Grua
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Atividade Prática Supervisionada (APS)
CONSTRUÇÃO DE UM GUINDASTE (GRUA)
Engenharia em Controle de Automação (Mecatrônica)
UNIP
Tatuapé
2013
UNIP
Engenharia em Controle de Automação (Mecatrônica)
Nome: Diego Ferreira Santos RA: B142DC - 5
Turma: EA5P33 Data: 10/11/2013
Nome: Karina Yoko Makiyama RA: B058AD - 0
Turma: EA6P33 Data: 10/11/2013
Nome: Marcelo da Silva Sobral RA: A5242J - 8
Turma: EA6P33 Data: 10/11/2013
Nome: Reginaldo Argemiro Ferreira dos Santos RA: A824EE - 9
Turma: EA6P33 Data: 10/11/2013
CONSTRUÇÃO DE UM GUINDASTE (GRUA)
Como matéria complementar do curso de engenharia, foi determinada a pesquisa, elaboração e construção de uma grua, a fim de mostrar praticamente a aplicação dos conceitos do curso de engenharia nos setores industriais. Este relatório abordará um equipamento de suspensão de cargas, a grua. O grupo dimensionará uma treliça para sustentar uma carga pré-determinada.
São Paulo
2013
“O único lugar onde sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.”
Albert Einstein
SUMÁRIO
I. INTRODUÇÃO 8
1.1 Talha Elétrica 8
1.2 Vigas 9
1.4 Tratamento, pintura, proteção e aços 18
1.5 CSI Bridge 22
II. OBJETIVO 23
III. CRONOGRAMA 24
IV. DESENVOLVIMENTO 25
V. CONCLUSÃO 43
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 44
ANEXOS 45
Resumo:
Guindaste
Um guindaste, também conhecido como grua ou como guincho, nada mais é do que uma máquina usada para erguer e carregar materiais.
Este tipo de máquina é normalmente constituída por uma torre e uma lança, equipadas com cabos e roldanas, usadas para a movimentação de materiais. Seu uso se dá nos mais diversos tipos de indústria, indo desde a construção civil à fabricação de equipamentos pesados passando pela movimentação de carga nos portos marítimos.
Abstract:
Electric Hoist
Electric hoist is a device powered by electricity used to lift, lower and even move heavy or difficult locomotion. Its main function is to relieve tension and prevent possible injury to any person who needs to lift a heavy object, or in situations where the object is simply too heavy to be lifted by a human without help.
I. INTRODUÇÃO
1.1 Talha Elétrica
Inicialmente, a talha é anexada a uma estrutura sólida de suporte de carga, como um portal móvel, guindaste de lança ou viga de aço ou mesmo apenas a um gancho robusto preso com firmeza. Depois de presa, a talha do sistema de cadeia pode ser abaixada ao se utilizar o teclado de controle perto do item que será levantado que é, então, fixado na carga; mas, se necessário, uma corrente ou suspensório podem ser usados e encontrados próximos ao centro de gravidade do objeto, o que assegura uma suspensão equilibrada e resistente. O sling (suspensório) é ligado ao gancho da cadeia de talhas e então o item está pronto para ser levantado lentamente, até que se tenha certeza de sua estabilidade.
A maioria das talhas elétricas incorpora algum tipo de mecanismo de segurança para evitar o deslizamento de cargas e sobrecarga, o que pode ser extremamente perigoso. Talhas geralmente trabalham com um sistema de embreagem, o que permite que a cadeia entre em um torque programado que impede qualquer sobrecarga. Em algumas talhas elétricas, o limite de sobrecarga é operado através da cadeia mecanicamente envolvida com um mecanismo interruptor. Talhas mais modernas têm interruptores de segurança que cortam automaticamente a energia, se houver algum problema com o sistema.
Há várias razões para usar uma talha elétrica. A principal é a segurança, pois esse equipamento pode reduzir extremamente o risco de lesões, devido ao fato de que é o elevador que leva todo o peso, e não o indivíduo. São notórios os problemas de segurança do trabalho decorrentes da elevação ou movimentação de objetos pesados ou até leves.
Isso nos leva à próxima vantagem de eficiência de custos. Talhas elétricas são economicamente eficientes porque, em primeiro lugar, conseguem sustentar objetos que precisariam de 3, 4 ou mais homens para levantar, reduzindo a mão de obra necessária. Em segundo lugar, com a redução de lesões, há menos ausências e licenças médicas entre os funcionários.
Se a talha elétrica recebe cuidados de manutenção, então ela deve ter uma excelente vida útil. Os problemas são facilmente reparados. Faça testes a cada 6 a 12 meses e inspeções conduzidas por um engenheiro qualificado para garantir sua segurança na hora da utilização.
1.2 Vigas
Quando dispomos de um elemento estrutural projetado para suportar diversas cargas em sua extensão, este elemento recebe o nome de viga. Estas vigas são normalmente sujeitas a cargas dispostas verticalmente, o que resultará em esforços de cisalhamento e flexão. Quando cargas não verticais são aplicadas a estrutura, surgirão forças axiais, o que tornará mais complexa a análise estrutural.
Vigas normalmente são barras retas e prismáticas, o que ocasiona maior resistência ao cisalhamento e flexão.
Quando se efetua o dimensionamento de uma viga, seja ela de qualquer material como aço, madeira, concreto, duas fases são definidas distintamente. A primeira fase é o cálculo dos esforços da estrutura, ou seja, o cálculo de momentos fletores e forças cortantes, ao qual a viga esta submetida aos vários tipos de carregamento. A segunda fase é o dimensionamento da peça propriamente dito, onde é verificada qual as dimensões necessárias da peça estrutural, que irá resistir aos esforços solicitados.
Tipos de Carregamento
Uma viga pode estar submetida a cargas concentradas, a cargas distribuídas ou combinação de ambas. Quando se trabalha com cargas distribuídas, pode-se substituí-la por uma carga concentrada, e assim facilitar bastante os demais cálculos.
- Carga Concentrada
Este carregamento corresponde a aplicação de uma carga em um único ponto sobre a estrutura, sendo geralmente representado em quilograma-força (kgf) ou Newton (N).
- Carga Distribuída
Este carregamento corresponde à aplicação de uma carga por unidade de comprimento, geralmente representado em quilograma força por metro (kgf/m) ou Newton por centímetro (N/cm).
Quando a carga por unidade de comprimento possui valor constante, é atribuído o nome de carga uniformemente distribuída.
Exemplo de Carga Uniformemente Distribuída
Tipos de Vinculações
Um vínculo é qualquer condição que restringe a possibilidade de deslocamento de um ponto do elemento ligado ao vínculo. O deslocamento de um ponto do elemento é determinado através das componentes segundo os eixos cartesianos ortogonais. As translações podem ser horizontais ou verticais e a rotação ocorre em torno do eixo perpendicular ao plano considerado.
As vinculações podem ser internos, também chamados de ligações internas, ou então externos, também chamados de apoios. A seguir serão apresentados alguns tipos principais de apoios, por ser de fundamental importância para a compreensão de esforços em vigas. As demais vinculações serão vistas adiante.
Apoios (Vínculos Externos)
Apoio Articulado Móvel (Apoio Simples)
Este tipo de apoio restringe apenas uma translação, e a reação tem direção perpendicular ao plano de rolamento.
Apoio Articulado Fixo (Articulação)
Este tipo de apoio impede as duas translações no plano, e a direção da reação R é indeterminada, sendo comum a utilização de duas componentes, horizontal e vertical.
Apoio Engastado (Apoio de Engastamento Perfeito)
Este tipo de apoio impede todos os movimentos no plano, surgindo então três reações de apoio: a vertical (V), a horizontal (H) e momento (M).
Tipos de Vigas
Viga Bi-apoiada
Consiste de uma viga apoiada em dois apoios articulados, sendo um fixo e o outro móvel.
Viga em balanço
Consiste de uma viga que possui um apoio engastado, não sendo livre a sua rotação.
Viga com extremidade em balanço
Consiste de uma viga com extremidade em balanço, sendo articulada em um apoio fixo e um apoio móvel.
Convenção de Sinais
Para o cálculo de esforços internos a uma determinada estrutura, como será visto adiante, é necessário estabelecer uma convenção de sinais para cada parte da viga em análise.
