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Universidade Paulista - Araraquara - SP Cibele Regina Martins Navarro RA - 2015420 APS - Atividades Praticas Supervisionada "Guindaste Hidráulico Com Eletroímã" 4° Semestre – Engenharia Sumário 1. Introdução........................................................................................................03 1.1 Origem guindastes.....................................................................................03 2. Sistema hidraulico............................................................................................05 3. Eletroimã..........................................................................................................07 4. Cálculos estruturais.........................................................................................08 4.1........................................................................................................................08 4.2........................................................................................................................08 4.3........................................................................................................................09 5. Materiais e ferramentas...................................................................................09 1 6. Atuação Sistema Hidráulico e Eletroimã...........................................................11 7. Conclusão...........................................................................................................12 8. Referências Bibliográficas..................................................................................13 1 - Introdução A atividade tem por objetivo demonstrar o desenvolvimento e a construção de um guindaste hidráulico, sendo movimentado por seringas e mangueiras. Em seu braço possuirá um eletroímã que permitirá executar o transporte de objetos através de um campo eletromagnético. 1.1 – Origem guindastes Os primeiros guindastes foram inventados na Idade Antiga pelos gregos e eram movidos por homens e/ou animais de carga (como os burros). Esses guindastes eram usados para construção de carros e prédios. Guindastes maiores foram 2 https://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_Antiga https://pt.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%A9cia_Antiga desenvolvidos posteriormente usando engrenagens movidas por tração humana, permitindo a elevação de cargas mais pesadas. Na Alta Idade Média, guindastes portuários foram introduzidos para carregamentos, descarregamentos e construções de embarcações - alguns eram construídos sobre torres de pedra para estabilidade e capacidade extras. Os primeiros guindastes eram feitos de madeira, mas, com a Revolução Industrial, passaram a ser produzidos com ferro fundido e aço. Atualmente, o guindaste é constituído normalmente por uma torre equipada com cabos e roldanas que é usada para levantar e baixar materiais. Na construção civil, os guindastes são estruturas temporárias fixadas ao chão ou montadas num veículo especialmente concebido, normalmente ao lado da edificação, usado para elevar cargas pesadas aos andares superiores. Os guindastes podem ser operados com cabine aonde há um controlador ou operador, por uma pequena unidade de controle que pode comunicar via rádio, por infravermelhos ou ligada por cabo. Há aproximadamente 4.500 anos no Egito, a elevação dos blocos de pedra das pirâmides ocorreu por um sistema de rodas presas a um eixo, com uma correia que aplicava força e outra resistência para elevação. (Também conhecido como talha). Posteriormente criaram as rampas de acesso como um meio de transportar as cargas de forma vertical. Etimologia: "Guindaste" procededo escandinavo vindâss, através do francês antigo guindas (hoje, guindeau). Entre os mais variados tipos de guindastes, podemos citar: 3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Alta_Idade_M%C3%A9dia