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UNIP - “Universidade Paulista” Anderson Ricardo Donato Alonso B917FJ9 EM3P52 Aparecido Ricardo Bevilacqua B820128 EM4Q52 Daniel de Paula B717939 EM4P52 Donizeti Roberto Filho B884DB3 EM3P52 Felipe Pichinin Zanarelli B91ADB1 EM3P52 Jadson Lima da Silva B935JD7 EM3P52 Jônatas Gall Amin B884126 EM3P52 Kézia Poliana Consolaro B9624D4 EM3P52 Maiara Janusckiewicz Dal Negro T305GB3 EM4Q52 Skárlath Camargo Beroíza B58BDH7 EM4Q52 “GUINDASTE HIDRÁULICO” Araraquara 2014 UNIP “Universidade Paulista” Anderson Ricardo Donato Alonso B917FJ9 EM3P52 Aparecido Ricardo Bevilacqua B820128 EM4Q52 Daniel de Paula B717939 EM4P52 Donizeti Roberto Filho B884DB3 EM3P52 Felipe Pichinin Zanarelli B91ADB1 EM3P52 Jadson Lima da Silva B935JD7 EM3P52 Jônatas Gall Amin B884126 EM3P52 Kézia Poliana Consolaro B9624D4 EM3P52 Maiara Janusckiewicz Dal Negro T305GB3 EM4Q52 Skárlath Camargo Beroíza B58BDH7 EM4Q52 “GUINDASTE HIDRÁULICO” Atividades Práticas Supervisionadas, 4º semestre de Engenharia Mecânica Apresentado na Universidade Paulista. Orientadores: Profº Anibal A. Mendes Filho e Profº Nelson Corona Junior Araraquara 2014 DEDICATÓRIA А Deus, que nos criou, e foi criativo nesta parte. Agradeço ао mundo pоr mudar аs coisas, pоr nunca fazê-las serem dа mesma forma, pois assim nãо teríamos о qυе pesquisar, о qυе descobrir е o qυе fazer, pois através dіstо conseguimos concluir mais um projeto. AGRADECIMENTOS A Deus por ter nos dado saúde е força pаrа superar as dificuldades. Agradeço em especial ao Ricardo Bevilacqua, por sempre fazer com que os trabalhos dêem certo, agradeço à colaboração de todos do grupo de APS. “Lute com determinação, abrace a vida com paixão, perca com classe e vença com ousadia, porque o mundo pertence a quem se atreve e a vida é muito para ser insignificante.” (Augusto Branco) Resumo Neste trabalho, foi desenvolvido um guindaste hidráulico em uma escala relativamente menor. Utilizando mangueiras e seringas, cumprindo assim as especificações transmitidas pelo corpo docente, seguindo o conceito de hidráulica. Palavras-chave: Guindaste hidráulico, seringas. Abstract In this work , we developed a hydraulic crane on a relatively smaller scale. Using hoses and syringes in agreement with what was requested by the teaching staff, following the concept of hydraulics Keywords: Hydraulic crane , syringes. Objetivo Projetar e construir um guindaste hidráulico com seringas, que permita o levantamento e transporte de uma massa padrão para posições pré-estabelecidas. Esta atividade proporciona aos alunos conhecer de forma prática os conteúdos estudados no semestre corrente e semestres anteriores, integrando as disciplinas de Fenômenos do Transporte (onde foi estudado conteúdos de equilíbrio hidráulico),Complementos de Física (onde foi estudado campo magnético e campo elétrico) e Dinâmica dos Sólidos (onde foi estudado movimentos de translação e rotação em torno de eixo fixo) LISTA DE ILUSTRAÇÕES Sumário DEDICATÓRIA ................................................................................................................................ 3 AGRADECIMENTOS........................................................................................................................ 4 Resumo .......................................................................................................................................... 6 Abstract ......................................................................................................................................... 7 Objetivo ......................................................................................................................................... 8 1. Introdução ............................................................................................................................... 10 1.1 Hidrodinâmica ................................................................................................................... 11 1.2 Princípio de Pascal ............................................................................................................. 11 1.3 Cálculos utilizados ............................................................................................................. 14 2. Construção do Guindaste ........................................................................................................ 