Positivo
Cálculo de Momento Fletor e Força Cortante em uma viga submetida a uma carga concentrada
Como exemplo, usaremos uma viga bi-apoiada de comprimento L, submetida a uma carga concentrada P, distante a e b dos apoios. Embora seja usada uma viga bi-apoiada, o entendimento pode se extendido para qualquer tipo de viga, e qualquer quantidade de forças aplicadas.
Diagrama de Corpo Livre
O primeiro passo é o cálculo das reações de apoio Ra e Rb, que são obtidos através do somatório dos momentos iguais a zero(corpo em equilíbrio) nos pontos A e B.
Ra = P.b/L
Rb = P.a/L
Para determinarmos por exemplo as forças internas em um ponto genérico C, uma maneira simples é primeiro desenharmos o diagrama de corpo livre da parte a ser estudada.
Diagrama de Corpo Livre (Esquerda do ponto C)
Diagrama de Corpo Livre (Direita do ponto C)
Cálculo da força cortante em C.
Com as reações já calculadas e analisando a figura, podemos facilmente encontrar o valor da força cortante no ponto C, através do somatório das forças verticais.
Como o ponto C, considerado para o cálculo dos esforços é exatamente o ponto de aplicação de uma força concentrada, teremos dois valores diferentes de força cortante, um a esquerda carga, ou seja, sem a aplicação da carga P, e outra a direita, considerando a aplicação da carga P. Isto acontece porque o diagrama de forças cortantes ao passar no ponto onde existe uma carga concentrada, sofre uma descontinuidade, como será visto adiante, no diagrama.
Qesq C = Ra
Qdir C = Ra - P
Para o cálculo dos demais esforços cortantes ao longo da viga, procede-se com mesmo raciocínio.
Cálculo do Momento Fletor em C
Para o cálculo das forças cortantes em um determinado ponto, efetuou-se o somatório das forças verticais de um corpo. Para o cálculo do momento fletor, procede de maneira análoga, porém faz-se o somatório dos momentos no ponto considerado, neste caso, o ponto C.
MC = Ra.a
Para o cálculo dos demais momentos ao longo da viga, procede-se com mesmo raciocínio.
Diagrama de Momento Fletor e Força Cortante em uma viga submetida a uma carga concentrada
Se fosse calculados esforços de momento e força cortante em infinitas seções da viga em análise e após isso fosse traçado diagramas com esses valores, teríamos então representados os diagramas de momento fletor e força cortante da viga em análise. Na realidade não são efetuados infinitas seções, e sim algumas seções em locais apropriados, que permitam representam em sua totalidade os diagramas.
Para o traçado do diagrama, é usual, adotar-se para o diagrama de forças cortantes, positivo para cima e negativo para baixo, e o diagrama de momentos, positivo para baixo e negativo para cima, de maneira a salientar a tendência de flexão da viga.
Tendo como exemplo uma viga bi-apoiada de comprimento L, submetida a uma carga concentrada, distanciada de a do apoio da esquerda, temos as seguintes equações para o traçado do diagrama:
Força Cortante
1) Para x variando entre 0 e a
Q = Ra
2) Para x variando entre a e L
Q = Ra - P = Rb
Momento Fletor
1) Para x variando entre 0 e a
M = Ra.x
2) Para x variando entre a e L
M = Ra.x - (x - a). P
Momento Fletor Máximo
O momento fletor máximo ocorre no ponto onde temos a carga concentrada, então:
Mmáx = Ra.a - (a - a ).P = Ra.a = (P . b / L).a = P.a.b/L
Diagrama
Quando uma viga suporta muitas cargas, o método de se fazer várias seções ao longo da barra, pode se tornar muito complicado. A construção do diagrama de força cortante e principalmente o de momento fletor pode ser bastante simplificado se determinadas relações entre os diagramas de força cortante e momento fletor forem considerados.
Através de algumas deduções matemáticas, podemos chegar a seguinte conclusão:
A derivada do momento fletor em relação a x é igual ao esforço cortante. Com isso, basta simplesmente determinar as equações de qualquer um dos dois esforços, e através de simples derivação ou integração, podemos encontrar facilmente o outro esforço.
Tipos de vigas para construção e as suas utilizações
As vigas para construção são um elemento importante de diferentes tipos de projeto de construção, seja residencial, comercial ou público. Elas fornecem o apoio para pavimentos e tetos e têm diversas formas. Os construtores amadores são aconselhados a consultar um engenheiro de estruturas para ajudá-los a decidir que tipo de viga deve usar no seu projeto. Contudo, pode ser útil possuir um conhecimento geral dos tipos de vigas que existem.
Vigas de aço em I
O tipo de viga para construção mais conhecido é a viga em I, assim chamada por causa da sua forma quando vista de lado, lembrando a letra "I" maiúscula. Essas vigas são normalmente usadas na construção comercial, desde os arranha-céus a estádios de futebol, mas também podem ser usadas na construção residencial.
Caibros
Os caibros servem de apoio para outras vigas de suporte na construção residencial. As outras vigas ramificam-se a partir do caibro no mesmo ângulo. Os caibros são elementos cruciais da maioria dos telhados das casas.
Viga "Flitch"
A viga "flitch" é uma combinação de camadas de madeira e metal, normalmente aço, dispostas umas em cima das outras. As partes de madeira permitem que as vigas sejam pregadas às outras estruturas, enquanto que as partes metálicas lhes dão mais força e capacidade de suportar peso. Outra vantagem dessas vigas é que são mais baratas que as vigas construídas só de metal.
Vigas de madeira laminada
As vigas de madeira laminada são feitas colocando-se várias peças de madeira umas em cima das outras. Essa madeira tem quase sempre pelo menos 5 cm de espessura. Esse tipo de viga é muito usado nos edifícios públicos.
Vigas de madeira laminada colada
Estas vigas são semelhantes em conceito com as vigas de madeira laminada. São feitas de peças de compensado com cerca de 4,5cm de espessura. São, às vezes, usadas para suportar as paredes exteriores dos edifícios.
Vigas caixa
As vigas caixa são feitas pegando num pedaço de compensado e pregando e/ou colando dois pedaços de madeira de 2 por 4 ou 2 por 6, criando, no fundo, uma estrutura longa em forma de caixa.
Vigas de madeira
As vigas de madeira são a forma mais básica e antiga de viga que existe. Elas são simplesmente feitas de um tronco ou de uma árvore cortada, e são usadas nas casas de madeira tradicionais bem como em construções do tipo "post-and-beam".
Vigas Cantiléver
As vigas Cantiléver são usadas em janelas salientes, pontes e varandas. Elas conseguem redistribuir o peso de qualquer que seja a estrutura que estão sustentando para as principais vigas estruturais da casa ou edifício a que estão ligadas.
1.3 Laminação
É o processo de conformação mecânica que consiste em modificar a seção transversal de um metal na forma de barra, lingote, placa, fio, ou tira, etc., pela passagem entre dois cilindros com geratriz retilínea (laminação de produtos planos) ou contendo canais entalhados de forma mais ou menos complexa (laminação de produtos não planos), sendo que a distância entre os dois cilindros deve ser menor que a espessura inicial da peça metálica.
Usos – vantagens: É o processo de transformação mecânica de metais mais utilizado, pois, apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso.
Esforços envolvidos - na laminação o material é submetido a tensões compressivas elevadas, resultantes da ação de prensagem dos rolos e a tensões cisalhantes superficiais, resultantes do atrito entre os rolos e o material. As forças de atrito são também responsáveis pelo ato de "puxar" o metal para dentro dos cilindros.
Etapas - A redução ou desbaste inicial dos lingotes em blocos, tarugos ou placas é realizada normalmente por laminação a quente. Depois dessa fase segue-se uma nova etapa de laminação a quente para transformar o produto em chapas grossas, tiras a quente, vergalhões, barras, tubos, trilhos ou perfis estruturais. A laminação a frio que ocorre após a laminação de tiras a quente produz tiras a frio de excelente acabamento superficial, com boas propriedades mecânicas e controle dimensional do produto final bastante rigoroso.
