento via equipamento pneumático.
Tendo em vista que no cenário atual o mercado nacional ainda não possui
solução eficaz para este problema e os equipamentos utilizados não empregam
a força necessária para a realização do trabalho de massageamento, concluiu-
se que as alternativas pneumáticas não são eficazes, pois não realizam um
trabalho ideal e sofrem danos ao serem utilizadas, portanto o presente trabalho
consiste em propor um projeto para a utilização de um sistema hidráulico para
massageamento de “Big Bag”, resultando assim em uma performance ideal.
2. Objetivo
O objetivo deste trabalho é apresentar um projeto de um equipamento
hidráulico capaz de atender as necessidades de diferentes setores da indústria,
para solucionar um problema de trabalho com matéria prima higroscópica e
com alto índice de aglutinação encontrado no dia-a-dia. Como exemplo,
utilizaremos o material Ureia para ARLA 32 como parâmetro para os cálculos e
o dimensionamento do equipamento.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 12
3. Revisão Bibliográfica
3.1. Sistemas antipoluentes
Existem diferentes padrões de emissões veiculares no mundo, que por sua vez
estabelecem limites específicos para a emissão de NOx. Os padrões mais
rigorosos exigem a utilização do sistema SCR e do ARLA 32. Normalmente, os
principais poluentes focados pelas legislações de emissões veiculares são: os
Óxidos de Nitrogênio (NOx), Material Particulado (PM), Monóxido de Carbono
(CO) e Hidrocarbonetos (HC).
Na Europa, o primeiro desses padrões, o Euro 0, entrou em vigor em 1990,
com limites de NOx de 14,4 e de PM de 1,1, ambos mesurados em g/kWh. O
padrão Euro III, de 2001, reduziu esses limites para 5 e 0,1, respectivamente. A
utilização do ARLA 32 veio com a introdução dos padrões Euro IV, V e VI. Os
componentes regulados são o NOx, o material particulado (PM), os
hidrocarbonetos (HC) e o monóxido de carbono (CO). O Euro IV foi
implementado de Outubro de 2005 a Outubro de 2006 e as datas de
implementação do Euro V foram de Outubro de 2008 a Outubro de 2009. O
limite de emissões para NOx é de 3,5 g/kWh no Euro IV e 2,0 g/kWh no Euro V.
O padrão Euro VI será implementado de 2013 a 2014 e terá um limite de NOx
de 0,4 g/kWh. A evolução das tecnologias dos motores Diesel conforme a
evolução das Legislações está mostrada na Figura 1.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 13
Figura 1 – Evolução das Tecnologias do motores Diesel conforme a evolução das Legislações
(Fonte: AEA, Seminário, 2009)
No Brasil, a legislação é chamada de PROCONVE - Programa de Controle da
Poluição do Ar por Veículos Automotores. A fase P-5 que seria equivalente ao
Euro III vigorou até dezembro de 2011. A partir de janeiro de 2012 entrou em
vigor a fase P-7 equivalente ao EUROV. As principais metas do Euro V são
diminuir cerca de 60% as emissões de Óxido de Nitrogênio (NOx) e em até
80% as emissões de particulados (PM), Figura 2.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 14
Figura 2 – Gráfico demonstrativo da redução de emissões de poluentes na evolução das
Legislações (Fonte: AEA, Seminário, 2009)
O SCR (em inglês Selective Catalytic Reduction, ou Redução Catalítica
Seletiva) é baseado no tratamento dos gases de escape. É um sistema simples
e com poucos componentes, um tanque para o aditivo ARLA32 (o
correspondente ao aditivo AdBlue, usado na Europa), uma bomba de sucção,
uma unidade injetora e um catalisador. O SCR foi desenvolvido para reduzir os
níveis de óxidos de nitrogênio (NOx), por meio de um sistema de pós-
tratamento dos gases de exaustão que converte os óxidos de nitrogênio em
nitrogênio e vapor de água.
O funcionamento do sistema SCR não é complexo, conforme Figuras 3, 5 e 6,
a bomba faz a sucção do aditivo ARLA32 (Agente Redutor Líquido Automotivo
a 32%) armazenado no tanque específico, o pressuriza a 5 bar e o injeta no
sistema de escape por onde passam os gases provenientes do motor. A uréia
contida no ARLA32, quando submetida a alta temperatura do escape, se
transforma em amônia e se mistura aos gases de escape. Essa mistura é
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 15
transportada até o catalisador, onde a uréia reage com óxidos de nitrogênio
(NOx), transformando-os em nitrôgênio e vapor de água.
Figura 3 - Funcionamento do Motor SCR, com ingeção da ARLA32 (Foto - Apresentação da
ANFAVEA, 2011)
O consumo de ARLA32 é de cerca de 4 a 5% do consumo de diesel.
Entretanto, a eficácia de combustão melhorada do novo motor ajuda a reduzir o
consumo de combustível.
O ARLA32 é um líquido estável, incolor, completamente seguro e sem odor. A
substância ativa presente – a uréia – é derivada do gás natural, Figura 4. A
composição deste aditivivo é de 32,5% de ureia diluída em água desmineraliza.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 16
Figura 4 – Reção da Uréia com água, gerando a ARLA32 (Fonte: AEA, Seminário, 2009)
Os tanques de ARLA32 estarão disponíveis em tamanhos apropriados para
proprocionar boa autonomia de viagem, observa Ricardo Tomasi, engenheiro
de vendas da Volvo do Brasil. Quando há necessidade de abastecimento do
tanque de ARLA32, o motorista é alertado e avisado para enchê-los novamente
com o aditivo. Outras eventuais falhas ou irregularidades que influenciam as
emissões também aparecem na forma de sinais luminosos e mensagens no
painel do caminhão, tudo isso é controlado pelo OBD (On Board Diagnosis),
um dispositivo introduzido para assegurar que os níveis de emissões de
poluentes se mantenham dentro dos limites legais ao longo da vida útil do
veículo.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 17
Figura 5 - Características do Funcionamento do Sistema SCR nos Motores Diesel (Foto –
Apresentação da ANFAVEA, 2011)
Figura 6 – Componentes do Sistema SCR nos motores Diesel (Foto – Apresentação
ANFAVEA, 2011)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 18
3.2. Descarregador de "Big Bag"
Hoje no Brasil devido à baixa demanda de caminhões que utilizam a ureia nas
normas do EURO V, as poucas empresas que beneficiam a ureia ainda não
tem um estudo aprofundado de suas características e estão encontrando
grandes dificuldades de trabalhar com este produto aglutinado.
Boa parte da ureia (ARLA 32) beneficiada no Brasil vem da Austrália, dos
Estados Unidos (Victory) e da China. Empresas como a Petrobras estão
investindo na produção e distribuição deste material.
Devido a grande quantidade necessária para importação deste material, o
melhor método de transporte é o marítimo, através de portos e navios, e como
possui uma grande capacidade de aglutinação e higroscopicidade ele vem
empilhado. Essa ureia é embalada em grades sacos, chamados “Big Bags”.
Com a umidade externa, os “Big Bags”, adquirem características de grandes
blocos, podendo pesar até uma tonelada cada um.
O consumo deste material ainda é muito baixo, devido às empresas produtoras
de caminhões terem feito grandes estoques de caminhões padrão EURO III.
Essa motorização tem sua venda permitida por lei até julho de 2012. Os
consumidores, sabendo do vigor da nova lei padrão EURO V, que visa a
diminuição de poluentes emitidos pelos motores diesel, anteciparam suas
compras de caminhões e frotas, a fim de buscar os melhores preços do padrão
EURO III. Com isso, as empresas estão com grandes estoques de ureia em
suas fabricas, sendo que o material fica armazenado por um longo período
sofrendo efeitos da umidade, aumentando assim a sua aglutinação e
dificultando ainda mais o seu beneficiamento.
Nessas condições, chegando ao descarregador de “Big Bag” o seu
beneficiamento se torna altamente complexo e trabalhoso, tornando a
produção altamente custosa e demorada (um ciclo de operação que deveria
durar até 10 minutos, desde o descarregamento até o transporte ao tanque
misturador, leva em média 3 horas) não permitindo que as empresas atinjam
seu grau mínimo de beneficiamento de ureia.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 19
O Descarregador de “Big Bag” é um equipamento modular podendo ser
adequado as mais diversas necessidades de aplicação, é um dos modelos
mais completos com talha elétrica para içamento do “Big Bag” até a moega de
recepção e com massageador vibratório e atuadores pneumáticos.
O principio do funcionamento do Descarregador de “Big Bag” consiste no fato
de içar o “Big Bag” através de uma talha elétrica até a moega de recebimento
que é equipada com uma porta de acesso vedada para que não haja
contaminação da área de trabalho e do operador, permitindo que o mesmo
possa desamarrá-lo e assim liberar o material para descer, conforme Figura 7.