https://pt.wikipedia.org/wiki/Revolu%C3%A7%C3%A3o_Industrial https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro_fundido https://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o https://pt.wikipedia.org/wiki/Torre https://pt.wikipedia.org/wiki/Roldana https://pt.wikipedia.org/wiki/R%C3%A1dio_(telecomunica%C3%A7%C3%B5es) https://pt.wikipedia.org/wiki/Infravermelhos https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnguas_n%C3%B3rdicas https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADngua_francesa https://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADngua_francesa A - Grua: Também chamada de guindaste universal de torre, é um equipamento desenvolvido para auxiliar no transporte de cargas, tanto na horizontal como na vertical, tendo sido criada na Europa bem antes da Segunda Guerra Mundial (1939-1945). Foi mantida a sua concepção inicial sem grandes alterações até os dias de hoje. Desta forma, podemos dizer que é um equipamento de grande durabilidade e versatilidade: tendo manutenção adequada, poderá ser utilizado por várias décadas. Ela é uma estrutura metálica de grande porte, pode ter altura de trabalho de 10 metros até 150 metros ou mais. A grande evolução ocorrida com as Gruas atualmente, ocorreu a partir de 1997, quando houve a inserção junto ao sistema de comando dos motores elétricos convencionais existentes, o sistema eletrônico de variador de frequência ou conversor de torque, fazendo com que a grua trabalhe mais suavemente, com arranque menos brusco acarretando menores manutenções e menor desgaste, inclusive com maior economia no consumo de energia elétrica. B - Pinça ou multiangular: Usado na construção civil, é desmontável devido a ser pesado e grande, geralmente treliçado. É composto de duas extremidades: numa delas, fica a pinça elevatória descendente e/ou ascendente; na outra, fica um imenso contrapeso, que estabiliza o conjunto, evitando a sua queda. Normalmente, é fixada em pesada base sustentado por uma torre modular. É um conjunto de possante motor com roldanas, acopladas a um ou mais cabos de alta resistência. Utiliza a teoria das roldanas para "dividir" o peso nos cabos de elevação. 4 https://pt.wikipedia.org/wiki/Segunda_Guerra_Mundial https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor https://pt.wikipedia.org/wiki/Frequ%C3%AAncia https://pt.wikipedia.org/wiki/Torque https://pt.wikipedia.org/wiki/Contrapeso C - Pórticos: Usados normalmente em portos para descarregar grandes e pequenos contentores ou contêineres, ou embalagens padrão para transporte de cargas com capacidade de até 20 metros cúbicos. Esse tipo de guindaste pode erguer até 12 contentores (contêineres) de 20 metros cúbicos cada um ou mais em alguns casos. 5 D - Grua florestal: Equipamento utilizado para transportar toras de madeira, carregadas em caminhões ou carretas, levadas para processamento em indústrias de carvão vegetal, papel e celulose e para alimentação de caldeiras. 6 E - Truck-crane, guindauto rodoviário ou munck: Usados para a movimentação de cargas na construção civil, descarga de maquinário, montagem de estruturas e movimentação de tanques, silos, entre outras utilidades. São equipamentos montados sobre caminhão convencional (com chassis alongado) ou concebidos num conjunto que já compreende caminhão e equipamento num só. Tem lança telescópica com a opção de colocação de jib. Podem ter diversas capacidades e ser de diversas marcas, em sua maioria estrangeiras. Popularmente no Brasil são chamados de "caminhão munck". 2 - Sistema Hidráulico Os sistemas hidráulicos são utilizados para a geração, controle e transmissão de energia por meio de líquidos pressurizados, o que proporciona características tais como alta precisão e força, controle de velocidade e do sentido de deslocamento. 