1 - Laminadores
Um laminador consiste basicamente de cilindros (ou rolos), mancais, uma carcaça chamada de gaiola ou quadro para fixar estas partes e um motor para fornecer potência aos cilindros e controlar a velocidade de rotação. As forças envolvidas na laminação podem facilmente atingir milhares de toneladas, portanto é necessária uma construção bastante rígida, além de motores muito potentes para fornecer a potência necessária. O custo, portanto de uma moderna instalação de laminação é da ordem de milhões de dólares e consome-se muitas horas de projetos uma vez que esses requisitos são multiplicados para as sucessivas cadeiras de laminação contínua (“tandem mill”).
Utilizam-se variadas disposições de cilindros na laminação, o mais simples é constituído por dois cilindros de eixo horizontais, colocados verticalmente um sobre o outro. Este equipamento é chamado de laminador duo e pode ser reversível ou não. Nos duos não reversíveis, figura (a), o sentido do giro dos cilindros não pode ser invertido e o material só pode ser laminado em um sentido. Nos reversíveis, figura (b), a inversão da rotação dos cilindros permite que a laminação ocorra nos dois sentidos de passagem entre os rolos. No laminador trio, figura (c), os cilindros sempre giram no mesmo sentido. Porém, o material pode ser laminado nos dois sentidos, passando-o alternadamente entre o cilindro superior e o intermediário e entre o intermediário e o inferior.
À medida que se laminam materiais cada vez mais finos, há interesse em utilizar cilindros de trabalho de pequeno diâmetro. Estes cilindros podem fletir, e devem ser apoiada por cilindros de encosto (apoio), figura (d). Este tipo de laminador denomina-se quádruo, podendo ser reversível ou não. Quando os cilindros de trabalho são muito finos, podem fletir tanto na direção vertical quanto na horizontal e devem ser apoiados em ambas as direções; um laminador que permite estes apoios é o Sendzimir, figura (e). Um outro laminador muito utilizado é o universal, que dispõe de dois pares de cilindros de trabalho, com eixos verticais e horizontais, figura (f). Existem outros tipos de laminadores mais especializados, como o planetário, “passo peregrino”, Mannesmann, de bolas, etc.
A figura da esquerda abaixo mostra uma vista esquemática de um laminador duo, constituído por um quadro, dois cilindros de trabalho e os mancais nos quais giram os cilindros. Neste laminador o cilindro inferior é fixo e o cilindro superior pode mover-se, durante a operação, através de um sistema de parafusos. Este movimento também pode ter acionamento hidráulico.
Os quadros são construídos de aço ou ferro fundido e podem ser do tipo aberto ou fechado. O quadro fechado é constituído por uma peça inteiriça e os cilindros devem ser colocados ou retirados por um movimento paralelo ao seu eixo. A parte superior do quadro aberto é removível e denomina-se chapéu; neste caso, os cilindros são retirados por um movimento vertical, após a remoção do chapéu, figura da direita. O quadro fechado é mais resistente que o aberto, mas apresenta maiores problemas para troca de cilindros.
Os cilindros de laminação são de aço fundido ou forjado, ou de ferro fundido, coquilhados ou não; compõem-se de três partes, figura abaixo: a mesa, onde se realiza a laminação, e pode ser lisa ou com canais; os pescoços, onde se encaixam os mancais; os trevos ou garfos de acionamento. Os cilindros são aquecidos pelo material laminado a quente e é de grande importância um resfriamento adequado deles, usualmente através de jatos de água.
Os mancais dos cilindros servem de apoio a estes cilindros; eventuais deformações destas peças provocariam variações dimensionais nos produtos, o que é altamente indesejável. Três tipos de mancais são usados em laminadores: mancais de fricção, onde o pescoço gira sobre casquilhos de bronze, madeira, etc., devidamente lubrificados; mancais de rolamento; mancais a filme de óleo sob pressão (tipo “Morgoil”).
2 – Laminação a quente:
Etapa inicial do processo de laminação no qual o material é aquecido a uma temperatura elevada (no caso de aços inicia entre 1100 e 1300ºC e termina entre 700 e 900ºC, porém no caso de não-ferrosos estas temperaturas normalmente são bem mais baixas) para que seja realizado o chamado desbaste dos lingotes ou placas fundidas. O processo transcorre da seguinte forma:
1- Uma placa (matéria-prima inicial), cujo peso varia de alguns quilos até 15 toneladas são produzidas na refusão, por meio de fundição semicontínua, em molde com seção transversal retangular. (Este tipo de fundição assegura a solidificação rápida e estrutura metalúrgica homogênea). A placa pode sofrer uma usinagem superficial (faceamento) para remoção da camada de óxido de alumínio, dos grãos colunares (primeiro material solidificado) e das impurezas provenientes da fundição. Os produtos desta etapa são blocos ou placas.
2- Posteriormente, a placa é aquecida até tornar-se semiplástica.
3- A laminação a quente se processa em laminadores reversíveis duplos (dois cilindros) ou quádruplos (dois cilindros de trabalho e dois de apoio ou encosto).
4- O material laminado é deslocado, a cada passada, por entre os cilindros, sendo que a abertura dos mesmos define a espessura do passe. A redução da espessura por passe é de aproximadamente 50% e depende da dureza da liga que está sendo laminada. No último passe de laminação, o material apresenta-se com espessura ao redor de 6 mm, sendo enrolado ou cortado em chapas planas, constituindo-se na matéria-prima para o processo de laminação a frio.
Quando o aço é lingotado convencionalmente, a primeira operação de laminação ocorre em um laminador desbastador (“blooming”, “slabbing mill”), que é usualmente um duo reversível cuja distância entre os rolos pode ser variada durante a operação. Na operação de desbaste utilizam-se também laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto. Os produtos desta etapa são blocos (“blooms”, seção quadrada) ou placas (“slab”, seção retangular).
As placas são laminadas até chapas grossas (material mais espesso) ou tiras a quente. Na laminação de chapas grossas utilizam-se laminadores duos ou quádruos reversíveis, sendo este último o mais utilizado. Na laminação de tiras, comumente utilizam laminadores duos ou quádruos reversíveis numa etapa preparadora e um trem contínuo de laminadores quádruos. A figura abaixo mostra esquematicamente um trem contínuo de laminação. O material, após a laminação é então, bobinado a quente, decapado e oleado indo a seguir para o mercado ou para a laminação a frio.
Deve-se observar que, com o lingotamento contínuo, produzem-se placas e tarugos diretamente da máquina de lingotar, evitando-se uma série de operações de laminação, em especial a laminação desbastadora.
As indústrias de transformação de não ferrosos operam com uma diversidade muito grande de produtos, portanto os equipamentos utilizados na laminação a quente desses materiais são muito menos especializados do que os empregados na laminação a quente de aços. Os lingotes de materiais não ferrosos são menores e as tensões de escoamento são normalmente mais baixas do que as dos materiais ferrosos, o que permite o uso de laminadores de pequeno porte. Laminadores duos ou trios são normalmente usados para a maioria dos metais não ferrosos na laminação a quente, entretanto, laminadores quádruos contínuos são usados para as ligas de alumínio. A seguir tem-se um trem contínuo de laminação a quente.
3 – Laminação a frio:
Etapa final do processo de laminação que tem por objetivo o acabamento do metal, no qual o mesmo, inicialmente recebido da laminação a quente como chapa grossa, tem sua espessura reduzida para valores bem menores, normalmente à temperatura ambiente.
A laminação a frio é empregada para produzir folhas e tiras com acabamento superficial e com tolerâncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras produzidas por laminação a quente. Além disso, o encruamento resultante da redução a frio pode ser aproveitado para dar maior resistência ao produto final. Os materiais de partida para a produção de tiras de aço laminadas a frio são as bobinas a quente decapadas. A laminação a frio de metais não ferrosos pode ser realizada a partir de tiras a quente ou, como no caso de certas ligas de cobre, diretamente de peças fundidas. Trens de laminadores quádruos de alta velocidade com três a cinco cadeiras são utilizados para a laminação a frio do aço, alumínio e ligas de cobre. Normalmente esses trens de laminação são concebidos para terem tração avante e a ré. A laminação contínua tem alta capacidade de produção, o que resulta num custo de produção baixo. A redução total atingida por laminação a frio geralmente varia de 50 a 90%. Quando se estabelece o grau de redução em cada passe ou em cada cadeira de laminação, deseja-se uma distribuição tão uniforme quanto possível nos diversos passes sem haver uma queda acentuada em relação à redução máxima em cada passe. Normalmente, a porcentagem de redução menor é feita no último passe para permitir um melhor controle do aplainamento, bitola e acabamento superficial. A eliminação do limite de escoamento descontínuo nas tiras de aço recozido é um problema prático muito importante, pois a ocorrência deste fenômeno provoca uma deformação heterogênea em posterior processamento (linhas de Lüders). Isto é devido ao alongamento descontínuo do limite de escoamento. A prática normal é dar uma pequena redução final a frio no aço recozido, chamada de passe de encruamento superficial, que elimina o alongamento descontínuo do limite de escoamento. Esse passe de acabamento também resulta numa melhora da qualidade superficial e controle dimensional. Outros métodos podem ser utilizados na melhoria do controle dimensional das tiras ou folhas laminadas, entre estes estão o aplainamento por rolos e o desempeno por tração.