Com o massageador vibratório elétrico para facilitar a descida da matéria prima
e para casos mais extremos quando a matéria prima apresenta altas
características de aglutinação e higroscopicidade, a matéria prima apresenta os
dois em excesso e necessita da ajuda de atuadores pneumáticos para
massagear o “Big Bag” pressionando-o em ciclos pré-fixados e controlados
pelo painel central do Descarregador de “Big Bag”, o material começa a descer
assim descarregando a matéria prima para algum tipo de equipamento para
fazer o transporte como Válvula Rotativa, Vaso de Pressão para transporte
pneumático, Rosca transportadora entre outros.
Figura 7- Descarregador de "Big Bag" Gericke modelo GBBDS-004 com rosca helicoidal para
transporte da ureia ate o tanque misturador (Fonte: Arquivo pessoal – Fábrica de motores)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 20
Conforme verificado na pratica em uma fabrica que beneficia a Ureia para
aplicação das novas regras do EURO V para controle de poluentes de carros
movidos a diesel. A Ureia, conforme visto em campo (Figura 8), apresenta uma
característica que depois de um tempo armazenada ela começa a empedrar e
como é importada, já chega ao Brasil com essa característica, devido à
umidade e acondicionamento do navio.
Hoje não tem sido possível descarregar o material usando apenas o
Descarregador de "Big Bag" existente, pois a Ureia chega a fabrica já como
uma pedra dentro do "Big Bag", e os componentes do Descarregador de "Big
Bag" (atuadores pneumáticos e o massageador vibratório) não dão conta de
quebrar a ureia para que a mesma volte ao seu estado normal para que seja
possível seu uso. Para conseguir descarregar a ureia hoje, é preciso comprimi-
la com os garfos de uma empilhadeira (colocando um saco de “Big Bag”
carregado de ureia encostado em uma parede e comprimir com os garfos da
empilhadeira) para assim conseguir trazer o material as suas características
originais para o descarregamento.
Figura 8 - "Big Bag" aberto para visualização de como chega a ureia (Fonte: Arquivo pessoal –
Fábrica de motores)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 21
3.3. Sistema Hidráulico
A palavra Hidráulica derivou-se do Grego “hidro”, que significa água, a
hidráulica é a ciência que estuda o comportamento e as aplicações dos fluidos
para transformação e condução de energia.
Os sistemas hidráulicos são de forma mais concreta a aplicação da matéria de
Dinâmica dos Fluidos, a nossa célula foi projetada como hidráulica devido a
grande necessidade de aplicação de força por área que a hidráulica é capaz,
as suas principais vantagens: Fácil instalação; Rápida parada e inversão de
movimento; Variações micrométricas na velocidade; Sistemas autolubrificantes;
Pequeno tamanho e peso em relação a potência consumida; Sistemas seguros
contra sobrecargas; Alta potência (Força).
O principio básico de Pascal: Se uma massa líquida confinada receber um
acréscimo de pressão, essa pressão se transmitirá integralmente para todos os
pontos do líquido, em todas as direções e sentidos (Figura 9). Todos os
mecanismos hidráulicos são, em última análise, aplicações do princípio de
Pascal.
Figura 9 - Princípio de Pascal (Fonte: Portal de ensino de Ciências/USP, 2012)
Entende-se por Sistema Hidráulico o conjunto de elementos físicos que formam
um sistema, utilizando um fluido como meio de transferência de energia, assim
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 22
permitindo a transferência e o controle de força e movimento, os sistemas
hidráulicos normalmente são formados de três etapas: Geração, Controle e
Atuação.
3.3.1. Geração
A Geração é constituída pelo reservatório, filtros, bombas, motores entre outros
acessórios, e seu conjunto se forma as Unidades Hidráulicas (Figura 10), que
será utilizado neste projeto da Célula Hidráulica como fonte de geração e
distribuição de força para a mesa giratória/pantográfica e para os cilindros
hidráulicos.
Figura 10 - Unidade Hidráulica (Fonte: Catálogo Parker, 2012)
• Reservatórios: os reservatórios ou tanques (Figura 11 e 12) são
utilizados para armazenar o fluido de trabalho e auxilia na dissipação do
calor do fluido recebido durante o ciclo no sistema.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 23
Sua capacidade é determinada por: Cr=(3→5Qb)+V
Cr= Volume do reservatório (l)
Qb= Vazão máxima de trabalho (l/min)
V= Volume da haste dos cilindros hidráulicos (l)
Figura 11 - Reservatório (Fonte: Rancine, 1981)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 24
Figura 12 - Cálculo de Potência do Tanque (Fonte: Manual técnico – Fluipress, 2010)
• Bomba: A bomba (Figura 13) pode ser considerada como o principal
elemento no sistema, trabalhando como fonte de energia, determina a
velocidade através do volume de fluido enviado a maquina.
Quando não se sabe a vazão da bomba usa-se a formula abaixo:
Vg=B.A.(Dk-A)
Vg= Volume deslocado (cm/rot)
A= distancia entre centros (cm)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 25
B= largura da engrenagem (cm)
Dk= Diâmetro da engrenagem (cm)
Figura 13 - Bomba (Fonte: Vickers, 1983)
Os tipos de bombas são:
o Bomba de deslocamento não positivo (Figura 14): não existe
vedação da entrada para saída como exemplos bombas
centrifugas.
Figura 14 - Bomba Centrífuga (Fonte: Vickers, 1983)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 26
o Bombas de deslocamentos positivos (Figura 15) : de construção
simples, com duas peças móveis, as engrenagens movidas e
motoras, baixo custo, fácil manutenção, pressão ate 250 Kgf/cm²,
mas tem elevado nível de ruído.
Figura 15 - Bomba de deslocamento positivo (Fonte: Rancine, 1981)
o Bombas de paletas (Figura 16): de construção simples mas com
maior numero de peças moveis, fácil manutenção, pode ser de
vazão fixa ou variável, pressão de ate 210 Kgf/cm², baixo ruído,
mas tem pouca tolerância a resíduos.
Figura 16 - Bomba de paletas (Fonte: Treinamento Hidráulico, RexRoth, 2010)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 27
o Bomba de pistões (Figura 17): Precisa, de difícil manutenção, de
vazão fixa ou variável, de pressão ate 700kgf/cm², melhor
rendimento ate 90%, são que tem menor tolerância a impurezas.
Figura 17 - Bomba de pistões (Fonte: Treinamento Hidráulico, RexRoth, 2010)
• Motores elétricos: Os motores elétricos transformam energia elétrica em
mecânica acionando as bombas vistas acima. A maioria trabalha pela
interação entre campos eletromagnéticos, o princípio fundamental é que
há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo corrente
elétrica imersa em um campo magnético. Essa força é descrita pela lei
da força de “Lorentz” e é perpendicular ao fio e ao campo magnético. O
rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo
que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor.
Figura 18 - Motor elétrico (Fonte: WEG motores, 2011)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 28
Os motores elétricos mais comuns são:
o Motores de corrente contínua
De custo elevado e precisam de uma fonte de corrente contínua,
podem funcionar com velocidades ajustáveis entre amplos limites
e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por
isso seu uso é restrito a casos especiais.
o Motores de corrente alternada.
São os mais comuns, porque a distribuição da rede de energia
elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Seus
princípios são baseados no campo girante, que surge quando um
sistema de correntes alternadas trifásico é aplicada em polos
defasados fisicamente de 120º. Dessa forma, como as correntes
são defasadas 120º elétricos, em cada instante, um par de polos
possui o campo de maior intensidade, cuja associação vetorial
possui o mesmo efeito de um campo girante que se desloca ao
longo do perímetro do estator e que também varia no tempo
Figura 19 - Motor de corrente alternada (Fonte: WEG motores, 2011)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 29
3.3.2. Controle
O Controle é a parte do sistema que regula o fluido e sua direção da
quantidade e força do fluido que vai para acionar cada etapa do processo o
mesmo é composto basicamente por válvulas controladoras de vazão, pressão
e direcionais.
• Válvula controladora de vazão (Figura 20): sua função é reduzir o fluxo
da bomba. Ela desempenha a sua função por ser uma restrição maior
que o sistema. As válvulas controladoras de vazão são aplicadas em
sistemas hidráulicos para obter um controle de velocidade do fluido nos
atuadores.
Figura 20 - Válvula controladora de vazão (Fonte: Manual técnico – Fluipress, 2010)
• Válvulas Controladoras de pressão (Figura 21): responsáveis pela força
da maquina, normalmente montada em paralelo no sistema hidráulico.