7 https://pt.wikipedia.org/wiki/Munck Os primeiros projetos de engenharia hidráulica foram desenvolvidos há milhares de anos na roma antiga e destinavam-se à irrigação dos campos agrícolas. Desde então, têm sido constantes as obras para o controle e abastecimento de água para a produção de alimentos. As primeiras máquinas hidráulicas - das quais a primeira foi o relógio de água - apareceram no início do segundo milénio a.C.. Outros exemplos de sistemas que faziam uso da gravidade para fazer mover a água eram o sistemaQanat na antiga Pérsia e o semelhante sistema Turpan na antiga China, bem como os canais de irrigação no Peru. Na China antiga, a engenharia hidráulica estava altamente desenvolvida, sendo construídos enormes canais com diques e barragens para canalizar a água para irrigação, e eclusas que permitiam o atravessamento de navios. Dentre os projetistas destes canais, notabilizou-se Sunshu Ao, considerado o primeiro engenheiro hidráulico chinês. A Ximen Bao - outro importante engenheiro hidráulico chinês - foi creditado o início da prática da irrigação em larga escala através de canais, durante o Período dos Reinos Combatentes (481 a.C. a 221 a.C.). Ainda hoje, os engenheiros hidráulicos são alvo de um grande respeito na China, um exemplo sendo o seu ex-presidente, Hu Jintao, que foi um antigo engenheiro hidráulico. No século VI a.C., foi construído o Túnel de Eupalinos pelo engenheiro grego Eupalinos de Mégara, um enorme feito tanto de engenharia civil como de engenharia hidráulica. Em termos de engenharia civil, o aspeto notável foi o fato de o túnel ter sido escavado a partir de ambas as extremidades, o que obrigou a um trabalho de grande precisão de modo a permitir que os dois troços do túnel se encontrassem um com o outro e de modo a garantir um pendente suficiente para a água fluir. A engenharia hidráulica tornou-se altamente desenvolvida no Império Romano, onde foi especialmente aplicada à construção e à manutenção de aquedutos para o fornecimento de água e a drenagem de esgotos urbanos. Além de proverem as necessidades dos cidadãos em termos de água, os engenheiros romanos usaram meios hidráulicos de mineração, para a prospecção e extração de depósitos aluviais de ouro e de outros minérios como o estanho e o chumbo. Posteriores avanços na engenharia hidráulica ocorreram no mundo islâmico, entre os séculos VIII e XVI, no período que é conhecido como a "Idade de de Ouro do Islão". De particular importância era o sistema tecnológico de gestão da água, fulcral para a Revolução Agrícola Árabe e um precursor da moderna tecnologia. Os vários componentes deste sistema foram desenvolvidos em diferentes regiões da Europa, Ásia e África, dentro e fora do mundo islâmico. Contudo, foi nas regiões 8 https://pt.wikipedia.org/wiki/Alimento https://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_hidr%C3%A1ulica https://pt.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%B3gio_de_%C3%A1gua https://pt.wikipedia.org/wiki/Segundo_mil%C3%A9nio_a.C. https://pt.wikipedia.org/wiki/Antiga_P%C3%A9rsia https://pt.wikipedia.org/wiki/Antiga_China https://pt.wikipedia.org/wiki/Peru https://pt.wikipedia.org/wiki/Canal https://pt.wikipedia.org/wiki/Dique https://pt.wikipedia.org/wiki/Barragem https://pt.wikipedia.org/wiki/Eclusa https://pt.wikipedia.org/wiki/Navio https://pt.wikipedia.org/wiki/Sunshu_Ao https://pt.wikipedia.org/wiki/Ximen_Bao https://pt.wikipedia.org/wiki/Irriga%C3%A7%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_dos_Reinos_Combatentes https://pt.wikipedia.org/wiki/481_a.C. https://pt.wikipedia.org/wiki/221_a.C. https://pt.wikipedia.org/wiki/Hu_Jintao https://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9culo_VI_a.C. https://pt.wikipedia.org/wiki/Aqueduto_de_Eupalinos https://pt.wikipedia.org/wiki/Eupalinos_de_M%C3%A9gara https://pt.wikipedia.org/wiki/Imp%C3%A9rio_Romano https://pt.wikipedia.org/wiki/Aqueduto https://pt.wikipedia.org/wiki/Minera%C3%A7%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Ouro