4 – Laminação de barras e perfis:
Barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais como: vigas em I, calhas e trilhos são produzidos em grande quantidade por laminação a quente com cilindros ranhurados, conforme mostrado abaixo.
A laminação de barras e perfis difere da laminação de planos, pois a seção transversal do metal é reduzida em duas direções. Entretanto, em cada passe o metal é normalmente comprimido somente em uma direção. No passe subsequente o material é girado de 90o. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminação a quente de barras do que na laminação a frio de folhas, o cálculo da tolerância necessária para a expansão é um problema importante no planejamento dos passes para barras e perfis. Um método típico para reduzir um tarugo quadrado numa barra é alternando-se passes através de ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais é muito mais complexo e requer bastante experiência.
A maioria dos laminadores de barras é equipada com guias para conduzir o tarugo para as ranhuras e repetidores para inverter a direção da barra e conduzi-la para o próximo passe. Os laminadores desse tipo podem ser normalmente duos ou trios. A instalação comum para a produção de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira formadora e uma cadeira de acabamento.
5 – Aplicações
Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como transportes (rodas, carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos, etc.).
1.4 Tratamento, pintura, proteção e aços
I – TRATAMENTO SUPERFICIAL DO AÇO:
PROCESSO UTILIZADO:
Spray pressurizado aquecido e envolvente de alta pressão.
FUNÇÕES:
Remover todas as impurezas da superfície da peça como óleos, graxas, poeira, etc.
Formar na superfície do metal uma película aderente e que propicia uma excelente ancoragem para a tinta.
Na hipótese de ocorrer um risco que remova a camada de tinta, expondo o substrato, a oxidação nesta região da peça é inevitável, pois o metal base foi exposto. Nesta situação o tratamento da superfície é importante para retardar o alastramento da oxidação por baixo do filme de tinta adjacente à área afetada.
ETAPAS:
a) Desengraxe:
Desengraxante aquecido, biodegradável de caráter ácido. É aspergido sobre a superfície das peças de modo a remover graxas ou óleos de qualquer espécie, que possam vir a prejudicar adesão posterior da pintura. O caráter ácido desta etapa impede a formação de “Blistering” sob o filme da tinta e, além disso, um eventual arraste do banho (produto acumulado em cavidades de peças com difícil escoamento de líquidos) não neutraliza as etapas seguintes, mantendo a integridade do processo.
b) Fosfatização:
Solução concentrada de Fosfato de ferro aquecida. É pulverizada sob alta pressão em toda a superfície já desengraxada, reagindo com a mesma e formando uma fina e uniforme camada deste sal, viabilizando a perfeita ancoragem da camada de tinta em pó que será aí aplicada. Ecologicamente falando, o tratamento com fosfato de ferro praticamente não gera sais complexos de fosfato (“Lama Branca”), contribuindo com a não contaminação do solo nos aterros sanitários.
c) Lavagem final:
Água com saturação controlada com caráter de tendência ácida, para prevenir o “Blistering”. É aspergida sobre toda a superfície tratada, de modo a remover o fosfatizante remanescente impedindo uma descontinuidade da camada de fosfato aplicada.
d) Secagem:
As peças passam através de uma estufa do tipo “Blow off” que retira toda a umidade das peças tratadas, criando condições ideais para ancoragem da camada de tinta em pó no processo seguinte.
II – PINTURA
a) Processo de aplicação:
Sistema eletrostático para aplicação de tinta em pó, automático, com sistema oscilador múltiplo bilateral. O processo da pintura a pó pode ser considerado como uma plastificação da peça tornando-a mais resistente a corrosão ambiente, pois o filme gerado não é poroso como nas tintas líquidas em geral, devido à volatilização de solventes.
b) Processo de polimerização:
Realizado em estufa por processo misto Irradiante e Convecção.
No processo Irradiante utilizamos principalmente a gama de ondas curtas dentro do espectro infravermelho, interagindo com a camada de tinta, que é permeável a estas frequências. Estas ondas ao atingirem o metal base são, em grande parte, refletidas de volta, através da tinta, majorando a interação com esta e tornando o processo de fusão e cura da mesma muito mais eficiente. Por outro lado, a recirculação forçada do ar aquecido no interior da estufa (Convecção), garante a uniformidade do processo mesmo em zonas de “sombra” em relação à fonte irradiante.
RECOMENDAÇÕES DE USO EM FUNÇÃO DO TIPO DE RESINA:
a) Tinta Híbrida Epóxi e Poliéster:
O epóxi garante ao filme uma elevada resistência química e mecânica enquanto o poliéster propicia uma melhora na resistência a calcinação (amarelamento devido à exposição à radiação ultravioleta).
Características do filme de tinta:
• Boa resistência química a solventes, óleos e álcalis.
• Boa resistência mecânica a impacto.
• Boa flexibilidade.
• Alta resistência à corrosão.
Onde usar:
• Deve ser usada em ambientes internos, com pouca incidência de radiação ultravioleta de origem solar ou de outra fonte qualquer.
Vide recomendações de uso e manutenção para peças pintadas.
b) Tinta com resina Poliéster TGIC:
A resina poliéster possui uma notável resistência às intempéries, podendo ser utilizada em ambientes externos, sendo superduráveis e desenvolvidas para atender as especificações da Qualicoat classe I e II, conforme normas BS6496, BS6497 e AAMA 2603-98.
• Características do filme de tinta:
• Ótima resistência a intempéries.
• Excelente estabilidade de cores.
• Ótimo acabamento.
• Resistência química a solventes, óleos e álcalis.
• Resistência mecânica ao impacto.
• Boa flexibilidade.
• Alta resistência à corrosão.
Onde usar:
• Se o metal base tiver um pré-tratamento a base de fosfato de ferro ou organo-metálico o uso deve se restringir a ambientes internos.
• Se o metal base for galvanizado, não existe restrição ao uso em ambientes externos.
Vide recomendações de uso e manutenção para peças pintadas.
RECOMENDAÇÕES DE USO E MANUTENÇÃO PARA PEÇAS PINTADAS.
• Limpeza a seco. Para limpeza utilize pano seco e álcool, jamais utilize produtos abrasivos como palha de aço, sapólios e outros.
• Manter numa temperatura entre zero e 60ºC, evitando choques térmicos constantes que possam condensar a umidade relativa do ar sobre os perfis.
• Não manter contato com substâncias ou vapores quimicamente agressivos tanto à camada de tinta quanto ao substrato.
• Não manter contato direto com produtos abrasivos ou cortantes que possam causar danos ao filme de tinta, expondo assim o substrato, iniciando a corrosão do mesmo.
III – PROTEÇÕES: GALVANIZAÇÃO E ZINCAGEM.
a) Zincagem eletrolítica (Galvanização):
Neste processo as peças são imersas em um meio eletrolítico e a camada de zinco é obtida por transferência iônica através de corrente elétrica. Devido a isto, quando utilizamos banhos estacionários com perfis de geometria complexa, ou seja, com muitas dobras, resultando em regiões de “sombras”, que são áreas não revestidas pela camada de zinco, portanto sujeitas à corrosão. Para estes casos, quando possível, sugerimos zincagem a fogo.
Onde usar:
• Peças de geometria simples, que não possuam cordões de solda elétrica ou peças unidas por solda a ponto ou rebitagem em geral.
