PROJECTO DE MAQUINAS

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INSTITUTO SUPERIOR E UNIVERSITÁRIO DE TETE 
 
 
 
Curso:Engenharia Mecânica 
 
Ano:4˚ 
 
 
Accionamento de um Cabrestante de Tambor 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tete, junho 2022 
 
 
ISUTE 
INSTITUTO SUPERIOR E UNIVERSITÁRIO DE TETE 
 
 
 
 
Accionamento de um Cabrestante de Tambor 
 
 
Trabalho avaliativo de Projecto de Maquinas 
 
Discente: Tomas Sergio Sumbana 
 Docente: Eng0 Pedro Cumbe 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tete, Junho de 2022 
 
 
Lista de símbolos Calculo cinemático 
Kdia − Coeficiente de utilização durante o dia 
 Kano − Coeficiente de utilização durante o ano 
ks – Coeficiente de segurança para o transportador de placas 
Fr - Força de ruptura 
 
 
 
 
Liste de Tabelas 
Tabela 1: características dos motores electricos ........................................................................ 12 
 
Sumário 
1.Introdução .................................................................................................................. 7 
2.Objectivos .................................................................................................................. 8 
2.1.Objectivos gerais ..................................................................................................... 8 
2.2.Objectivos Específicos ............................................................................................ 8 
3.Metodologia usada ..................................................................................................... 8 
4.Destino e campo de aplicação do acionamento ......................................................... 8 
5.Calculo cinemático do acionamento e escolha do motor electrico ............................ 8 
5.1.Determinação da potência, frequência das rotações e dimensões principais do 
tambor motor do cabrestante ......................................................................................... 9 
5.1.1.Determinação da carga de ruptura calculada para o cabo .................................... 9 
5.1.2.Escolha do tipo e diâmetro do cabo de aço .......................................................... 9 
5.1.3.Determinação do diâmetro do tambor Dt ............................................................. 9 
5.1.4.Determinação do diâmetro Calculado do Tambor ............................................... 9 
5.1.5.Calculo de frequência de rotação do tambor ..................................................... 10 
5.1.6.Determinação da velocidade do cabo ................................................................ 10 
5.1.7.Cálculo do comprimento do tambor em função do comprimento do cabo a enrolar 
sobre ele ...................................................................................................................... 10 
5.1.8.Determinação da potência sobre o veio do tambor ............................................ 10 
5.1.8.Determinação da espessura da parede do tambor .............................................. 10 
5.2.Escolha do motor electrico ................................................................................... 11 
5.3.Escolha dos parâmetros do motor electrico .......................................................... 12 
5.4.Cálculo da relação de transmissão geral do acionamento ..................................... 12 
 
 
 
 
Enunciado do Projecto 
Tarefa 
N0: 18 
Variante:6 
Grafico:1 
Tabela:1 
Projectar o acionamento de um cabrestante de tambor com motor electrico. 
Tabela:1 
 