15 2.1 Funcionamento do Guindaste ........................................................................................... 15 3. Eletroímã ................................................................................................................................. 16 3.1 Funcionamento do Eletroímã ............................................................................................ 17 3.2 O que é um eletroímã ....................................................................................................... 17 4 Mudanças do Projeto .............................................................................................................. 18 5 Desenho Técnico ...................................................................................................................... 19 5.1 Vistas 3D ............................................................................................................................ 19 5.2 Vistas 2D ............................................................................................................................ 21 6. Tabela de Gastos e Materiais utilizados .................................................................................. 22 7. Resultados dos Testes Preliminares ........................................................................................ 23 8. Conclusão ................................................................................................................................ 24 Bibliografia .................................................................................................................................. 25 Imagens: .................................................................................................................................. 25 1. Introdução Pesquisa sobre Guindaste Hidráulico Os guindastes hidráulicos possuem uma construção bem simples, mas podem executar tarefas difíceis que de outra forma pareceriam impossíveis. Em questão de minutos, essas máquinas são capazes de levantar vigas de muitas toneladas para pontes em autoestradas, equipamento pesado em fábricas ou até mesmo erguer casas de praia sobre pilastras. Eles também são usados para içar baleias orca para fora de seus tanques, quando lugares que transfere as baleias para outro destino. Ao observar um guindasteem ação é difícil imaginar quanto peso está levantando, porque trabalha com objetos de várias toneladas com relativa facilidade. Em geral, um guindaste levanta objetos que tem um peso equivalente ao seu. Um guindaste hidráulico é baseado em um conceito simples: a transmissão de forças de um ponto a outro através de um fluido. A maioria das máquinas hidráulicas usa algum tipo de fluido incompressível, que se encontra em sua condição de densidade máxima. O óleo é o fluido incompressível mais usado para máquinas hidráulicas, incluindo guindastes hidráulicos. Em um sistema hidráulico simples, quando o pistão empurra o óleo para baixo, ele transmite toda a força original para outro pistão, que é, então, acionado para cima. A maioria dos caminhões-guindaste possui uma lança com várias seções telescópicas. Um caminhão-guindaste Link-Belt (em inglês) de 63 toneladas, por exemplo, possui uma lança com três seções telescópicas. Esta lança em particular possui um comprimento de 40 m (127 pés). Algumas lanças são equipadas com um braço extensor, que é uma estrutura treliçada conectada na sua extremidade. Em um caminhão-guindaste de 70 toneladas, o braço extensor é de 20 m (67 pés) de comprimento, dando ao guindaste um comprimento total de 60 m (194 pés). À medida que a carga é alçada, as seções se estendem para atingir a altura desejada. Linhas de cabos de aço reforçados correm de um carretel bem atrás da cabine de comando do operador, estendendo-se por sobre a lança e o braço extensor. Cada cabo é capaz de sustentar uma carga máxima de 6,350 Kg (14 mil libras). Assim sendo, um caminhão hidráulico de 70 toneladas pode usar até 10 linhas de cabos de aço para um total de 70 toneladas. As linhas correm pela lança e braço extensor e são presas a uma bola de metal de 129 kg (285 libras), que mantém as linhas esticadas quando não há carga presa no gancho. Caminhões-guindaste são usados para elevar cargas pesadas a grandes