• Peças sujeitas a lavagens periódicas, com produtos neutros, onde exista a possibilidade de eventuais acúmulos de água.
• Peças que não mantenham contato com substâncias ou vapores quimicamente agressivos tanto à camada de zinco quanto ao substrato.
• Peças que não mantenham contato direto com produtos abrasivos ou cortantes que possam causar danos à camada de zinco, expondo assim o metal base, iniciando a corrosão do mesmo.
b) Zincagem a quente:
Por este processo, as peças são imersas em zinco fundido que propicia uma elevada camada, mas devido ao choque térmico, podem ser geradas deformações em peças que possuam tensões internas nos materiais, principalmente em regiões próximas às soldas. Em alguns casos, podem ocorrer irregularidades na superfície devido ao acúmulo não uniforme do zinco. Essas irregularidades devem ser
toleradas, pois são de difícil controle. A elevada camada obtida neste processo aumenta em muito a vida útil da estrutura quanto à corrosão atmosférica, mesmo em áreas litorâneas.
Onde usar:
• Materiais expostos em ambiente externo e ou sujeito a intempéries e maresia.
• Materiais utilizados em câmaras frias onde a baixa temperatura dos perfis (-35º C) pode condensar e congelar a umidade relativa do ar, formando uma crosta de gelo sobre o mesmo.
• Materiais que não mantenham contato com substâncias ou vapores quimicamente agressivos à camada de zinco.
• Materiais que não mantenham contato direto com produtos abrasivos ou cortantes que possam causar danos à camada de zinco, expondo assim o metal base, iniciando a corrosão do mesmo.
c) Peças zincadas e pintadas:
As peças executadas em aço carbono, zincadas e pintadas quase não possuem restrições aos locais onde podem ser utilizadas. Vide recomendações a seguir.
• Recomendações de uso e manutenção para peças zincadas e pintadas.
• Materiais que não mantenham contato com substâncias ou vapores quimicamente agressivos à camada de zinco.
• Materiais que não mantenham contato direto com produtos abrasivos ou cortantes que possam causar danos ao filme de tinta e à camada de zinco, expondo assim o metal base e iniciando a corrosão do mesmo.
Seguir as recomendações de uso em função do tipo de resina da tinta.
IV – AÇOS UTILIZADOS:
a) Aço carbono estrutural:
São aços estruturais formulados para garantir, num ensaio de tração, um mínimo de resistência ao escoamento, a ruptura e ainda permitir uma boa porcentagem de alongamento.
Quando o aço é solicitado ate o seu limite de escoamento, diz-se que está trabalhando dentro do seu regime elástico, ou seja, qualquer deformação num perfil não é permanente e este retorna a posição inicial quando a força que gerou a deformação for retirada. Como exemplo a flecha observada em uma viga carregada, se nenhuma fibra do perfil ultrapassar o limite de escoamento, esta retornará a sua posição inicial quando descarregada. Agora se a carga for majorada ate o ponto de ultrapassar o limite de escoamento, diz-se que o aço entrou em sua reserva inelástica e a partir dai a deformação observada passa a ser permanente.
Portanto se um perfil apresenta alguma deformação permanente, há de se concluir que o limite de escoamento do aço foi ultrapassado por acidente, imperícia ou mau dimensionamento. O alongamento é a porcentagem que o aço consegue escoar antes de se romper, por isto é um fator importante a ser considerado.
Além destas características os aços estruturais devem possuir boa soldabilidade e tenacidade (resistência a trincas) para serem usados. A seguir alguns exemplos de aços usados:
• ASTM A-570 G45
• COS CIVIL 300
• USI-CIVIL 300
b) Aço zincados e estrutural zincado:
São aços que já vêm das Usinas Siderúrgicas, revestidos em ambas as faces com uma camada de zinco puro com cristais minimizados ou com uma camada de Zinco-Fe. Sua utilização é limitada apenas pelo custo elevado, devendo ser empregado de preferência em produtos estampados de espessura não superior a 2 mm pois as áreas cortadas na perfuração que ficam expostas, têm até esta espessura sua integridade garantida pela “proteção catódica”, pois o zinco é mais eletronegativo que o ferro. Também não é indicado para formar peças que irão receber solda elétrica, pois esta operação compromete o revestimento. Seu uso deve ser especificado pelo cliente após consulta ao departamento técnico da ALTAMIRA.
c) Aços Patinados:
São aços estruturais especiais que por possuírem uma elevada porcentagem do elemento cobre em sua
composição Têm uma notável resistência a corrosão atmosférica. Quando o metal base é exposto, oxida, porém, esta oxidação (a patina) é aderente à superfície do metal, de modo a selar o substrato retardando o avanço da corrosão.
Nossas estruturas, quando solicitado, são confeccionadas com tais materiais, conferindo-lhes uma durabilidade superior, pois mesmo na ausência de manutenção, possuem uma sobrevida maior que os convencionais.
A seguir alguns exemplos:
• USI-SAC 300
• COSAR COR 400 E
• COR 420
d) Aços inoxidáveis:
Materiais estruturais de excelente qualidade que conferem ao produto final características únicas quanto aos aspectos, durabilidade e resistência a corrosão. Seu uso é exigido onde há a necessidade de higiene com fácil e constante assepsia.
Sua utilização esta limitada apenas pelo alto custo da matéria-prima.
Embora existam diversos tipos para aplicações específicas, apresentaremos apenas três exemplos:
1. Aço AISI 316-L (custo elevado)
O de maior inércia química entre estes.
2. Aço AISI 304 (Custo intermediário)
Resistência química superior ao AISI 430.
Aço cromo-níquel austenítico não temperável.
3. Aço AISI 430 (O mais acessível de todos)
Resistência mecânica mais elevada.
Aço cromo ferrítico não temperável.
Ferro magnético.
1.5 CSI Bridge
Modelagem, análise e dimensionamento de estruturas de pontes foram integrados CSiBridge para criar o melhor em ferramentas de engenharia informatizados. A facilidade com que todas estas tarefas podem ser realizadas CSiBridge torna o programa mais versátil e produtivo disponível no mercado hoje.
Usando CSiBridge, os engenheiros podem facilmente definir geometrias complexas ponte, condições de contorno e casos de carga. Os modelos de pontes são definidos parametricamente, usando termos que são familiares aos engenheiros de pontes, como as linhas de layout, vãos, rolamentos, pilares, Bents, dobradiças e pós-tensão. O software cria shell espinha, ou modelos de objetos sólidos que são atualizadas automaticamente como os parâmetros de definição de ponte são alteradas.
CSiBridge projeto permite a concepção rápida e fácil e retrofitting de pontes de aço e concreto. O modelador paramétrico permite ao usuário construir modelos ponte simples ou complexos e de fazer alterações de forma eficiente, mantendo o controle total sobre o processo de design. As pistas e veículos podem ser definidos de forma rápida e incluem os efeitos de largura. Gráficos de Gantt simples e práticos estão disponíveis para simular modelagem de sequências de construção e programação.
CSiBridge inclui um fácil seguir o assistente que descreve os passos necessários para criar um modelo de ponte.
Completamente integrado ao pacote de design CSiBridge é o poder do SAPFire ® mecanismo de análise, incluindo estágios de construção de fluência, e análise de encolhimento, cabo de tensionamento de forças-alvo, curvatura e forma encontrar, não-linearidade geométrica (P-delta e grandes deslocamentos), não-linearidade de material (suporta superestrutura, rolamentos subestrutura, e solo), flambagem e análise estática e dinâmica. Todos estes se aplicam a um modelo único e abrangente. Além disso, AASHTO LRFD projeto está incluído com as combinações de carga automatizado, design de superestrutura e as últimas do projeto sísmico.
II. OBJETIVO
O Principal objetivo deste estudo é relacionar as matérias apreendidas em aula com o cotidiano das empresas, isso faz com que os estudantes de engenharia façam uma pesquisa detalhada dos processos e aplicações de cálculos e dimensionamento dos materiais.