https://pt.wikipedia.org/wiki/Estanho https://pt.wikipedia.org/wiki/Chumbo https://pt.wikipedia.org/wiki/Mundo_isl%C3%A2mico https://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9culo_VIII https://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9culo_XVI https://pt.wikipedia.org/wiki/Europa https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81sia https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81frica islâmicas medievais que o sistema de gestão da água foi montado e padronizado, sendo subsequentemente difundido para o resto do mundo. Sob o domínio unificado do Califado islâmico, diferentes tecnologias hidráulicas regionais foram montadas num sistema tecnológico de gestão da água que viria a ter um impacto global. Nos vários componentes de várias origens regionais deste sistema incluíam-se canais, barragens, o sistema Qanat persa, aparelhos de elevação de água como a nora, o shaduf e a bomba de parafuso do Egito, o moinho de vento do Afeganistão, saqiya da Espanha muçulmana, a bomba recíproca do Iraque e o sistema hidráulico com engrenagens da Síria. O Princípio de Pascal é uma lei da hidrostática que envolve a variação de pressão hidráulica num fluido em equilíbrio. Recebe esse nome pois foi elaborada no século XVII pelo físico, matemático e filósofo francês Blaise Pascal (1623-1662). Seu enunciado é expresso da seguinte maneira: “O aumento da pressão exercida em um líquido em equilíbrio é transmitido integralmente a todos os pontos do líquido bem como às paredes do recipiente em que ele está contido.” Fórmula A partir da figura acima, a fórmula do Princípio de Pascal é expressa: Onde, F1 e F2: forças aplicadas aos êmbolos 1 e 2 A1 e A2: áreas dos êmbolos 1 e 2 9 https://pt.wikipedia.org/wiki/Idade_M%C3%A9dia https://pt.wikipedia.org/wiki/Califado https://pt.wikipedia.org/wiki/Nora https://pt.wikipedia.org/wiki/Parafuso_de_Arquimedes https://pt.wikipedia.org/wiki/Egito https://pt.wikipedia.org/wiki/Moinho_de_vento https://pt.wikipedia.org/wiki/Moinho_de_vento https://pt.wikipedia.org/wiki/Afeganist%C3%A3o https://pt.wikipedia.org/wiki/Iraque https://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADria https://www.todamateria.com.br/blaise-pascal/ Nesse sentido, as intensidades das forças aplicadas são diretamente proporcionais às áreas dos êmbolos. ; e consequentemente: 𝐹 1 𝐴 1 = 𝐹 2 𝐴 2 𝐹 2 = 𝐹 1 𝐴 2 𝐴 1 3 – Eletroímã O físico Willian Sturgeon, nascido 22 de maio de 1783, no Reino Unido. Ele foi o responsável por uma das invenções que alterou o curso da história: o eletroímã. A partir dele, outros dispositivos centrais da tecnologia moderna puderam surgir, como o telégrafo e o motor elétrico. A vida antes e depois da física Willian Sturgeon nasceu em Whittington, em Lancashire, um dos condados da Inglaterra, onde foi aprendiz de sapateiro. Ele se juntou ao exército em 1802 e se dedicou ao ensino de matemática e física. Autodidata em fenômenos elétricos e ciências naturais, passou muito tempo lecionando e conduzindo experimentos elétricos. Em 1824, tornou-se professor de Ciências e Filosofia no Royal Military College, em Addiscombe, Surrey. Foi no ano seguinte que Sturgeon apresentou seu primeiro eletroímã. Como se deu a invenção? Sturgeon curvou uma barra de ferro comum, criando o formato de uma ferradura. Depois, a revestiu com verniz e enrolou com fio de cobre desencapado. Quando provocou a passagem de corrente gerada por uma pilha voltaica pelo fio, a ferradura se tornou um imã capaz de sustentar o peso de quase 4 quilos, o que representava muito para a época. Surgia, assim, o eletroímã. 10 Em 1832 o físico também inventou o comutador, parte integrante dos motores elétricos mais modernos. Em 1836, ano em que fundou a revista mensal Annals of Electricity, Willian Sturgeon inventou o primeiro galvanômetro de bobina suspenso, um dispositivo para medir a corrente. Ele também melhorou a bateria voltaica e trabalhou na teoria da termoeletricidade. 