Além de ajustar a força elas também limitam o sistema contra sobre
pressão, regula a pressão reduzida em certas partes dos circuitos,
descarrega a bomba, suprimi o choque elétrico, determina o nível de
pressão do trabalho, determina dois diferentes níveis de pressão e, ao
mesmo tempo, determinar dois níveis de pressão distintos e outras
atividades que envolvem mudanças na pressão de operação
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 30
Figura 21 - Válvula controladora de pressão (Fonte: Manual técnico – Fluipress, 2010)
• Válvulas controladoras de fluxo (Figura 22): responsável pelo sentido do
fluido, conduzindo assim os atuadores, as válvulas direcionais podem
assumir distintos valores de velocidade de acordo com o circuito, sendo
comandada eletricamente e assim pode ser possível ter um controle
elétrico do sistema hidráulico. As mais comuns são as Válvulas
Solenoides (corrente alternada 220v ou corrente continua 24V),
eletromecânicas usadas para controlar o fluxo de líquidos ou gases,
composta por uma bobina solenóide e uma válvula, sua função é de
converter energia elétrica em energia mecânica, abrindo ou fechando a
válvula e, distribuindo líquidos ou gases.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 31
Figura 22 - Válvula controladora de vazão (Fonte: Manual técnico – Fluipress, 2010)
3.3.3. Atuação
Na Atuação é a parte do sistema que entra em contato com o produto é a
parte que realiza a função final do sistema e é composta por atuadores, que
podem ser os cilindros.
• Atuadores lineares Hidráulicos (figuras 23 e 24): atuadores são os que
movimentam a carga de forma linear, transformam a força hidráulica
recebida pelo sistema em força de trabalho e são mais conhecidos como
cilindros hidráulicos.
Suas características e formas construtivas obedecem as normas ISO
6020/2, DIN 24554 e NF-E48-016.
Figura 23 - Atuador linear hidráulico (Fonte: Catalogo Parker, 1986)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 32
Figura 24 - Desenho do Atuador linear hidráulico (Fonte: Catalogo Parker, 1986)
Legenda:
1 - Haste
Aço de alta resistência, retificado, cromado e polido para assegurar uma superfície
lisa, resistente a riscos e sulcos para uma vedação efetiva e de longa vida.
2 - Mancal Parker "Jewel"
A maior superfície de apoio da vedação proporciona melhor lubrificação e vida mais
longa. O mancal "Jewel", completo com as vedações da haste, pode ser facilmente
removido sem desmontar o cilindro, de forma que a manutenção seja mais rápida e
mais barata.
3 - Guarnição de limpeza de borda dupla
A guarnição de limpeza de borda dupla atua como uma vedação secundaria,
retirando o excesso do filme de óleo entre a guarnição de limpeza e a vedação
serrilhada. Sua borda externa impede a entrada de contaminantes no cilindro,
prolongando a vida do mancal, das vedações e consequentemente a vida de todo o
sistema hidráulico.
4 - Vedação de borda serrilhada
A vedação da haste possui uma serie de bordas que atuam sucessivamente
conforme o aumento da pressão, proporcionando vedação eficiente sob todas as
condições de operação. No recuo da haste serrilhada, atua como válvula de
retenção permitindo ao filme de óleo que aderiu a haste retornar para o interior do
cilindro.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 33
5 - Vedações do corpo do cilindro
Vedações do corpo sob pressão asseguram que o cilindro seja a prova de
vazamentos, mesmo sob choques de pressão.
6 - Camisa do cilindro
Um rígido controle de qualidade e a precisão de fabricação garantem que todos as
camisas atendam aos padrões de alinhamento, circularidade e acabamento
superficial. O acabamento da superfície interna da camisa de aço minimiza o atrito
interno e prolonga a vida das vedações.
7 - Êmbolo de ferro fundido inteiriço
O embolo tem amplas superfícies de apoio para resistir a cargas laterais e um longo
encaixe por rosca na haste. Como característica de segurança adicional, o embolo
e fixado por Loctite e por um pino de travamento.
8 - Encaixe da camisa
Um rebaixo usinado nas extremidades da camisa, concêntrico com diâmetro interno
do cilindro, permite um encaixe rápido e preciso com flanges dianteiro e traseiro,
resultando em um perfeito alinhamento e longa vida em operação sem vazamentos.
9 - Anel de amortecimento flutuante e luvas de amortecimento
O anel de amortecimento flutuante e a luva são auto-centrantes, permitindo
tolerâncias estreitas e, portanto, um amortecimento mais eficaz. Na partida do
cilindro, uma válvula de retenção com esfera na extremidade do cabeçote dianteiro
e o anel flutuante na extremidade do cabeçote traseiro permitem que seja aplicada
pressão a toda área do pistão para maior potencia e velocidade de partida.
• Fluido Hidráulico: é o elemento mais importante na durabilidade dos
componentes dos sistemas hidráulicos porque ele circula por todo o
sistema. Um bom fluido hidráulico, com uma filtragem bem apurada
contribuirá para o aumento na vida útil dos componentes.
A compressibilidade dos fluidos hidráulicos é de 0,5% na pressão de 70
Kgf/cm².deve se ficar atento a:
Mistura dois fluidos de fabricantes diferentes, pois os aditivos podem
reagir entre si, a limpeza do sistema, não somente completar o nível,
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 34
fluido hidráulico parado por mais de dois meses após ter sido usado
convém troca-lo, tipo de óleo e período da troca são recomendados pelo
fabricante, para determinar precisamente as condições de um fluido
devem ser realizados testes de laboratórios, armazene o óleo em
recipientes limpos e mantenha as tampas dos recipientes fechadas.
Viscosidade (Figura 25) é a resistência do fluido a escoar, uma medida
inversa da fluidez. Que pode ser classificados por suas unidades mais
comuns SAE (Sociedade Americana dos Engenheiros Automotivos) e
ISO VG (número médio para uma determinada faixa de viscosidade
cinemática (cSt) a temperatura de 40° C.)
Figura 25 - Tabela de Viscosidade (Fonte: Apostila SENAI, 2008)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 35
As principais funções dos fluidos hidráulicos são:
o Transmitir energia (Figura 26): a energia se transforma em
energia hidráulica que será transmitida pelo fluido e transformada
em energia mecânica através da realização de trabalho.
Figura 26 - Transmissão de energia (Fonte: Vickers, 1983)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 36
o Lubrificar e vedar (Figura 27): o fluido deve possuir a
características de lubrificante, pois os componentes precisam ser
lubrificados durante o funcionamento.
Figura 27 - Lubrificação e Vedação (Fonte: Vickers, 1983)
o Resfriar ou dissipar calor (Figura 28): através do fluido, o calor é
conduzido às paredes do reservatório e destas, para a atmosfera.
Figura 28 - Resfriamento (Fonte: Vickers, 1983)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 37
o Óleos minerais - São os fluidos hidráulicos derivados do petróleo
o Óleos sintéticos - São produzidos pelo homem para atender a
determinadas condições e especificações onde os óleos minerais
não atendem.
o Fluidos resistentes ao fogo - São combinações de óleo mais
água, não significa que não queimem e sim que não dispersam o
fogo em sua superfície como ocorre com os óleos lubrificantes.
o Filtros: Tem a função de reter as partículas de sujeiras do fluido, e
podem ser de diversos tipos e modelos, recomenda-se que o filtro
seja dimensionado para permitir o triplo da vazão do sistema. Se
um não suporta a vazão pode-se montar dois ou mais deles em
paralelo.
o Filtro de sucção (Figura 29): Chamamos assim para os
filtros montados entre o reservatório e a bomba.
Figura 29 - Filtro de sucção (Fonte: Treinamento Hidráulico, RexRoth, 2010)
o Filtro de pressão (Figura 30): São montados antes de
componentes que requeiram um grau de filtragem mais
apurado como: servo-válvulas, motores de pistões axiais,
válvulas proporcionais, entre outros.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 38
Figura 30 - Filtro de pressão (Fonte: Treinamento Hidráulico, RexRoth, 2010)
o Filtro de retorno (Figura 31): filtros montados na linha de
retorno do fluido para o reservatório.
Figura 31 - Filtro de retorno (Fonte: Treinamento Hidráulico, RexRoth, 2010)
3.3.4. Elementos de Interligação, Conexão e Vedação
O transporte do fluido no sistema é feito por meio de mangueiras. Para a
seleção da mangueira (Figura 32) deve-se considerar a pressão de trabalho e o
diâmetro nominal da mangueira que são indicados pelo fabricante.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 39
Figura 32 - Mangueiras (Fonte: Catálogo da AEROQUIP, 2010)
As conexões (Figura 33) são sujeitas a grandes esforços e altas pressões e
solicitações Mecânicas
Figura 33 - Conexões (Fonte: Catálogo da AEROQUIP, 2010)
3.4. Estrutura Metálica
3.4.1. Estrutura Isostática
Para resolver uma estrutura isostática (Figura 34) deve-se determinar todas as
suas reações de apoios e os esforços internos solicitantes em todas as sua
seções, obtendo seus diagramas de esforços.