Em questão didática, esse projeto tem por finalidade o aprimoramento da prática de disciplinas como:
Estática nas Estruturas: Dimensionamento do Perfil I (monovia) utilizada para suporte da Talha elétrica;
Fabricação Mecânica: Processos de fabricação dos materiais;
Fabricação Mecânica – Metrologia: Pesquisa e aplicação das normas;
Elétrica: Aplicação de cálculos para potência e dimensionamento da Monovia;
Matemática: aplicação de cálculos matemáticos;
Informática: Manuseio de softwares para confecção do relatório e pesquisas sobre o assunto;
Ciência dos Materiais: Aplicações de conceitos de estruturas dos materiais, sabendo qual o tipo de material a ser utilizado com base na dureza;
Química Aplicada: Estudo sobre corrosão e tipos de tratamentos superficiais afim de evitar tal corrosão.
Com base nos conceitos das matérias acima, dimensionar uma monovia para sustentar uma carga de 350 a 700kg.
• Determinar a carga suportável;
• Dimensionamento do Perfil I;
• Traçar os gráficos de Força Cortante e Momento Fletor;
• Calcular as tensões atuantes no Perfil;
• Especificar o tipo de fabricação do perfil;
• Especificar o tratamento superficial a ser utilizado no perfil.
III. CRONOGRAMA
IV. DESENVOLVIMENTO
Como Atividade Prática Supervisionada do Curso de Engenharia do 5º Semestre, foi proposto um trabalho de pesquisa para aplicação de conceitos teóricos apreendidos em aula no cotidiano prático das empresas.
Neste relatório apresentaremos o dimensionamento de um Perfil I, denominada como monovia, onde a talha elétrica terá suas rodas apoiadas.
Aplicaremos conceitos como a aplicação do fator de segurança, cálculos pertinentes a esforços e os processos de fabricação envolvidos.
Após o recebimento da proposta de trabalho por e-mail selecionamos o grupo e assim foi postado no sistema.
Ao nos reunirmos pela primeira vez decidimos inicialmente pesquisar sem estipular o tema abordado no relatório, ai então entramos no processo de estudo e pesquisas para selecionar o assunto de interesse do grupo. Após alguns dias de pesquisas achamos o tema sobre talha elétrica bem interessante, pois grande parte das indústrias possui tal equipamento para suspensão de diversos materiais onde sua carga pode variar surpreendentemente.
Na Empresa visitada pelo grupo, analisamos uma talha para elevação de carga de 350 a 700kg, conforme configuração do cabo de aço poderemos ter uma carga de 350kg quando é usado apenas um cabo de aço, quando usado dois cabos de aço a carga máxima será de 700kg. Após a compra da talha elétrica desenvolveremos os cálculos para dimensionar a viga a ser utilizada, que atenda a pior situação de carga a ser suportada.
Após nossos estudos em sala de aula e com a proposta de um trabalho onde visa a aplicação teórica ao cotidiano fabril, nos vimos capazes de estabelecer quais componentes realmente deveriam ser utilizados na talha para as cargas determinadas.
Alguns recursos utilizado no dimensinamento da viga não foram apreendidos em aula, porém com grande determinação do grupo estudamos sobre os assuntos e aplicamos nos calculos.
Apresentaremos a seguir todo o desenvolvimento do projeto de dimensionamento do protótipo da talha elétrica na Empresa visitada.
Nota: Todos os cálculos foram baseados em conteúdo apreendido em aula e documentos fornecidos pela Gerdau, sendo assim todos os produtos especificados terão códigos e dimensões padrões da empresa Gerdau.
Informações obtidas no site da Gerdau Sobre normas e tipos de perfis I
- Laminados, nas formas I e H. - Mesas paralelas que permitem melhores soluções de ligações, encaixes e acabamentos estruturais. - Ampla variedade de bitolas, de 150 a 610 mm (6 a 24 polegadas). - Permitem ganhos de escala aos fabricantes de estruturas. - Uniformidade da composição química e das propriedades mecânicas. - Material certificado com garantia de qualidade. - Seguem rigorosamente as especificações das normas ABNT NBR 15980:2011 e ASTM A6/A6M. - Disponíveis para pronta entrega em aço ASTM A 572 Grau 50, no comprimento padrão de 12 metros para todas as bitolas, ou de 6 metros, para as bitolas até 310mm. - Informações adicionais: consulte o Atendimento Técnico da Gerdau, que está à sua disposição para ajudá-lo desde o desenvolvimento do projeto até a aplicação dos Perfis Estruturais Gerdau.
Dimensionamento da Monovia
Características da Talha:
Capacidade (Q) 350/700kg
Tensão 220V – 60Hz
Diâmetro do cabo de aço 5,1mm
Velocidade de içamento 4/8 m/min
Altura de içamento 6/12 m/min
Velocidade do motor 2.800 m/min
Corrente 6,3A
Potência 1.250W
Asp de trabalho (imp) 20 a 53% 10min
Peso (PP) 18kg
Capacidade do Cabo de aço 1870 N/min
Classe M1
Quantidade de rodas de apoio (n) 4 rodas
Distância entre rodas 26cm
Primeira Situação 350kg
Capacidade da Talha (P) Peso próprio da talha (PP)
P = 350kg PP = 18kg
Transformando em Força (kgf) temos: Transformando em Força (kgf) temos
Pf = P * g PPf = PP * g
Pf = 350 * 9,8 PPf = 176,4kgf / 1.000
Pf = 3.430kgf / 1000 PPf = 0,1764tf
Pf = 3,43tf
Vão da Monovia
L = 5m
De acordo com esses dados anteriores especificaremos a monovia na tabela abaixo “Perfis pré-dimensionados de acordo com os vãos e cargas indicadas”.
Passaremos o perfil W 360 x 64,0 conforme cálculos anteriores
Características do Perfil na tabela seguinte
Características do Perfil W 360 x 64,0:
Massa Linear (q) 64,0 kg/m
D 34,7cm
Bf 20,3cm
Tw 0,77cm
tf 1,35cm
h 32,0cm
d’ 28,8cm
Área 81,7cm²
fy 3,45tf/cm²
Wx 1.031,1cm4
Wy 185,7cm4
Vão da Monovia (L) 5m
Perfil de aço ASTM A 572 Grau 50
Desenho do Perfil I
Dimensões em centímetros
Calculando o Centróide e o Momento de Inércia da figura
Ӯ = (SSi*yi)/SSi
Ӯ = 1.378,457/79,45
Ӯ = 17,35cm
Ẍ = (SSi*xi)/SSi
Ẍ = 806,418/79,45
Ẍ = 10,15cm
Figura Si (cm²) yi (cm) xi (cm) Si*yi (cm³) Si*xi (cm³) Iy (cm4) Ix (cm4) yi-Ӯ (cm) Si*(yi-Ӯ)² (cm4)
1 27,405 34,025 10,15 932,455 278,161 941,110 4,162 16,675 7.620,12
2 24,640 17,350 10,15 427,504 250,096 1,217 2.102,613 0 0
3 27,405 0,675 10,15 18,498 278,161 941,110 4,162 -16,675 7.620,12
S 79,45 52,05 30,45 1.378,457 806,418 1.883,44 2.110,94 33,35 15.240,23
Iyg = 1.883,44cm4
Ixg = Ix + Si*(yi-Ӯ)²
Ixg = 17.123,67cm4
Dimensionamento do Perfil
Carga Total
Pt = ((Q + T + A) * imp) + (Q + T + A)
Pt = ((350 + 18) * 20%) + (350 + 18)
Pt = 441,6kg
Transformando em Força (kgf)
Ptf = Pt * g
Ptf = 441,6 * 9,8
Ptf = 4.328kgf / 1.000
Ptf = 4,328tf
Carga por roda
Pn = Ptf / n
Pn = 4,328 / 4
Pn = 1,082tf
Módulo de Elasticidade do Aço
E = 2.100tf/cm²
Gráfico dos esforços
VD = 64*L
VD = 64*5
VD = 320kgf
VA + VB = VC + VD
VA + VB = 4.648kgf
Momento Fletor
VB*5 – VC*2,5 – VD*2,5 = 0
VB = 2.324kgf
VA = VD + VC – VB
VA = 320 + 4.328 – 2.324
VA = 2.324kgf
Trecho AB
0 ≤ x ≤ 2,5
Q = VA – VD*x
Q = 2.324 – 64*x
Q0 = 2.324kgf
Q2,5 = 2.164kgf
Mf = VA*x – VD*x*(x/2)
Mf = 2.324*x – (64*x²/2)
Mf = 2.324*x – 32*x²
Mf0 = 0kgf*m
Mf2,5 = 5.610kgf*m
Trecho CB
2,5 ≤ x ≤ 5
Q = VA – VC – VD*x
Q = 2.324 – 4.328 – 64*x
Q2,5 = -2.164kgf
Q5 = -2.324kgf
Mf = VA*x – VC*(x – 2,5) - VD*x*(x/2)
Mf = 2.324*x – 4.328*(x-2,5) - (64*x²/2)
Mf2,5 = 5.610kgf*m
Mf5 = 0kgf*m
Mfmáx = 5.610kgf*m
Cálculo de deslocamento do perfil
Deslocamento Admissível
∆ = L/500
∆ = 5/500
∆ = 0,01m
∆ = 1cm > d
d = ((P*L³)/(48*E*Ixg)) + ((5q*L4)/(384*E*Ixg))
d = ((4.328*500³)/(48*210*104*17.123,67)) + ((5*0,64*5004)/(384*210*104*17.123,67))
d = 0,33cm
Tensões Atuantes
Cortante
fv = P/(d*tw)
fv = 4,328/(34,7*0.77)
fv = 0,162tf/cm²
Cortante Admissível
0,4*Fy > fv
0,4*3,45 > fv
1,38tf/cm² > fv
Flexão Global
f1 = Mfmáx/Wx
f1 = (5,610*100)/1.031,1
f1 = 0,544tf/cm²
Flexão Local na aba inferior
f2inf = (1,27*C*Pn)/(k1*(tf²))
f2inf = (1,27*0,5*1,082)/(1,5*(1,35²))
f2inf = 0,251tf/cm²
Flexão Local na aba superior
f2sup = (1,27*C*Ptf)/(k2*(tf²))
f2sup = (1,27*0,5*4,328)/(0,77*(1,35²))
f2sup = 1,958tf/cm²
Tensões combinadas da aba inferior
fc = f12 + f2inf2
fc = √0,5442 + 0,2512
fc = 0,6tf/cm²
Tensões combinadas da aba superior
fc = f12 + f2sup2
fc = √0,5442 + 02
fc = 0,544tf/cm² (no apoio Mf = 0)
Para calcularmos as tensões locais usaremos as seguintes tabelas para achar os fatores C, k1 e k2.
