TCC_Final

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.


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.


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.


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.


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


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


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


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


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


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 .........................................


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.


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.


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.


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


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.


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.


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)


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.


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)


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)


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


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.


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)


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)


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)


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)


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)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletromagnetismo�

http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a�

http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica�


http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico�

http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_de_Lorentz�


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)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada�

http://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada�

http://pt.wikipedia.org/wiki/P%C3%B3lo_norte�


http://pt.wikipedia.org/wiki/Campo�


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


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.


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)


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.


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,


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)


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)


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)


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.


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.


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


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.


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.


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.


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.


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).


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.


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


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


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


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


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)


• 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)


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)


• 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.


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.


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.


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.


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)


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


Tabela 3 – Constantes a, b e c para alguns materiais (Fonte: Hibbeler, 2009)

Figura 48 – Parábola de Telemaco e Tetmajer (Fonte: Hibbeler, 2009)


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


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)


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.


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.


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


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.


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


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)


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.


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.


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


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).


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


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


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)


Figura 61 - Reações na Estrutura (FTOOL)

Figura 62 - Diagrama de Forças Cortantes (FTOOL)


Figura 63 - Diagrama de Momento Fletor (FTOOL)

Figura 64 - Diagrama de Flexão (FTOOL)


• 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


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)


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:


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;


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.


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


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.


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


Anexo II


Anexo III

Documents

TCC_Final