A estática fornece pelo menos três equações para a determinação dos esforços
externos reativos ou reações de apoio da estrutura.
Equações de equilíbrio da Estática: ∑FH=o, ∑FV=0, ∑M=0
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 40
Figura 34 - Estrutura Isostática (Fonte: Hibbeler, 2009)
Sendo três as incógnitas e três as equações fornecidas pela estática, pode-se
chegar às reações.
Com as reações, obtemos os esforços solicitantes no C.G. de qualquer seção
transversal, efetuando a transmissão dos esforços até o C.G da seção.
Considerando que a seção transversal divide a estrutura em duas partes,
calcula-se para os esforços externos de uma parte da estrutura, os esforços
estaticamente equivalentes no C.G. da seção, isto é, a somatória dos
componentes da força nas direções vertical e horizontal, alem da somatória dos
momentos dos esforços no C.G. da seção.
Os esforços internos solicitantes na seção correspondem aos efeitos que os
esforços estaticamente equivalentes produzem na outra pare resultante da
divisão.
• Classificação dos esforços solicitantes
o Força Normal (N)
Força Normal é a componente da força que age perpendicular à
seção transversal.
Se for dirigida para fora do corpo, provocando alongamento no
sentido da aplicação da força, produz esforços de tração. Se for
dirigida para dentro do corpo, provocando encurtamento no sentido de
aplicação da força, produz esforços de compressão.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 41
As forças normais são equilibradas por esforços internos resistente e
se manifestam sob a forma de tensões normais (força por unidade de
área), representadas pela letra grega σ (Sigma), que serão de tração
ou de compressão segundo a força normal N seja de tração ou
compressão.
o Força Cortante (V)
Força Cortante é componente da força, contida no plano da seção
transversal que tende a deslizar uma porção do corpo em relação à
outra, provocando corte (deslizamento da seção em seu plano).
As tensões desenvolvidas internamente que opõem resistência às
forças cortantes são denominadas tensões de cisalhamento ou
tensões tangenciais (força por unidade de área), representadas pela
letra grega τ (Thau).
o Momento Fletor (M)
Um corpo é submetido a esforços de flexão, quando solicitado por
forças que tendem a dobrá-lo, fleti-lo ou mudar sua curvatura. O
momento fletor age no plano contém o eixo longitudinal, ou seja,
perpendicular à seção transversal.
o Momento de Torção (T)
A componente do binário de forças que tende a girar a seção
transversal em torno de eixo longitudinal é chamado Momento de
Torção.
• Convenção de sinais
Obtidos os valores de N, V, M e T, podem-se traçar, em escala
conveniente, os diagramas de cada esforço solicitante, também
denominados linhas de estado.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 42
o Força Normal (N)
tração (+)
compressão (-)
o Força cortante (V)
o Momentos fletores (M)
O Momento Fletor é considerado positivo, quando as cargas atuantes
na peça tracionam suas fibras inferiores e, negativo, quando as
cargas atuantes na peça tracionam suas fibras superiores.
o Momentos de Torção(T)
Momento de Torção é considerado positivo quando tende a girar a
seção transversal em torno de seu eixo longitudinal no sentido anti-
horário e, negativo, quando tende a gira no sentido horário.
3.4.2. Estrutura Hiperestática
São estruturas que não podem ser resolvidas apenas com as equações
fornecidas pela estática.
Nas estruturas hiperestáticas (Figura 35), o número de incógnitas de esforços a
se determinar é superior ao número de equações dadas pela estática, sendo
necessário escrever equações adicionais.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 43
Figura 35 - Estrutura Hiperestática (Fonte: Hibbeler, 2009)
A estática pode nos fornecer apenas três equações de equilíbrio para
calcularmos as reações, portanto nos falta uma equação, que será fornecida
pelo Grau de Hiperestáticidade.
• Grau de Hiperestáticidade
Chama-se grau de hiperestáticidade o número de equações adicionais,
necessárias para resolver a estrutura.
Para a Figura 35, o grau de hiperestáticidade é igual a um, uma vez que
precisa-se de mais uma equação, alem das equações da estática.
• Tensão e Deformação
Os conceitos de tensão e deformação (Figura 36) podem ser ilustrados,
de modo elementar, considerando-se o alongamento de uma barra
prismática (barra de eixo reto e de seção constante em todo o
comprimento).
Considere-se uma barra prismática carregada nas extremidades por
forças axiais P (forças que atuam no eixo da barra), que produzem
alongamento uniforme ou tração na barra. Sob ação dessas forças
originam-se esforços internos no interior da barra.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 44
Para o estudo desses esforços internos, considera-se um corte
imaginário na seção, normal a seu eixo. Removendo-se por exemplo a
parte direita do corpo, os esforços internos na seção considerada
transformam-se em esforços externos. Supõe-se que estes esforços
estejam distribuídos uniformemente sobre toda a seção transversal.
Figura 36 - Tensão e Deformação (Fonte: Hibbeler, 2009)
Para que não se altere o equilíbrio, estes esforços devem ser
equivalentes à resultante, também axial, de intensidade P.
Quando estas forças são distribuídas perpendiculares e uniformemente
sobre toda a seção transversal, recebem o nome de tensão normal,
sendo comumente designada pela letra grega σ (sigma).
Pode-se verificar facilmente que a tensão normal, em qualquer parte da
seção transversal é obtida dividindo-se o valor da força P pela área da
seção transversal, σ = PA
A tensão tem a mesma unidade de pressão, que, no Sistema
Internacional de Unidades é o Pascal (Pa) corresponde à carga de 1N
atuando sobre uma superfície de 1m2, ou seja, Pa = N/m2. Como a
unidade Pascal é muito pequena, costuma-se utilizar com frequência
seus múltiplos: MPa = N/mm2 = (Pa×106), GPa = kN/mm2 = (Pa×109).
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 45
Em outros Sistemas de Unidades, a tensão ainda pode-se ser expressa
em quilograma força por centímetro quadrado (kgf/cm2), libra por
polegada quadrada (lb/in2 ou psi).
Quando a barra é alongada pela força P, como indica a Figura 36, a
tensão resultante é uma tensão de tração se as forças tiverem o sentido
oposto, comprimindo a barra, tem-se tensão de compressão.
A condição necessária para validar a Equação é que a tensão σ seja
uniforme em toda a seção transversal da barra.
O alongamento total de uma barra submetida a uma força axial é
designado pela letra grega δ (delta). O alongamento por unidade de
comprimento, denominado deformação específica, representado pela
letra grega ε (epsilon), é dado pela seguinte equação: ε = δ𝐿 , onde:
ε = deformação específica
δ = alongamento ou encurtamento
L = comprimento total da barra
• Diagrama Tensão Deformação
As relações entre tensões e deformações para um determinado material
são encontradas por meio de ensaios de tração.
Nestes ensaios são medidos os alongamentos δ, correspondentes aos
acréscimos de carga axial P, que se aplicam à barra, até a ruptura do
corpo-de-prova.
Obtêm-se as tensões dividindo as forças pela área da seção transversal
da barra e as deformações específicas dividindo o alongamento pelo
comprimento ao longo do qual a deformação é medida.
Deste modo obtém-se um diagrama tensão-deformação do material em
estudo, conforme a Figura 37.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 46
Figura 37 - Diagrama de Tensão e Deformação do Aço (Fonte: Hibbeler, 2009)
Região elástica: de 0 até A as tensões são diretamente proporcionais às
Deformações, o material obedece a Lei de Hooke e o diagrama é linear.
O ponto A é chamado limite de proporcionalidade, pois, a partir desse
ponto deixa de existir a proporcionalidade. Daí em diante inicia-se uma
curva que se afasta da reta 0A, até que em B começa o chamado
escoamento.
O escoamento caracteriza-se por um aumento considerável da
deformação com pequeno aumento da força de tração. No ponto B
inicia-se a região plástica.
O ponto C é o final do escoamento o material começa a oferecer
resistência adicional ao aumento de carga, atingindo a tensão máxima
no ponto D, denominado limite máximo de resistência. Além deste ponto,
maiores deformações são acompanhadas por reduções da carga,
ocorrendo, finalmente, a ruptura do corpo-de-prova no ponto E do
diagrama.
A presença de um ponto de escoamento pronunciado, seguido de
grande deformação plástica é uma característica do aço, que é o mais
comum dos metais estruturais em uso atualmente.
Tanto os aços quanto as ligas de alumínio podem sofrer grandes
deformações antes da ruptura. Materiais que apresentam grandes
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 47
deformações, antes da ruptura, são classificados de materiais dúcteis.