C = 0,5
k1 = 1,5
k2 = 0,77
NOTA: Com isso dimensionamos o perfil para sustentar a talha com 350kg (Perfil W 360x64,0)
Segunda Situação 700kg
Capacidade da Talha (P)
P = 700kg
Transformando em Força (kgf) temos:
Pf = P * g
Pf = 700 * 9,8
Pf = 6.860kgf / 1000
Pf = 6,86tf
Peso próprio da talha (PP)
PP = 18kg
Transformando em Força (kgf) temos
PPf = PP * g
PPf = 176,4kgf / 1.000
PPf = 0,1764tf
Vão da Monovia
L = 5m
De acordo com esses dados anteriores especificaremos a monovia na tabela abaixo “Perfis pré-dimensionados de acordo com os vãos e cargas indicadas”.
Usaremos o perfil W 460 x 89,0 conforme cálculos anteriores
Características do Perfil na tabela seguinte
Características do Perfil W 460 x 89,0:
Massa Linear (q) 89,0 kg/m
d 46,3cm
bf 19,2cm
tw 1,05cm
tf 1,77cm
h 42,8cm
d’ 40,4cm
Área 114,1cm²
fy 3,45tf/cm²
Wx 1.775,6cm³
Wy 218,0 cm³
Vão da Monovia (L) 5m
Perfil de aço ASTM A 572 Grau 50
Desenho do Perfil I
Dimensões em centímetros
Calculando o Centróide e o Momento de Inércia da figura
Ӯ = (SSi*yi)/SSi
Ӯ = 2.616,08/112,908
Ӯ = 23,17cm
Ẍ = (SSi*xi)/SSi
Ẍ = 1.083,91/112,908
Ẍ = 9,6cm
Iyg = 2.092,11cm4
Ixg = Ix + Si*(yi-Ӯ)²
Ixg = 40.632,33cm4
Figura Si (cm²) yi (cm) xi (cm) Si*yi (cm³) Si*xi (cm³) Iy (cm4) Ix (cm4) yi-Ӯ (cm) Si*(yi-Ӯ)² (cm4)
1 33,984 45,455 9,6 1.544,74 326,25 1.043,99 8,87 22,285 16.877,18
2 44,940 23,170 9,6 1.041,26 431,42 4,13 6.860,24 0 0
3 33,984 0,885 9,6 30,08 326,25 1.043,99 8,87 -22,285 16.877,18
S 112,908 69,510 28,8 2.616,08 1.083,91 2.092,11 6.877,98 33,35 33.754,35
Dimensionamento do Perfil
Carga Total
Pt = ((Q + T + A) * imp) + (Q + T + A)
Pt = ((700 + 18) * 20%) + (700+18)
Pt = 861,6kg
Transformando em Força (kgf)
Ptf = Pt * g
Ptf = 861,6 * 9,8
Ptf = 8.443,68kgf / 1.000
Ptf = 8,444tf
Carga por roda
Pn = Ptf / n
Pn = 8,444 / 4
Pn = 2,11tf
Módulo de Elasticidade do Aço
E = 2.100tf/cm²
Gráfico dos esforços
VD = 89*L
VD = 89*5
VD = 445kgf
VA + VB = VC + VD
VA + VB = 8.889kgf
Momento Fletor
VB*5 – VC*2,5 – VD*2,5 = 0
VB = 4.444,5kgf
VA = VD + VC – VB
VA = 445 + 8.444 – 4.444,5
VA = 4.444,5kgf
Trecho AB
0 ≤ x ≤ 2,5
Q = VA – VD*x
Q = 4.444,5 – 89*x
Q0 = 4.444,5kgf
Q2,5 = 4.222kgf
Mf = VA*x – VD*x*(x/2)
Mf = 4.444,5*x – (89*x²/2)
Mf = 4.444,5*x – 44,5*x²
Mf0 = 0kgf*m
Mf2,5 = 10.833,125kgf*m
Trecho CB
2,5 ≤ x ≤ 5
Q = VA – VC – VD*x
Q = 4.444,5 – 8.444 – 89*x
Q2,5 = -4.222kgf
Q5 = -4.444,5kgf
Mf = VA*x – VC*(x – 2,5) - VD*x*(x/2)
Mf = 4.444,5*x – 8.444*(x-2,5) - (89*x²/2)
Mf2,5 = 10.833,125kgf*m
Mf5 = 0kgf*m
Mfmáx = 10.833,125kgf*m
Cálculo de deslocamento do perfil
Deslocamento Admissível
∆ = L/500
∆ = 5/500
∆ = 0,01m
∆ = 1cm > d
d = ((P*L³)/(48*E*Ixg)) + ((5q*L4)/(384*E*Ixg))
d = ((8.444*500³)/(48*210*104*40.632,33)) + ((5*0,89*5004)/(384*210*104*40.632,33))
d = 0,27cm
Tensões Atuantes
Cortante
fv = P/(d*tw)
fv = 8,444/(46,3*1,05)
fv = 0,174tf/cm²
Cortante Admissível
0,4*Fy > fv
0,4*3,45 > fv
1,38tf/cm² > fv
Flexão Global
f1 = Mfmáx/Wx
f1 = (10,833*100)/1.775,6
f1 = 0,61tf/cm²
Flexão Local na aba inferior
f2inf = (1,27*C*Pn)/(k1*(tf²))
f2inf = (1,27*0,5*2,11)/(1,5*(1,77²))
f2inf = 0,285tf/cm²
Flexão Local na aba superior
f2sup = (1,27*C*Ptf)/(k2*(tf²))
f2sup = (1,27*0,5*8,444)/(0,77*(1,77²))
f2sup = 2,223tf/cm²
Tensões combinadas da aba inferior
fc = f12 + f2inf2
fc = √0,612 + 0,2852
fc = 0,673tf/cm²
Tensões combinadas da aba superior
fc = f12 + f2sup2
fc = √0,612 + 02
fc = 0,61tf/cm² (no apoio Mf = 0)
Para calcularmos as tensões locais usaremos as seguintes tabelas para achar os fatores C, k1 e k2.