 
Grafico: 1 
 
 
O tempo de vida é de dez(10) anos e o gráfico de regime de carregamento e o número 1. 
O número de horas durante o dia é 15h de trabalho e o número de dias por ano será de 
225dias 
Kdia =
𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑜 𝑑𝑖𝑎
24
 = 0,625 
Kano =
𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑜 𝑎𝑛𝑜
365
 =0,617 
tΣ = 365 * 24 * 0,625 * 0,617 * 10 =33780,75 horas 
1.Introdução 
O Projecto Mecânico é uma cadeira que tem como objetivo proporcionar ao estudante a 
capacidade de projectar e dimensional maquinas através da união dos principais 
elementos que compõe um sistema mecânico, bem como algumas técnicas de 
dimensionamento ou seleção desses elementos mecânicos aplicados ao projectar de um 
conjunto de transmissões. 
O Projecto Mecânico é a base de toda produção industrial, nenhum produto industrial 
nasce sem a participação de um projecto. 
As maquinas tem a particularidade de tornar o trabalho do homem mais simples, isto é, 
reduzir os esforços que o homem haveria de efectuar ao levantar um corpo de massa 
considerável, ao deslocar-se por cerca de dezenas de quilômetros, etc., é por estas e outras. 
O presente trabalho tem como objetivo projectar o acionamento de cabrestante com 
capacidades suficientes para o referido acionamentos é composto por um motor electrico, 
uma transmissão por um redutor de parafuso sem-fim. 
No presente trabalho está contido algumas recomendações, procedimentos e uma serie de 
cálculos que possibilitam a concepção do projecto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.Objectivos 
2.1.Objectivos gerais 
Consolidar os conhecimentos sobre Resistencia dos matérias, Matérias de construção 
mecânica, Termodinâmica, Desenho CAD, Mecânica aplicada, Elementos de maquinas, 
etc. 
2.2.Objectivos Específicos 
 Idealizar e projectar um cabrestante electrico com tambor de fricção. 
 Elaborar desenhos em CAD os elementos que compõem e equipamentos 
projectados. 
3.Metodologia usada 
A metodologia usada para a concepção desde projecto basea-se no cálculo cinemático do 
acionamento através da escolha do motor electrico. Após a escolha do motor electrico 
faz-se o cálculo dos parâmetros cinemáticos tomando em conta as condições reais de 
funcionamento. 
4.Destino e campo de aplicação do acionamento 
Cabrestante é um aparelho constituído por um tambor vertical comandado por motor 
electrico ou por máquina a vapor, podendo também ser manobrado a mão; é situado num 
convés. 
Portanto, este acionamento destina-se atividades portuárias, servindo para alar uma espia 
ou para suspender a amarra, fazendo parte, neste caso do aparelho de fundear e suspender. 
5.Calculo cinemático do acionamento e escolha do motor electrico 
Segundo, cálculo cinemático é uma fase muito importante da projeção e, portanto, da 
correção as sua realização dependem a qualidade e a segurança da máquina em geral, a 
minimização das dimensões exteriores e da massa das transmissões mecânica do 
acionamento, a optimização do seu rendimento mecânico, etc. 
O cálculo cinemático do acionamento composta o cálculo da potência efetivamente 
desenvolvida pelo motor electrico, a escolha do motor electrico, a determinação da 
relação de transmissão geral do acionamento e sua partição pelos diversos escalões de 
redução e a determinação das potências e torques sobre todos os veios do acionamento. 
5.1.Determinação da potência, frequência das rotações e dimensões 
principais do tambor motor do cabrestante 
5.1.1.Determinação da carga de ruptura calculada para o cabo 
Segundo, determina-se a carga de ruptura calculada para o cabo pela seguinte formula, 
em kN: 
Fr = KS* Smax [kN] 
Onde: 
KS = (5....6) – é coeficiente normativo de segurança da resistência; 
Smax = Ft – é a forca de tensão máxima no cabo (forca tangencial máxima no cabo) [kN]. 
Toma-se KS = 6 e calcula-se: 
Fr = 6*5 = 30 kN 
5.1.2.Escolha do tipo e diâmetro do cabo de aço 
Escolhe-se o cabo com torcedura Lang, com construção 6*19 = 144. 
Pelo valor de Fr escolhe-se o diâmetro (dc) e a tensão de rotura (στ) do cabo na tabela 5 
de [1] (1996 P.10). Como o valor calculado da Fr =30 kN, não consta na tabela, escolhem- 
se valores correspondentes a Fr = 35,5 kN: 
dc = 8,3mm; 
στ = 1600Mpa; 
5.1.3.Determinação do diâmetro do tambor Dt 
O diâmetro do tambor Dt é fornecidocomo dado inicial, sendo Dt = 355 mm; 
5.1.4.Determinação do diâmetro Calculado do Tambor 
Tomando em conta que o cabo enrola-se numa só camada sobre o tambor determina-se 
o diâmetro calculado. 
Dtcalc = Dt + dc [mm] 
Assim, Dtcalc = 355+ 8,3 = 363,3 = 365 mm. 
5.1.5.Calculo de frequência de rotação do tambor 
Sendo dada a velocidade angular do tambor ωτ = 3 
1
𝑠
, determina-se a frequência de 
rotação do tambor nt = 3* 
1
𝑠
 * 60 
𝑠
𝑚𝑖𝑛
 = 180 rpm; 
5.1.6.Determinação da velocidade do cabo 
A velocidade do cabo é dada a partir da formula: 
nt = 
60000∗𝑣
Dtcalc∗𝜋
 