Outros materiais como o cobre, bronze, latão e níquel, também possuem
comportamento dúctil. Por outro lado, os materiais frágeis são aqueles
que se deformam relativamente pouco antes de romper, como por
exemplo, o ferro fundido, concreto, vidro, porcelana, cerâmica e gesso.
• Lei de HOOKE
Os diagramas tensão-deformação ilustram o comportamento de vários
materiais, quando carregados por tração.
Quando um corpo-de-prova do material é descarregado, isto é, quando a
carga é gradualmente diminuída até zero, a deformação sofrida durante
o carregamento desaparecerá parcial ou completamente.
Esta propriedade do material, pela qual ele tende a retornar à forma
original é denominada elasticidade.
Quando a barra volta completamente à forma original, diz-se que o
material é perfeitamente elástico mas se o retorno não for total, o
material é parcialmente elástico.
Neste último caso, a deformação que permanece depois da retirada da
carga é denominada deformação permanente.
A relação linear da função tensão-deformação foi apresentada por
Robert HOOKE em 1678 e é conhecida por LEI DE HOOKE, definida
como: σ = E.ε , onde:
σ = tensão normal
E = módulo de elasticidade do material
ε = deformação específica
O Módulo de Elasticidade representa o coeficiente angular da parte
linear do diagrama tensão-deformação e é diferente para cada material.
A lei de HOOKE é valida para a fase elástica dos materiais. Por este
motivo, quaisquer que sejam os carregamentos ou solicitações sobre o
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 48
material, vale a superposição de efeitos, que pode-se avaliar o efeito de
cada solicitação sobre o material e depois somá-los.
Alguns valores de E são mostrados na Tabela 1. Para a maioria dos
materiais, o valor do Módulo de Elasticidade sob compressão ou sob
tração são iguais.
Tabela 1 – Propriedades mecânicas típicas de alguns materiais (Fonte: Hibbeler, 2009)
Quando a barra é carregada por tração simples, a tensão axial é σ = P /
A e a deformação específica é ε = δ / L .
Combinando estes resultados com a Lei de HOOKE, tem-se a seguinte
expressão para o alongamento da barra:
δ = 𝑃.𝐿𝐸.𝐴
Esta equação mostra que o alongamento de uma barra linearmente
elástica é diretamente proporcional à carga e ao comprimento e
inversamente proporcional ao módulo de elasticidade e à área da seção
transversal.
O produto EA é conhecido como rigidez axial da barra.
• Características Geométricas de figuras planas
O dimensionamento e a verificação da capacidade resistente de barras,
como de qualquer elemento estrutural dependem de grandezas
chamadas tensões, as quais se distribuem ao longo das seções
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 49
transversais de um corpo. Daí vem a necessidade de se conhecer
claramente as características ou propriedades das figuras geométricas
que formam essas seções transversais (Figura 38).
Figura 38 - Barra Prismática (Fonte: Hibbeler, 2009)
As principais propriedades geométricas de figuras planas são:
Área (A) Momento de Inércia (I)
Momento estático (M) Módulo de resistência (W)
Centro de gravidade (CG) Raio de giração (i)
• Área
A área de uma figura plana é a superfície limitada pelo seu contorno.
Para contornos complexos, a área pode ser obtida aproximando-se a
forma real pela justaposição de formas geométricas de área
conhecida (retângulos, triângulos e Círculos). A área é utilizada para
a determinação das tensões normais (tração e compressão) e das
tensões transversais ou de corte.
A unidade de área é [L]2 (unidade de comprimento ).
• Momento Estático
Analogamente à definição de momento de uma força em relação a um
eixo qualquer, defini-se Momento Estático (M) (Figura 39) de um
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 50
elemento de superfície como o produto da área do elemento pela
distância que o separa de um eixo de referência.
Mx = y.dA e My = x.dA
Figura 39 - Momento Estático (Fonte: Hibbeler, 2009)
Momento Estático de uma superfície plana (Figura 40) é definido
como a somatória de todos os momentos estáticos dos elementos de
superfície que formam a superfície total.
Mx = ∫A y.dA e My = ∫A x.dA
O Momento Estático é utilizado para a determinação das tensões
transversais que ocorrem em uma peça submetida à flexão.
O Momento Estático de uma superfície composta por várias figuras
conhecidas é a somatória dos Momentos Estáticos de cada figura.
A unidade do Momento Estático é área é [L]× [L]2 = [L]3
Figura 40 - Momento Estático de uma superfície plana (Fonte: Hibbeler, 2009)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 51
• Centro de Gravidade
Se um corpo for dividido em partículas mínimas, estas ficam sujeitas à
ação da gravidade, isto é, em todas estas partículas está aplicada
uma força vertical atuando de cima para baixo.
A resultante de todas estas forças verticais e paralelas entre si,
constitui o peso do corpo.
Mesmo mudando a posição do corpo aplicando-lhe uma rotação, ele
permanecerá sempre sujeito à ação da gravidade. Isto significa que
as forças verticais girarão em relação ao corpo, mas continuaram
sempre paralelas e verticais.
O ponto onde se cruzam as resultantes dessas forças paralelas,
qualquer que seja a posição do corpo, chama-se Centro de Gravidade
(CG).
Portanto, atração exercida pela terra sobre um corpo rígido pode ser
representada por uma única força P.
Esta força é chamada de peso do corpo, é aplicada no seu baricentro,
ou cento de gravidade (CG).
O centro de gravidade pode localizar-se dentro ou fora da superfície.
O centro de gravidade (Figura 41 e 42) de uma superfície plana por
definição é o ponto de coordenadas:
XCG = 𝑀𝑦𝐴
= 1𝐴 ∫A .x.dA YCG = 𝑀𝑥
𝐴 = 1
𝐴 ∫A .y.dA
Figura 41 - Centro de Gravidade (Fonte: Hibbeler, 2009)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 52
onde:
XCG = distância do C.G da figura até o eixo y escolhido arbitrariamente;
YCG = distância do C.G da figura até o eixo x escolhido arbitrariamente;
Mx = momento estático da figura em relação ao eixo x;
My = momento estático da figura em relação ao eixo y;
A = área da Figura.
Figura 41 - Centro de Gravidade de algumas figuras planas (Fonte: Hibbeler, 2009)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 53
• Momento de Inércia
O momento de inércia (Figura 42) de uma superfície plana em relação
a um eixo de referência é definido como sendo a integral de área dos
produtos dos elementos de área que compõem a superfície pelas
suas respectivas distâncias ao eixo de referência, elevadas ao
quadrado.
Ix = ∫x y2.dA Iy = ∫A x2.dA
Figura 42 - Momento de Inércia (Fonte: Hibbeler, 2009)
O momento de inércia é uma característica geométrica
importantíssima no dimensionamento dos elementos estruturais, pois
fornece, em valores numéricos, a resistência da peça. Quanto maior
for o momento de inércia da seção transversal de uma peça, maior a
sua resistência.
• Módulo de Resistência
Define-se módulo resistente (Figura 43) de uma superfície plana em
relação aos eixos que contém o C.G como sendo a razão entre o
momento de inércia relativo ao eixo que passa pelo C.G da figura e a
distância máxima entre o eixo e a extremidade da seção estudada.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 54
Figura 43 - Módulo de Resistência (Fonte: Hibbeler, 2009)
onde: ICG = momento de inércia da peça em relação ao CG da figura
x, y = distância entre o eixo do CG da figura e a extremidade da peça.
O módulo resistente é utilizado para o dimensionamento de peças
submetidas à flexão.
A unidade do módulo resistente é [L]4 [L]
= [L]3
• Raio de Giração
Define-se raio de giração como sendo a raiz quadrada da relação
entre o momento de inércia e a área da superfície. A unidade do raio
de giração é o comprimento. O raio de giração é utilizado para o
estudo da flambagem. Na Tabela 2 tem-se as características
geométricas de algumas figuras conhecidas.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 55
Tabela 2 – Características Geométricas de algumas figuras conhecidas (Fonte: Hibbeler, 2009)
• Flambagem de barras prismáticas
Flambagem corresponde a uma determinada situação de carregamento
(Figura 44) de uma estrutura em que a geometria de um elemento
estrutural passa a ser uma configuração de equilíbrio instável.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 56
O elemento pode se deformar bruscamente, sendo a nova geometria
muito diferente da original.
Figura 44 – Barra Comprimida (Fonte: Hibbeler, 2009)
Se a barra for esbelta e a intensidade da força P de compressão
ultrapassar um determinado valor chamado carga critica, indicada por
Pcr, a barra passará a ter duas geometrias possíveis de equilíbrio
(Figura 45).