C = 0,5
k1 = 1,5
k2 = 0,77
NOTA: Com isso dimensionamos o perfil para sustentar a talha com 700kg (Perfil W 460 x 89,0)
Como calculado anteriormente selecionaremos o perfil para a pior situação, que é de 700kg, o perfil a ser utilizado será o W 460 x 89,0 com as seguintes características:
Características do Perfil W 460 x 89,0:
Massa Linear (q) 89,0 kg/m
d 46,3cm
bf 19,2cm
tw 1,05cm
tf 1,77cm
h 42,8cm
d’ 40,4cm
Área 114,1cm²
fy 3,45tf/cm²
Wx 1.775,6cm³
Wy 218,0 cm³
Vão da Monovia (L) 5m
Perfil de aço ASTM A 572 Grau 50
Fabricação do Perfil
Os perfis I são laminados, pois a característica principal da laminação é a conformação de materiais longos, como utilizaremos 5 metros do perfil, onde não deverá ter emendas, pois afetaria drasticamente nos cálculos de esforços, o material deverá então ser comprado com o comprimento certo de 5 metros.
A seguir uma breve explicação do processo de laminação de perfis I, contido neste relatório no item 4 da introdução sobre laminação.
4 – Laminação de barras e perfis:
Barras de seção circular e hexagonal e perfis estruturais como: vigas em I, calhas e trilhos são produzidos em grande quantidade por laminação a quente com cilindros ranhurados, conforme mostrado abaixo.
A laminação de barras e perfis difere da laminação de planos, pois a seção transversal do metal é reduzida em duas direções. Entretanto, em cada passe o metal é normalmente comprimido somente em uma direção. No passe subsequente o material é girado de 90o. Uma vez que o metal se expande muito mais na laminação a quente de barras do que na laminação a frio de folhas, o cálculo da tolerância necessária para a expansão é um problema importante no planejamento dos passes para barras e perfis. Um método típico para reduzir um tarugo quadrado numa barra é alternando-se passes através de ranhuras ovais e quadradas. O planejamento dos passes para perfis estruturais é muito mais complexo e requer bastante experiência.
A maioria dos laminadores de barras é equipada com guias para conduzir o tarugo para as ranhuras e repetidores para inverter a direção da barra e conduzi-la para o próximo passe. Os laminadores desse tipo podem ser normalmente duos ou trios. A instalação comum para a produção de barras consiste em uma cadeira de desbaste, uma cadeira formadora e uma cadeira de acabamento.
Tratamento Superficial do Perfil
O Perfil I deverá ser pintado, pois a pintura é um tratamento superficial, onde evita que o perfil de aço sofra oxidação, a oxidação implicaria em desgaste do perfil ocasionando até sua ruptura, a seguir mostraremos o tratamento superficial de pintura do Perfil I, explicado na introdução teórica de tratamentos superficiais item II - Pintura.
II – PINTURA
a) Processo de aplicação:
Sistema eletrostático para aplicação de tinta em pó, automático, com sistema oscilador múltiplo bilateral. O processo da pintura a pó pode ser considerado como uma plastificação da peça tornando-a mais resistente a corrosão ambiente, pois o filme gerado não é poroso como nas tintas líquidas em geral, devido à volatilização de solventes.
b) Processo de polimerização:
Realizado em estufa por processo misto Irradiante e Convecção.
No processo Irradiante utilizamos principalmente a gama de ondas curtas dentro do espectro infravermelho, interagindo com a camada de tinta, que é permeável a estas frequências. Estas ondas ao atingirem o metal base são, em grande parte, refletidas de volta, através da tinta, majorando a interação com esta e tornando o processo de fusão e cura da mesma muito mais eficiente. Por outro lado, a recirculação forçada do ar aquecido no interior da estufa (Convecção), garante a uniformidade do processo mesmo em zonas de “sombra” em relação à fonte irradiante.
RECOMENDAÇÕES DE USO EM FUNÇÃO DO TIPO DE RESINA:
a) Tinta Híbrida Epóxi e Poliéster:
O epóxi garante ao filme uma elevada resistência química e mecânica enquanto o poliéster propicia uma melhora na resistência a calcinação (amarelamento devido à exposição à radiação ultravioleta).
Características do filme de tinta:
• Boa resistência química a solventes, óleos e álcalis.
• Boa resistência mecânica a impacto.
• Boa flexibilidade.
• Alta resistência à corrosão.
Onde usar:
• Deve ser usada em ambientes internos, com pouca incidência de radiação ultravioleta de origem solar ou de outra fonte qualquer.
Vide recomendações de uso e manutenção para peças pintadas.
b) Tinta com resina Poliéster TGIC:
A resina poliéster possui uma notável resistência às intempéries, podendo ser utilizada em ambientes externos, sendo superduráveis e desenvolvidas para atender as especificações da Qualicoat classe I e II, conforme normas BS6496, BS6497 e AAMA 2603-98.
• Características do filme de tinta:
• Ótima resistência a intempéries.
• Excelente estabilidade de cores.
• Ótimo acabamento.
• Resistência química a solventes, óleos e álcalis.
• Resistência mecânica ao impacto.
• Boa flexibilidade.
• Alta resistência à corrosão.
Onde usar:
• Se o metal base tiver um pré-tratamento a base de fosfato de ferro ou organo-metálico o uso deve se restringir a ambientes internos.
• Se o metal base for galvanizado, não existe restrição ao uso em ambientes externos.
• Vide recomendações de uso e manutenção para peças pintadas.
RECOMENDAÇÕES DE USO E MANUTENÇÃO PARA PEÇAS PINTADAS.
• Limpeza a seco. Para limpeza utilize pano seco e álcool, jamais utilize produtos abrasivos como palha de aço, sapólios e outros.
• Manter numa temperatura entre zero e 60ºC, evitando choques térmicos constantes que possam condensar a umidade relativa do ar sobre os perfis.
• Não manter contato com substâncias ou vapores quimicamente agressivos tanto à camada de tinta quanto ao substrato.
• Não manter contato direto com produtos abrasivos ou cortantes que possam causar danos ao filme de tinta, expondo assim o substrato, iniciando a corrosão do mesmo.
Com esse relatório dimensionamos nosso perfil I para aplicação em uma talha elétrica que suporta uma carga de 700kg, em anexos mostraremos as fotos tiradas na empresa visitada onde foi possível esse estudo para que possam se evitados possíveis acidentes que envolvam erros de dimensionamento ou ruptura por oxidação do material utilizado. Com esse relatório apresentado, aplicamos grande parte do conteúdo teórico apreendido em aula no cotidiano de uma empresa, onde grandes setores fabris utilizam esse tipo de equipamento para elevação de cargas.
V. CONCLUSÃO
O ato do dimensionamento de um equipamento deve ser levado com muita responsabilidade, pois vidas serão envolvidas no dia a dia de trabalho. Com esse relatório vimos à importância dos conhecimentos apreendidos em aula no cotidiano fabril, vimos que muitas das vezes nos deparamos com situações consideravelmente simples, porém que exigem uma grande diversidade de cálculos e conhecimentos. O grupo com muita dedicação dimensionou o perfil I para duas situações, onde o perfil será utilizado na elevação de cargas. Esse dimensionamento envolveu matérias como estática nas estruturas e química aplicada estudados no 5º semestre de engenharia em controle de automação, essas matérias nos trouxe o conhecimento básico para tal relatório, com a dedicação de todo o grupo que fizeram pesquisas e estudaram muito a fim de apresentar um dimensionamento sem falhas. Pudemos também nos beneficiar das pesquisas feitas em sites e livros de grandes empresas, tais como Gerdau, onde foi de grande valia, pois vimos as grandes ferramentas que as empresas nos fornecem como suporte para utilização dos materiais nas mais diversas aplicações.
O Grupo escolheu esse tema, pois como a matéria estática nas estruturas é uma matéria chave do curso de engenharia, devemos aprimorar nossos conhecimentos, trabalhando firme e estudando exaustivamente, pois como citado na frase de Albert Einstein no começo deste relatório sem esforço e trabalho o sucesso nunca virá.
“O único lugar aonde sucesso vem antes do trabalho é no dicionário”
Albert Einstein
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Manutenção & Suprim
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