08 De mais de 500 observações de pipa, estabeleceu que, em climas serenos, a atmosfera é invariavelmente carregada positivamente em relação à Terra, tornando-se mais positiva com o aumento da altitude. Aplicações práticas O eletroímã é, basicamente, um imã obtido por meio de corrente elétrica, portanto um imã não natural. É o que faz, por exemplo, o motor elétrico funcionar, já que sua base é composta pela repulsão entre dois ímãs, um natural e o eletroímã. O eletroímã também é usado em campainhas, telefones, aparelhos de telégrafo, relés, alto-falantes, relógios elétricos, ventiladores, geladeiras, lavadoras, batedeiras, geradores, chaves automáticas, disjuntores. Guindastes com eletroímãs são usados para carregar e descarregar ferro, e para separar o ferro e o aço de outrosmateriais. O eletroímã é parte importante de uma infinidade de outros aparelhos, dispositivos e máquinas. O eletroímã é um tipo de dispositivo eletromagnético, o qual faz uso de corrente elétrica, a fim de gerar um campo magnético. A intensidade desse campo dependerá do número de voltas do fio e da intensidade da corrente elétrica sobre o fio. 11 O eletroímã ou eletroíman (AO 1945: electroíman) é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, semelhantes àqueles encontrados nos ímãs naturais.[1] É geralmente construído aplicando-se um fio elétrico espiralado ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto ou algum material ferromagnético. Quando o fio é submetido a uma tensão, o mesmo é percorrido por uma corrente elétrica, o que gerará um campo magnético na área a este aspecto, espira através da Lei de Biot-Savart. A intensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do eletroímã dependerão da intensidade da corrente aplicada e do número de voltas da espira. A passagem de corrente elétrica por um condutor produz campos magnéticos nas suas imediações e estabelece um fluxo magnético no material ferromagnético envolto pelas espiras do condutor. A razão entre a intensidade do fluxo magnético 09 concatenado pelas espiras e a corrente que produziu esse fluxo é a indutância. O pedaço de ferro apresenta as características de um ímã permanente, enquanto a corrente for mantida circulando, e o campo magnético pode ser constante ou variável no tempo dependendo da corrente utilizada (contínua ou alternada). Ao se interromper a passagem da corrente o envolto pelas espiras pode tanto manter as características magnéticas ou não, dependendo das propriedades do mesmo. Campo magnético existe em todos os fios que transportam eletricidade, dá para comprovar isso com um simples experimento: Coloque a bússola sobre a mesa e, com o fio perto da bússola, conecte, por alguns segundos, o fio entre as extremidades positiva e negativa da pilha. O que você vai perceber é que a agulha da bússola se desloca. Inicialmente, a bússola irá apontar para o pólo norte da Terra, ao conectar o fio à pilha, a agulha da bússola oscila, visto que essa agulha é um pequeno ímã com um pólo norte e um pólo sul. Considerando que a agulha é 12 https://pt.wikipedia.org/wiki/Acordo_Ortogr%C3%A1fico_de_1945 https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_el%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dm%C3%A3 https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletro%C3%ADm%C3%A3#cite_note-1 https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro https://pt.wikipedia.org/wiki/A%C3%A7o https://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquel https://pt.wikipedia.org/wiki/Cobalto https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo https://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_el%C3%A9trica https://pt.wikipedia.org/wiki/Espira_(eletromagnetismo) https://pt.wikipedia.org/wiki/Lei_de_Biot-Savart https://pt.wikipedia.org/wiki/Indut%C3%A2ncia https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_cont%C3%ADnua https://pt.wikipedia.org/wiki/Corrente_alternada https://pt.wikipedia.org/wiki/Eletricidade https://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%BAssola pequena, ela é sensível a campos magnéticos pequenos. Então, o campo magnético criado no fio, pelo fluxo de elétrons, afeta a bússola. 