alturas. É importante que o caminhão esteja completamente estável durante a operação de içamento. Os pneus não oferecem a estabilidade necessária, portanto, o caminhão utiliza suportes que agem para evitar que o guindaste não incline para um lado ou para o outro. Os suportes usam dispositivos hidráulicos para levantar do chão todo o caminhão, inclusive os pneus. Eles são compostos pelas vigas, que são as pernas do suporte e as sapatas, que são os pés. Às vezes, são colocados calços embaixo das sapatas para dissipar a força do guindaste e da carga contra o concreto ou pavimento. Estes são geralmente tábuas de madeira, alinhadas para criar uma base maior que a própria sapata. Os suportes são somente um mecanismo usado para equilibrar o guindaste durante a operação. Existem também contrapesos destacáveis que são colocados na traseira do guindaste, na parte de baixo da cabine de comando. Estes contrapesos evitam que ele tombe para a frente durante o trabalho. A quantidade de contrapeso necessário para um alçamento em particular é determinado pelo peso da carga, o raio da lança e seu ângulo durante a operação. Depois eles são removidos para que o caminhão possa se locomover. Os caminhões-guindaste fornecem força bruta para mover objetos, máquinas e até grandes animais, que do contrário seria muito difícil deslocar. Usando princípios hidráulicos muito simples, estas máquinas movem toneladas com relativa facilidade, tornando-as essenciais para a maioria dos projetos de construção e um grande exemplo do poder da física básica. Figura 1 : Guindaste Hidráulico http://ciencia.hsw.uol.com.br/pontes.htm http://ciencia.hsw.uol.com.br/baleias.htm http://www.hsw.com.br/perfuracao-de-petroleo.htm http://www.hsw.com.br/framed.htm?parent=guindastes-hidraulicos.htm&url=http://www.linkbelt.com/products/framehtprogramacao-em-c.htm http://www.hsw.com.br/pneus.htm 1.1 Hidrodinâmica Em física, hidrodinâmica (ou dinâmica de fluídos) é uma sub-disciplina de mecânica dos fluídos que lida com a ciência de fluxo de fluído. Tem várias especialidades em si, incluindo a aerodinâmica (o estudo do ar e outros gases em movimento) e hidráulica (o estudo dos líquidos em movimento). Dinâmica de fluídos tem uma vasta gama de aplicações, incluindo o cálculo das forças e momentos nas aeronaves, a determinação da taxa de fluxo de massa de petróleo através de gasodutos, a previsão de condições meteorológicas, a compreensão de nebulosas no espaço interestelar, modelagem de detonação de armas de fissão. Alguns de seus princípios são ainda utilizados em engenharia de tráfego, onde o tráfego é tratado como um fluído contínuo. Dinâmica de fluídos oferece uma estrutura sistemática subjacente a estas disciplinas práticas, que abrange as leis empíricas e semi-empíricos, a partir de medição de vazão e utilizados para resolver problemas práticos. A solução para um problema de dinâmica de fluídos normalmente consiste em calcular várias propriedades do fluído, tais como velocidade, pressão, densidade e temperatura, como as funções do tempo e espaço. 1.2 Princípio de Pascal Blaise Pascal (1623-1662) foi um físico, filósofo e matemático francês de curta existência, que como filósofo e místico teve uma das afirmações mais pronunciadas pela humanidade nos séculos posteriores: “O coração tem razões que a própria razão desconhece”. Como físico, em um de seus estudos, esclareceu o princípio barométrico, a prensa hidráulica e a transmissibilidade das pressões. O Princípio de Pascal, ou Lei de Pascal, que se emprega aos elevadores hidráulicos de postos de combustíveis e aos freios hidráulicos, estabelece que a alteração de pressão produzida num fluído em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente. A diferença de pressão devida a uma diferença na elevação de uma coluna de fluído é dada por: ΔP = pg(Δh) Onde, usando o Sistema Internacional de unidades: “ΔP” é a pressão hidrostática (em pascal), ou a diferença de pressão entre dois pontos da coluna de fluído, devido ao peso do fluído; “p” é a densidade do fluído (em quilogramas por metro cúbico); “g” é aceleração da gravidade da Terra ao nível do mar (em metros por segundo ao quadrado); “Δh” é a altura do fluído acima (em metros), ou a diferença entre dois pontos da coluna de fluído. Consideremos um líquido em equilíbrio colocado em um recipiente. Vamos supor que as