UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA RELATÓRIO ESTÁGIO SUPERVISIONADO

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.


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.


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.



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 -


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.


O valor da resistência à ruptura do parafuso já está incluso com o fator de

segurança.


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.


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


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

20

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.


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.

22

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.


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.

23

Figura 9 – Simulação e análise das tensões na viga sem mão francesa.


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.


24

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.


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.

25

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.

26

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.

2015, 20:42:33.

CABLEMAX – Cabos de aço. Disponível em:

<http://www.cabosdeacocablemax.com.br/tabela-de-cabos-de-aco.html>. Acesso

em: 15 abr. 2015, 15:28:15.

http://www.crea-rn.org.br/

http://www.cabosdeacocablemax.com.br/tabela-de-cabos-de-aco.html

Documents

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA RELATÓRIO ESTÁGIO SUPERVISIONADO