4 - Cálculos estruturais 4.1. Fórmula da pressão P = F/A Onde, P=Pressão (Pa) F= Força (N) A= Área (cm²) 10 4.2. Fórmula da área de um cilindro A = (π.d²) / 4 Onde, A= Área d= Diâmetro 13 4.3. Cálculo da pressão no projeto Cilindro de 20 ml Diâmetro= 21,80mm = 2,18 cm A = 𝜋.𝑑²/4 A = 𝜋.2,18²/4 A = 3,73 cm² Para calcular a pressão e a força exercida pelos cilindros para movimentar o guindaste hidráulico, usaremos como base uma Força de 10 N. P = F/A P = 10/3,73 P = 2,68 N/cm² Esta pressão será a mesma no cilindro de saída, pois o diâmetro das seringas é igual. Isto pode ser afirmado segundo a lei de Pascal. 5 – Materiais e Ferramentas 14 15 16 FERRAMENTAS Furadeira elétrica Serra tico-tico Pistola cola-quente Chave fixa 1/4 Alicate bico Tesoura Ferro de solda Chave cruzada 3/16 MATERIAIS 1 Pç Placa compensado 15 mm x 350 mm x 350 mm 1 Pç Sarrafo 20 mm x 20 mm x 500 mm 1 Pç Sarrafo 25mm x 50mm x 700 mm 2 Pç Prancheta escolar de compensado 8 Pç Seringa 10 ml 2 Mts Mangueira cristal 3/16 8 Pç Parafuso sextavado1/4 x 2" 8 Pç Porca sextavada 1/4 16 Pç Arruela lisa 1/4 10 Pç Presilha plástica TR4 3 Pç Gancho com rosca 1/16 2 Pç Parafuso rosca soberba 1/8 1 Pç Tubo pvc 3/4 x 50mm 1 Pç Tubo super cola 1 Pç Lata spray amarelo 1 Pç Lata spray preto 1 Pç Prego 20 x 42 2 Mts Fio cobre descascado 17 1 Mts Fio duplo 1,0 mm 1 Pç Botão liga/desliga 1 Pç Pilha alcalina AA 1 Pç Caixa papelão 100 mm x 200 mm 2 Pç Refil cola quente 1 Pç Papel EVA preto 600 mm x 600 mm 6 - Atuação Guindaste Hidráulico com eletroímã O sistema hidráulico que dará movimento ao guindaste é bem simples, foram utilizadas seis seringas, três para controle e três como atuadores conforme indicado no esquema hidráulico no item. As seringas que trabalham como atuadores foram presas em placas de compensado, que por sua vez, foram fixadas com apenas um parafuso no centro, assim gerando uma mobilidade já que os atuadores devem se deslocar junto com o movimento do braço para melhorar o alcance da haste da seringa. Como não há um grande esforço, o fluido utilizado foi a água. er o sistema já montado no braço. Um eletroímã é basicamente formado por diversas voltas de fio condutor enrolado sobre um núcleo de material ferromagnético como ferro ou aço. Ao curvar um fio condutor retilíneo para fazer uma espira, as linhas do campo magnético também terão sua forma modificada para acompanhar a nova forma do condutor. 18 7 – Conclusão Desenvolver o projeto foi de grande importância e valia, pois proporcionou um melhor entendimento sobre conceitos teóricos de pressão, força, fluidos, eletromagnetismo, entre outros. Foi possível compreender o princípio básico de funcionamento de um guindaste hidráulico industrial, estudar e verificar as leis relacionadas à pressão. Nos primeiros testes foi possível verificar as falhas e os erros cometidos, assim podendo eliminá-los para chegar ao objetivo. Problemas como peso excessivo, vazamentos nas mangueiras, pressão aplicada nas seringas insuficientes e eletroímã fraco, são exemplos de imprevistos que foram superados até a etapa de conclusão. O guindaste foi capaz de elevar uma carga superior a de 50 gramas. Todo o cuidado na utilização dos materiais, preocupação com alinhamento, vedação das conexões, construção da estrutura gerou um resultado satisfatório. 19 8 - Referências Bibliográficas 1. Engenharia Portugal (24 de junho de 2011). «A Maior Grua Telescópica do Mundo» (em inglês). Consultado em 12 de Outubro 2021 2. ↑ «Navio guindaste». 12 de Outubro 2021 3. ↑ FERREIRA, A. B. H. Novo dicionário da língua portuguesa. 2ª edição. Rio de Janeiro. 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