pressões hidrostáticas nos pontos A e B (veja a figura 2) sejam, respectivamente, 0,2 e 0,5 atm. Se através de um êmbolo comprimirmos o líquido (F), produzindo uma pressão de 0,1 atm, todos os pontos do líquido, sofrerão o mesmo acréscimo de pressão. Portanto os pontos A e B apresentarão pressões de 0,3 atm e 0,6 atm, respectivamente. Uma aplicação simples deste princípio é a prensa hidráulica. A prensa é um dispositivo com dois vasos comunicantes, que possui dois êmbolos de diferentes áreas sobre a superfície do líquido. Figura 2: Exemplo de Lei de Pascal As prensas hidráulicas em geral, sistemas multiplicadores de força, são construídos com base no Princípio de Pascal. Uma aplicação importante é encontrada nos freios hidráulicos usados em automóveis, caminhões, etc. Quando se exerce uma força no pedal, produz-se uma pressão que é transmitida integralmente para as rodas através de um líquido, no caso, o óleo. A figura seguinte esquematiza uma das aplicações práticas da prensa hidráulica: o elevador de automóveis usado nos postos de gasolina. O ar comprimido, empurrando o óleo no tubo estreito, produz um acréscimo de pressão (D p), que pelo princípio de Pascal, se transmite integralmente para o tubo largo, onde se encontra o automóvel. Sendo D p1 = D p2 e lembrando que D p = F/A , escrevemos: Como A2 > A1 , temos F2 > F1 , ou seja, a intensidade da força é diretamente proporcional à área do tubo. A prensa hidráulica é uma máquina que multiplica a forçaaplicada. Por outro lado, admitindo-se que não existam perdas na máquina, o trabalho motor realizado pela força do ar comprimido é igual ao trabalho resistente realizado pelo peso do automóvel. Figura 3: Prensa para carros Desse modo, os deslocamentos – o do automóvel e o do nível do óleo – são inversamente proporcionais às áreas dos tubos: 1 = 2 F1d1 = F2d2 Mas na prensa hidráulica ocorre o seguinte: Comparando-se com a expressão anterior, obtemos: Figura 4: Exemplo elevador hidráulico 1.3 Cálculos utilizados Fórmula para encontrar a área da seringa (área do cilindro): Ac = (2π.r²).h A = Área r = raio h = altura a) Área seringa 20ml Diâmetro = 24mm = 2,40cm Altura = 100mm = 10,00cm A = (2 . 3,1415 . 1,2²) . 10 A = 90,48cm³ Fórmula da Pressão : Obs.: Para a determinação da pressão será utilizada uma força “F” hipotética de 10N aplicada em cada seringa menor. P=F/A P = Pressão (Pa) F = Força (N) A = Área (cm³) a) Para seringa de 20ml P = 10 / 90,48 P = 0,111 Pa Fórmula de Força: F=A.P F = Força resultante na seringa maior A = Área da seringa maior P = Pressão resultante na seringa menor a) Força da seringa de 20ml F = 90,48 . 0,111 F = 10,04N 2. Construção do Guindaste Para construção do Guindaste Hidráulico, primeiramente foi pego as seringas e testado para ver como seria o funcionamento hidráulico. Em seguida foram coletadas as medidas do projeto para medir o tamanho dos braços mecânicos. Ao montar os braços com o eletroímã, foi calculado o peso do braço principal. Colocamos um contra peso ao contrário do eletroímã para balancear e para o braço não subir ou descer sozinho (assim como é realizado nos guindastes em tamanho real quando exercem grande força para erguer ou movimentar grande peso). Também para ter um melhor controle hidráulico. 2.1 Funcionamento do Guindaste O guindaste funciona com 3 seringas que são como pistões hidráulicos, e 3 seringas que são os comandos hidráulicos. As seringas que funcionam como pistões hidráulicos são as seringas A,B e C. A seringa A faz o braço mecânico mover para cima e para baixo, a seringa B faz o outro braço mecânico esticar ou encolher a haste, nessa haste está equipada o eletroímã, a última seringa (C) faz o braço mecânico principal virar para a esquerda e para a direita. Figura 5: Guindaste setas indicativas 3. Eletroímã Pegamos uma bobina de um carregador 12 V. Desmontamos o mesmo e seus componentes, retirando as chapinhas em forma de um M para recolocar novamente de um lado único e organizado. Desenrolamos o fio inteiro de cobre, com a carcaça de plástico sem componente nenhum, o isolamos com uma fita isolante. O fio de cobre foi enrolado novamente deixando 20 cm, para recomeçar a enrolar o fio novamente na carcaça organizadamente. Recolocamos as placa em forma de M de um lado único e organizado. Figura 6: Botões Figura 7: Chapas formato M Figura 8: Fio de Cobre Figura 10: Cápsula de pilha Figura 11: Suporte Figura 9: Pilhas 3.1 Funcionamento do Eletroímã O eletroímã funciona com 4 pilhas grandes para um melhor desempenho ,e também para manter a peça içada por mais tempo. Foi instalado um botão de on-off para energizar e desligar o eletroímã. O suporte das pilhas foi feito com material em inox e isolado para não haver corrosão e para a maior segurança. 