P>PCr
Figura 45 – Barra Flambada (Fonte: Hibbeler, 2009)
A mudança de geometria se dá de forma brusca, nesta mudança brusca
de geometria, pode ocorrer:
• Alteração muito grande do funcionamento do elemento na estrutura,
em relação ao previsto no projeto
• Deslocamento muito grande do funcionamento do elemento na
estrutura, excedendo aqueles deslocamentos previstos no projeto.
• Deformações de grandeza tal que implicam em plastificarão ou em
ruptura.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 57
Para P < PCr o equilíbrio é estável, e se aplicar um deslocamento a uma
seção da barra, mudando a geometria, e libera-se a barra para retornar
a geometria inicial, permanecendo em equilíbrio.
Euler, matemático suíço contemporâneo de Newton, resolveu o
problema de flambagem de barras comprimidas para uma barra ideal,
homogênea e de eixo perfeitamente retilíneo, coincidindo a linha de ação
da carga P de compressão perfeitamente com o eixo da barra.
Euler admitiu, também, válida a lei de HOOKE, σ = E.ε , e seção
transversal constante.
Expressão de Euler σ = π2.Eλ2
Lfl = k.L
K é um coeficiente que depende das condições de apoio das
extremidades da barra (Figura 46).
Figura 46 – Coeficiente k para diferentes formas de apoio (Fonte: Hibbeler, 2009)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 58
Só é valida a expressão de Euler, se também valer a li de HOOKE.
A lei de HOOKE, só vale para tensões normais σ dentro do intervalo 0<
σ< σp.
A tensão σp é chamada de limite de proporcionalidade.
O índice de esbeltez λ para o qual a tensão de flambagem σ fl é igual ao
limite de proporcionalidade σp é chamado de índice de esbeltez limite,
indicado por λlim (Figura 47).
λ=λlim → σfl = σp
Figura 47 – Hipérbole de Euler (Curva de Flambagem) (Fonte: Hibbeler, 2009)
Telemaco Van Langendonk - Figura 48
σfl = σe –
λ2lim
σe - σp
Tetmajer - Figura 48 e Tabela 3
σfl = a – b.λ + c.λ2
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 59
Tabela 3 – Constantes a, b e c para alguns materiais (Fonte: Hibbeler, 2009)
Figura 48 – Parábola de Telemaco e Tetmajer (Fonte: Hibbeler, 2009)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 60
3.5. Sistema de Segurança
3.5.1. Chave magnética codificada
Um sistema de segurança necessita de uma chave magnética e a melhor do
mercado é do modelo da Siemens SIRIUS (3SE6704-2BA e 3SE6704-2BA)
que é normalmente utilizada para a monitoração de portas de proteção. É
composto por de duas peças: uma é o elemento chaveador, e o outro é o
elemento magnético e unidade de avaliação (relé de segurança), possui grau
de proteção IP 67 pode ser utilizado em aplicações até Categoria 4 (EN 954-1 /
NBR 141531) conforme Figura 49.
Figura 49 – Chave magnética (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
3.5.2. Relé de Segurança
O relé de segurança do modelo da Siemens SIRIUS 3TK28 complementa a
chave magnética e sensores e atuadores de sistemas de segurança contra
falhas de funcionamento. Os relés da Siemens possuem função de Partida
Supervisionada ou Partida Automática. Nos relés com Partida Supervisionada,
após um desligamento ou queda de tensão, o rearme dos contatos de
segurança é feito através de um botão de liga/rearme, o circuito possui
supervisão de curto circuito, exigência para a categoria 4. Os com Partida
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 61
Automática, após um desligamento, o rearme dos contatos de segurança é
feito com a liberação dos componentes (botão de parada de emergência) ou
volta da tensão de alimentação, conforme Figura 50.
Figura 50 – Relé de Segurança (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
3.5.3. Botão de emergência
O dispositivo de comando usado para parada de emergência é um botão de
segurança e o melhor do mercado é o modelo da Siemens 3SB3000-1HA20.
Seu funcionamento consiste em quando atuado interromper o circuito de
segurança de maneira confiável, através da desenergização, para realizar a
parada de um ou mais elementos por ex.: motores, válvulas (Figura 51(.
Figura 51 – Chave de Segurança (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 62
3.6. Componentes Elétricos
3.6.1. Elementos de entrada de sinais
Os componentes de entrada de sinais elétricos são aqueles que emitem
informações ao circuito por meio de uma ação muscular, mecânica, elétrica,
eletrônica ou combinação entre elas. Entre os elementos de entrada de sinais
podemos citar as botoeiras, as chaves fim de curso, os sensores de
proximidade e os pressostatos, entre outros, todos destinados à emitir sinais
para energização ou desenergização do circuito ou parte dele.
• Botoeiras
As botoeiras (Figura 52) são chaves elétricas acionadas manualmente
que apresentam, geralmente, um contato aberto e outro fechado. De
acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as
botoeiras são caracterizadas como pulsadoras ou com trava.
As botoeiras pulsadoras invertem seus contatos mediante o
acionamento de um botão e, devido à ação de uma mola, retornam à
posição inicial quando cessa o acionamento.
Figura 52 – Botoeira (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
• Botão Liso Tipo Pulsador
Esta botoeira (Figura 53) possui um contato aberto e um contato
fechado, sendo acionada por um botão pulsador liso e reposicionada por
mola.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 63
Enquanto o botão não for acionado, os contatos 1 e 12 permanecem
fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica, ao mesmo tempo
em que os contatos 13 e 14 se mantêm abertos, interrompendo a
passagem da corrente.
Quando o botão é acionado, os contatos se invertem de forma que o
fechado abre e o aberto fecha. Soltando-se o botão, os contatos voltam
à posição inicial pela ação da mola de retorno.
Figura 53 – Botão tipo pulsador (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
• Chaves Fim de Curso
As chaves fim de curso (Figura 54), assim como as botoeiras, são
comutadores elétricos de entrada de sinais, só que acionados
mecanicamente. As chaves fim de curso são, geralmente, posicionadas
no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e
equipamentos industriais, bem como das hastes de cilindros hidráulicos
e ou pneumáticos.
O acionamento de uma chave fim de curso pode ser efetuado por meio
de um rolete mecânico ou de um rolete escamoteável, também
conhecido como gatilho. Existem, ainda, chaves fim de curso acionadas
por uma haste apalpadora, do tipo utilizada em instrumentos de medição
como, por exemplo, num relógio comparador.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 64
Figura 54 – Chave de fim de curso (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
• Sensores de Proximidades
Os sensores de proximidade (Figura 55), assim como as chaves fim de
curso, são elementos emissores de sinais elétricos, os quais são
posicionados no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas
e equipamentos industriais, bem como das hastes de cilindros
hidráulicos ou pneumáticos. O acionamento dos sensores, entretanto,
não depende de contato físico com as partes móveis dos equipamentos,
basta apenas que estas partes aproximem-se dos sensores a uma
distância que varia de acordo com o tipo de sensor utilizado.
Existem no mercado diversos tipos de sensores de proximidade, os
quais devem ser selecionados de acordo com o tipo de aplicação e do
material a ser detectado. Os mais empregados na automação de
máquinas e equipamentos industriais são os sensores capacitivos,
indutivos, ópticos, magnéticos e ultrassônicos, além dos sensores de
pressão, volume e temperatura, muito utilizados na indústria de
processos.
Basicamente, os sensores de proximidade apresentam as mesmas
características de funcionamento. Possuem dois cabos de alimentação
elétrica, sendo um positivo e outro negativo, e um cabo de saída de
sinal. Estando energizados e ao se aproximarem do material a ser
detectado, os sensores emitem um sinal de saída que, devido
principalmente à baixa corrente desse sinal, não podem ser utilizados
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 65
para energizar diretamente bobinas de solenoides ou outros
componentes elétricos que exigem maior potência.
Diante dessa característica comum da maior parte dos sensores de
proximidade, é necessária a utilização de relés auxiliares com o objetivo
de amplificar o sinal de saída dos sensores, garantindo a correta
aplicação do sinal e a integridade do equipamento.
Os sensores de proximidade capacitivos registram a presença de
qualquer tipo de material. A distância de detecção varia de 0 a 20 m,
dependendo da massa do material a ser detectado e das características
determinadas pelo fabricante.
Os sensores de proximidade indutivos são capazes de detectar apenas
materiais metálicos, a uma distância que oscila de 0 a 2 m, dependendo
também do tamanho do material a ser detectado e das características
especificadas pelos diferentes fabricantes.
Figura 55 – Sensor de Proximidade (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
• Válvula Solenoide
A válvula solenoide (Figura 56) é um equipamento que tem muitas
utilizações, em diversas áreas. Ela é formada por duas partes principais,
corpo e a bobina solenoide.