v = 
𝜋∗Dtcalc∗ nt 
60000
 [m\s] 
Tendo assim, a velocidade: 
 v = 
𝜋∗365∗180 
60000
 = 0,349 m\s 
5.1.7.Cálculo do comprimento do tambor em função do comprimento do 
cabo a enrolar sobre ele 
Como o comprimento do cabo a enrolar sobre o tambor não é conhecido, o 
comprimento do tambor é tomado a partir da seguinte recomendação: 
Lt =(1,2......1,5)* Dtcalc [mm] 
Então: Lt = 1,25* 365 =456,25 = 460 mm 
O comprimento do tambor deve considerar a distância entre apoios (L = 650 mm) 
fornecida na tabela inicialmente, de momento assumimos Lt = 460mm. 
5.1.8.Determinação da potência sobre o veio do tambor 
Determina-se a potência sobre o veio do tambor, em kW, pela seguinte formula: 
P = Smax * v 
Então, a potência sobre o veio do tambor será: 
P = 5 * 0,349 = 1,745 kW. 
5.1.8.Determinação da espessura da parede do tambor 
A espessura da parede do tambor de aço fundido será: 
δmax = 1,2 * dc [mm] 
Então: 
 δmax = 1,2 * 8,3 = 9,96 = 10 mm 
5.2.Escolha do motor electrico 
Segundo [1], a escolha do motor electrico faz-se segundo a potência desenvolvida no veio 
motor do acionamento (Pcalc), que se determina com base na potência do veio motor do 
cabrestante, contando com o rendimento global do acionamento. 
 Pcalc = 
𝑃
𝜂𝑔
 [kW] 
Onde: 
P: potência no veio motor da máquina acionada; 
𝜂𝑔: rendimento global do acionamento; 
O Rendimento geral do acionamento será dado por: 
𝜂𝑔 = 𝜂u.elast * 𝜂2rol * 𝜂psf *𝜂u.s.d.mult 
Onde: 
𝜂rol: é o rendimento mecânico nos mancais de rolamento; 
𝜂psf : é o rendimento mecânico na transmissão por parafuso sem-fim-caroa; 
𝜂u.elast : é o rendimento mecânico na união elástica; 
𝜂u.s.d.mult : é o rendimento mecânico na união; 
Da tabela 10 de [1],(P.18) extraem-se os seguintes valores de rendimento: 
𝜂𝑔 = 0,99 * 0,9952 *0,80 * 0,99 = 0,78 (78%). 
Coloca-se os respectivos valores na expressão e obtém-se: 
 Pcalc = 
1,3
0,78
 =1,7 kW 
5.3.Escolha dos parâmetros do motor electrico 
Da tabela 8 de [1], (PP.14-15), retém-se os seguintes motores electricos cuja potência 
nominal é 2,2 kW visto que, é o valor de potência mais próximo da potência calculada e 
garante a condição Pcalc ≤ Pmotor. 
Tabela 1: características dos motores electricos 
Variante 
 (i) 
Designação do 
motor 
Potência 
nominal [kW] 
Frequência de rotação [rpm] 
Síncronia 
𝜂sinc [rpm] 
Assíncrona 
𝜂assinc [rpm] 
1 4A80B2Y3 2,2 3000 2850 
2 4A90L4Y3 2,2 1500 1425 
3 4A100L6Y3 2,2 1000 950 
4 4A112MA8Y3 2,2 750 700 
 
5.4.Cálculo da relação de transmissão geral do acionamento 
A relação de transmissão geral do acionamento determina-se como relação entre a 
frequência de rotação assíncrona do veio do motor electrico e a do veio motor do 
dispositivo acionado (cabrestante para este caso): 
Ugi = 
𝑛𝑖
𝑛𝑡
 
Assim, para os motores pré-selecionados e suas respectivas frequências de rotações 
normais formula-se quatro variantes de cálculo e determina-se as relações de 
transmissões gerais respectivas: 
Ug1 = 
2850
180
 = 15,83 
Ug2 = 
1425
180
 =7,92 
Ug3 = 
950
180
 =5,28 
Ug4 = 
700
180
 =3,89 
Fazendo-se a repartição da relação de transmissão geral pelas transmissões dos 
componentes para cada uma das variantes e usando-se as tabelas 11,12, 13 e 14 da guia 
para cálculo cinemático de acionamento as relações de transmissão globais. 
De acordo com as recomendações da tabela 11 do guião de cálculo cinemático de 
acionamento, a relação de transmissão geral calculada recomendável deve estar no 
intervalo de “8......80” e os valores reais das relações de transmissão não devem ser 
superiores aos normalizados em mais de 4%.