3.2 O que é um eletroímã Quando um solenoide é percorrido por corrente elétrica cria um campo magnético em seu interior e exterior apresentando assim uma configuração de campo magnético semelhante ao de um ímã em forma de barra. Acrescentando um núcleo de ferro a este solenoide (bobina) o campo magnético torna-se mais intenso. Criamos, então, um eletroímã, ou seja, um ímã obtido por meio de corrente elétrica. A corrente elétrica passando pelas espiras da bobina gera o campo magnético, o qual faz com que os ímãs elementares do núcleo de ferro se orientem, imantando-o e, consequentemente, gerando a propriedade de atrair outros materiais ferro magnéticos. Observando a figura abaixo vemos que no eletroímã as linhas de campo entram em uma extremidade e saem na outra, já no imã, elas entram no polo sul e saem no polo norte de maneira praticamente igual Figura 12: Eletroímã Os eletroímãs têm muitas aplicações, dentre elas, podemos destacar: nos motores, nas campainhas, nos telefones, na indústria de construção naval e no guindaste eletromagnético. Figura 13: Circuito elétrico 4 Mudanças do Projeto Foi necessário depois de pronto modificar o braço hidráulico que encaminha o eletroímã para frente e para trás, pois ficou com pouco curso para frente e muito curso para trás, foi preciso mudar a furação onde a seringa estava fixada, e também colocar um fim de curso nas seringas que fazem o comando hidráulico, pois elas acionavam até desmontar. Figura 12: Guindaste Eletromagnético 5 Desenho Técnico 5.1 Vistas 3D Figura 14: Vista Lateral Direita Figura 15: Vista Lateral Esquerda Figura 16: Vista Superior Figura 17: Vista Frontal Figura 18: Vista Isométrica 5.2 Vistas 2D Figura 19: Vistas 2D com medidas principais Figura 20: Vista 2D explodida 6. Tabela de Gastos e Materiais utilizados A tabela abaixo está apresentando o material utilizado para a conclusão do nosso projeto. Com materiais doados e materiais comprados. Quantidade Material Preço/Unidade Preço Total 8 Cotovelos PVC 21 R$0,90 R$7,20 2,2 m Cano PVC 21 R$17,00 R$35,70 5 Tábuas 14x95x240mm Doado Doado 2 Tábuas 23x47x480mm Doado Doado 2 Eixos roscados M6 R$5,00 R$10,00 26 Porcas M6 R$0,20 R$5,20 2 Cantoneiras 30x35x35mm Doado Doado 2 Cantoneiras 35x35x100mm Doado Doado 6 Seringas 20 ml Doado Doado 1 Tubo de aço d38xd34x280mm R$30,00 R$30,00 2,2 m Mangueira d4mm Doado Doado 2 Suporte Doado Doado 2 Polias R$13,00 R$26,00 450 mm Barbante Doado Doado 9 Parafusos M3x30mm R$0,05 R$0,45 9 Porcas M3 R$0,20 R$1,80 1 Contrapeso Doado Doado 1 Chave liga/desliga R$2,00 R$2,00 4 Parafusos M6x30mm R$0,10 R$0,40 TOTAL R$ 118,75 7. Resultados dos Testes Preliminares No teste de movimentação do braço do guindaste, utilizando as manoplas, que controlam as seringas e consequentemente a movimentação do braço mecânico, verificou-se que com essas manoplas o movimento se tornou mais suave que o comum, já que anteriormente sem as mesmas, o movimento havia ficado brusco. Com este procedimento conseguimos uma operação do guindaste satisfatória. Desta maneira iniciamos o processo de aperfeiçoamento do projeto até estar concluído. 8. Conclusão Foi concluído que os objetivos solicitados inicialmente foram cumpridos, visto que o guindaste encontra-se em perfeito funcionamento. Tal projeto proporcionou estudo prático das leis físicas estudadas durante o curso que descrevem o magnetismo, lei das alavancas, pressão, volume entre outros. Ao desenvolvermos o projeto, o conceito de trabalho em equipe foi aprimorado e enriquecido de forma que as atividades foram subdivididas e executadas de modo uniforme por todos os integrantes. Bibliografia http://ciencia.hsw.uol.com.br/guindastes-hidraulicos.htm http://pt.cyclopaedia.net/wiki/Dinamica-de-fluidos http://www.brasilescola.com/fisica/principio-de-pascal.htm http://www.academia.edu/8380065/Guindaste_Hidr%C3%A1ulico Imagens: • Arquivo Pessoal • www.google.com.br
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