A válvula solenoide possui uma bobina que é formada por um fio
enrolado através de um cilindro. Quando uma corrente elétrica passa por
este fio, ela gera uma força no centro da bobina solenoide, fazendo com
que o êmbolo da válvula seja acionado, criando assim o sistema de abertura e
fechamento.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 66
Outra parte que compõe a válvula é o corpo, este possui um dispositivo
que permite a passagem de um fluído ou não, quando sua haste é
acionada pela força da bobina. Esta força é que faz o pino ser puxado
para o centro da bobina, permitindo a passagem do fluído.
O processo de fechamento da válvula solenoide ocorre quando a bobina
perde energia, pois o pino exerce uma força através de seu peso sobre a
mola que tem instalada.
As válvulas solenoides podem ser classificadas quanto ao seu tipo de
ação, que podem ser Ação Direta ou Indireta, sendo determinadas pelo
tipo de operação. Para baixas capacidades e pequenos orifícios de
passagem de fluído, devem ser usadas as válvulas de Ação direta.
Já a válvula solenoide de ação indireta, que é controlada por piloto, é
utilizada em sistemas de grande porte.
Figura 56 – Válvula solenoide (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
• Relés Auxiliares
Os relés auxiliares (Figura 57) são chaves elétricas de quatro ou mais
contatos, acionadas por bobinas eletromagnéticas. Há no mercado uma
grande diversidade de tipos de relés auxiliares que, basicamente,
embora construtivamente sejam diferentes, apresentam as mesmas
características de funcionamento.
Este relé auxiliar, possuem 2 contatos abertos (13/14 e 43/4) e 2
fechados (21/2 e 31/32), acionados por uma bobina eletromagnética de
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 67
24 Vcc. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos
abertos fecham, permitindo a passagem da corrente elétrica entre eles,
enquanto que os contatos fechados abrem, interrompendo a corrente.
Quando a bobina é desligada, uma mola recoloca imediatamente os
contatos nas suas posições iniciais.
Além de relés auxiliares de 2 contatos abertos (NA) e 2 contatos
fechados (NF), existem outros que apresentam o mesmo funcionamento
anterior mas com 3 contatos NA e 1 NF.
Este outro tipo de relé auxiliar utiliza contatos comutadores, ao invés dos
tradicionais contatos abertos e fechados. A grande vantagem desse tipo
de relé sobre os anteriores é a versatilidade do uso de seus contatos.
Enquanto nos relés anteriores a utilização fica limitada a 2 contatos Na e
2 NF ou 3 NA e 1 NF, no relé de contatos comutadores podem-se
empregar as mesmas combinações, além de, se necessário, todos os
contatos abertos ou todos fechados ou ainda qualquer outra combinação
desejada. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos
comuns 1, 21, 31 e 41 fecham em relação aos contatos 13, 24, 34 e 4,
respectivamente, e abrem em relação aos contatos 12, 2, 32 e 42.
Desligando-se a bobina, uma mola recoloca novamente os contatos na
posição inicial, isto é, 1 fechado com 12 e aberto com 14, 21 fechado
com 2 e aberto com 24, 31 fechado com 32 e aberto com 34 e,
finalmente, 41 fechado com 42 e aberto em relação ao 4.
Figura 57 – Relés Auxiliares (Fonte: Catálogo AEROQUIP, 2011)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 68
4. Materiais e Método
Diante do problema encontrado, está sendo proposta por este trabalho uma
solução que atenda todos os tipos de materiais aglutinantes e higroscópicos
para massagear a matéria prima e recuperar seu estado físico original para o
beneficiamento da mesma.
4.1. Célula Hidráulica
Esta solução consiste na criação de uma Célula Hidráulica, conforme Figura
58, para massagear "Big Bag", sendo que em nestes estudos vê-se que um
equipamento tem a capacidade de atender, com folga, mais de 12 unidades de
Descarregador de "Big Bag".
Figura 58 – Croqui do massageador (AUTO-CAD, 2011)
O massageador é composto por uma estrutura metálica modular projetada para
otimizar o espaço físico ocupado no cliente, com porta de segurança para que
a operação não inicie sem estarem devidamente fechadas as portas evitando
assim acidentes de trabalho, dois cilindros hidráulicos devidamente calculados
para que exerçam a força necessária para quebrar a matéria prima sem
danificar o "Big Bag", uma unidade hidráulica para atender ao cilindros, uma
mesa giratória e pantográfica para que seja possível a massagem em todo o
"Big Bag", e um painel elétrico para comandar todo o processo.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 69
Para o modelo de Célula Hidráulica esta prevista a entrada do "Big Bag"
apenas por empilhadeira, mas caso a necessidade do cliente a estrutura
modular pode ser acrescida com uma talha elétrica também.
4.2. Mesa Pantográfica
Mesa elevadora extra-baixa (Figura 59), com plataforma em chapa de aço lisa
sobre uma estrutura de perfilados laminados e dobrados com centro giratório.
Sob as laterais da plataforma estará instalado um quadro de proteção; que
interrompe o movimento de descida da plataforma quando de encontro a
obstáculos.
Sobre a mesa elevadora estará instalada uma plataforma giratória, (com giro
livre e acionada manualmente), com diâmetro de Ø 1.500 mm e desnível de 5
mm acima da plataforma que o envolve. Quando toda abaixada, o desnível de
5 mm é eliminado permitindo a entrada da paleteira sem obstáculo.
Estrutura pantográfica reforçada, e construída em chapas e perfilados de aço
com mancais, roldanas, buchas e eixos especiais, cilindros hidráulicos de aço
sem costura, com retentores especiais e hastes protegidas por cromo duro.
Base construída de perfilados laminados com 03 (três) olhais para içamento e
suportes para fixação sobre o piso que deve possuir resistência adequada.
Conjunto acionador eletro hidráulico composto por motor elétrico trifásico (380
V, 60 Hz); chave elétrica magnética; bomba de engrenagens; tubulações;
válvula direcional acionada por solenóide, válvula reguladora de vazão e
válvula de retenção pilotada (evita a descida da plataforma); filtro de sucção no
reservatório; bocal de enchimento, com filtro de ar acoplado e visor de nível.
Comandado por 01 (uma) pedaleira (220 V, 60 Hz), acionando até o fim do
curso enquanto premida, com os botões: sobe e desce.
O conjunto acionador ficará separado da mesa sendo previstos 02 metros de
tubulação e fiação de interligação.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 70
Construção da estrutura, reforços, tesouras e plataformas em perfilados e
chapas de aço carbono.
Placa de identificação, em alumínio, informando: capacidade de carga, modelo
e nº. de série.
Acabamento: Raspagem de rebarbas e respingos de solda, limpeza da
estrutura com desengraxantes.
Pintura da Estrutura: Duas demãos de esmalte sintético na cor laranja
segurança. 2,5 YR 6/14 (09.014).
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DA MESA ELEVADORA
CAPACIDADE DE CARGA MÁXIMA DISTRIBUÍDA 1.000 kg
ALTURA DA PLATAFORMA ELEVADA (acima do centro giratório) 900 mm
ALTURA DA PLATAFORMA ABAIXADA (acima do centro
giratório) 190 mm
DIFERENÇA DE ALTURA (entre centro giratório e plataforma
envolvente) exceto quando totalmente abaixada (quando abaixada
= 0 mm)
5 mm
PERCURSO ÚTIL DE ELEVAÇÃO 710 mm
COMPRIMENTO DA PLATAFORMA 1.700 mm
LARGURA DA PLATAFORMA 1.700 mm
VELOCIDADE ASCENSIONAL E DE DESCIDA ESTIMADA 3 m/min
NÍVEL DE RUÍDO 85 dB
PESO APROXIMADO DO CONJUNTO 800 kg
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 71
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO CENTRO GIRATÓRIO
CAPACIDADE DE CARGA MÁXIMA DISTRIBUÍDA 1.000 kg
DIÂMETRO DA PLATAFORMA 1.500 mm
Figura 59 - Mesa Pantográfica e giratória (Fonte: Catálogo da AEROQUIP, 2011).
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 72
4.3. Sistema de Segurança
A chave magnética escolhida para o sistema de segurança da porta do
Massageador Hidráulico para produtos aglutinantes em “Big Bag” é do modelo
da Siemens SIRIUS, conforme descrita no item 3.5.1.
O relé de segurança escolhido para compor o nosso sistema de segurança da
porta do Massageador Hidráulico para produtos aglutinantes em “Big Bag” é do
modelo da Siemens SIRIUS 3TK28 conforme item 3.5.2.
O botão de parada de emergência escolhido para compor o nosso sistema de
segurança da porta do Massageador Hidráulico para produtos aglutinantes em
“Big Bag” é do modelo da Siemens 3SB3000-1HA20, conforme item 3.5.3.
4.4. Sistema Elétrico-Hidráulico
O sistema elétrico-hidráulico será constituído dos elementos abaixo elencados
e já descritos no item 3.
• Unidade Hidráulica
• Bomba de engrenagem (H25 Parker)
• Válvula Direcional 4/2 vias
• Válvula Redutora de Pressão
• Cilindro Atuadores (TB Parker) (2)
• Chave Fim de Curso
• Botoeira
• Relés
• Motor Elétrico (7,5 cv)
• Reservatório (60 L)
• Filtro
• Tubulação
• Fluido Hidráulico (Óleo)
• Sensor de proximidade
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 73
5. Resultados
5.1. Princípio de funcionamento do massageador de "Big Bag"
O operador da empilhadeira deposita o "Big Bag" na mesa giratória dentro da
célula hidráulica, o operado da Célula Hidráulica fecha as portas de seguranças
assim liberando o sistema para a partida, após iniciado os cilindros hidráulicos
fazem a primeira compressão no topo do "Big Bag" que após isso faz um giro
de 90° e novamente os pistões fazem a massagem, a mesa giratória e
pantográfica entra novamente em ação e sobe o "Big Bag" ate a altura
necessária para os cilindros massagearem o meio do "Big Bag" e repete o ciclo
de massagem e giro a 90°, mais uma vez a mesa sobe e assim os cilindros
podem fazer sua ultima etapa de massageamento na extremidade inferior do
"Big Bag", tempo total estimado é de 60 segundo por "Big Bag", após isso o
material está liberado para ir para o Descarregador de "Big Bag" para ser
manufaturado pelo cliente.
5.2. Estrutura Metálica
5.2.1. Cálculos da Estrutura Metálica
• Dimensões da Estrutura:
Comprimento = 2,2 m
Altura = 3,0 m
Força Aplicada na Lateral da Estrutura Pelos Pistões Hidráulicos:
Onde:
d = m/v
d= 1093 Kg/m3
v= 1,35 m3
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 74
m=1093 x 1,35
m=1475,55 Kg
F=m.a
a= 9,8 m/s
F= 1475,55 x 9,8
F= 14460,39 N
Fator de segurança adotado = 1,5 (Fonte: Elementos de Máquina;
Vieira Jr, Alberto)
Força Máxima Aplicada nas Laterais da Estrutura será:
F= 22.000 N
• Estrutura Plana:
Estudos feitos no Programa FTOOL
Figura 60 - Estrutura (FTOOL)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 75
Figura 61 - Reações na Estrutura (FTOOL)
Figura 62 - Diagrama de Forças Cortantes (FTOOL)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 76
Figura 63 - Diagrama de Momento Fletor (FTOOL)
Figura 64 - Diagrama de Flexão (FTOOL)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 77
• Material
Material escolhido para a estrutura foi o Aço 1020 trefilado, com as
seguintes características e conforme a Figura 65:
E (módulo de elasticidade longitudinal) = 210.000 MPa
γ (peso especifico) = 78,5 N/dm3
α (coeficiente de dilatação térmica linear) = 12.10-6/°C
σr (limite de resistência) = 420 MPa
σe (limite de escoamento) = 270 Mpa
σadm (Tensão Admissível) = 140 MPa
Figura 65 - Perfil "I" (FTOOL)
d=2,2 m
b=3 m
h=1,4 m
tw=0,4 m
tf=0,4 m
I=1,38.1012 mm4
A=2,22E6 mm2
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 78
5.3. Unidade Hidráulica
Conforme determinada no item 5.2, a Força necessária para utilização no
equipamento, temos:
F = 22.000 N
Área do Pistão Hidráulico = 31,7 cm2
Diâmetro do Cilindro Hidráulico = 63,5 mm
Pressão necessária para a aplicação desta força = 70 Bar
Vazão necessária da Bomba = 14,9 L/min
Velocidade da Haste = 7,9 m/min
Tipo Quantidade Comprimento (m) Leq Trecho reto horizontal - 1 1
Trecho reto vertical - 1,5 1,5 Válvula Direcional 1 0,8 0,8
Válvula redutora de pressão 1 0,3 0,3
Cotovelo 90° 2 0,35 0,7 Válvula gaveta 1 0,61 0,61
Comprimento equivalente 4,91 Tabela 4 - Perda de carga da tubulação do sistema hidráulico
∆p= f . 𝐿𝐷 . 𝑉
2
2.𝑔
∆p = 0,018 . (4,91/0,0635). ((0,1316)2/(2.9,8))
∆p = 0,0012m
Onde:
∆p = Perda de Pressão
L = Comprimento Equivalente da Tubulação (4,91m)
D = Diâmetro Interno da Tubulação (3/8 pol)
V = Velocidade media do Refrigerante (0,1316 m/s)
g = Aceleração da gravidade (9,8 m/s2)
f = Fator de Fricção (Óleo = 0,018)
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 79
Com a determinação da força, utilizamos as Tabelas 5 e 6 para o
dimensionamento dos componentes da unidade hidráulica.
Tabela 5 - Dimensionamento da Unidade Hidráulica (Fonte: Parker, 1986)
Tabela 6 - Dimensionamento da Bomba e do Motor Elétrico (Fonte: Parker, 1986)
5.4. Projeto Eletro-Hidráulico
• Lógica e comando
A Figura 66 mostra o circuito eletro-hidráulico do equipamento:
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 80
Figura 66 - Circuito eletro-hidráulico do equipamento (Festo FluidSim 3.6)
O diagrama da Figura 67 representa o funcionamento desse circuito.
Seu ciclo de funcionamento é:
1- O operador aciona o botão manual S0 fechando o seu contato;
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 81
2- O relé K1 é energizado e fecha o seu contato;
3- O solenoide Y1 é acionado, atuando a válvula de controle direcional;
4- Os atuadores são acionados e avançam, massageando o big-bag;
5- Na posição avançada, os atuadores acionam a chave de fim de curso
S1, que fecha um de seus contatos enquanto abre o outro;
6- O contato aberto de S1 abre também o contato do Relé K1 e desliga o
solenoide Y1. O contato fechado de S1 energiza o Relé K2 e fecha o seu
contato;
7- O solenoide Y2 é acionado, atuando a válvula de controle direcional;
8- Os atuadores são então recuados.
De forma mais simples, a lógica dos atuadores é mostrada no diagrama
trajeto-passo da Figura 68.
Os atuadores hidráulicos massageiam o big-bag ao mesmo tempo. A
mesa giratória é acionada após o retorno dos atuadores.
A comprovação da lógica de funcionamento foi realizada no programa
Festo FluidSim 3.6.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 82
Figura 67 - Diagrama de funcionamento do circuito eletro-hidráulico (Festo FluidSim 3.6)
Figura 68 - Diagrama trajeto-passo (Festo FluidSim 3.6)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
mm20406080
100
Double acting cylinder
mm20406080
100
Double acting cylinder
1
Pushbutton (make) S0
1
Break switch S1
1
Make switch K1
1
Make switch S1
1
Make switch K2
Component Description Designation
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 83
6. Conclusão
Através do presente trabalho tem-se o entendimento de que seja plenamente
possível a confecção de um massageador de "Big Bag" conforme apresentado.
Como no Brasil não existe um equipamento suficientemente capaz para
realizar o trabalho necessário de massageamento de "Big Bags", este
massageador apresentado por este trabalho terá grande utilidade na indústria
brasileira.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag" 84
7. Referências Bibliográficas
AEROQUIP, Catálogo, 2011.
ANFAVEA, Apresentação, 2011.
F.I.B.C. DISCHARGE STATION, Manual Técnico, Empresa Gericke, ed. 2011.
FLUIPRESS, Manual técnico, 2010
HIBBELER, R.C., Resistência dos materiais. 7 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENGENHARIA AUTOMOTIVA (AEA), Gilberto Leal, Seminário: Ações para atendimento aos novos limites de emissões PROCONVE - Fase P7 - O uso do ARLA 32 -, Hotel Holliday Inn, São Paulo, 2009.
PARKER, Catálogo: Unidades Hidráulicas, 1986.
Portal de Ensino de Ciência/USP, www.cienciamao.usp.br, acessado em 05/06/2012.
RANCINE, Manual, ed. 1981.
REXROTH, Manual de treinamento hidráulico, 2010.
SENAI, Apostila, Tecnologia hidráulica de comando, 2008
VICKERS, Catálogo, 1983
VIEIRA JR, Alberto, Elementos de Máquinas, 6 ed. São Paulo: Érica, 2005.
WEG MOTORES, Catálogo, 2011.
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag"
Anexo I
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag"
Anexo II
TCC - Massageador hidráulico para produtos aglutinantes em "Big Bag"
Anexo III
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