PROJETO_Guindaste_de_Lanca_2000KG_2

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DIMENSIONAMENTO DE UM GUINDASTE DE LANÇA MONOAPOIADO 
COM CAPACIDADE PARA ATÉ 2000 KGF 
 
 
 
 
 
 
 
 
MAICON BITENCOURT 
FRANCISCO ALEXANDRE 
 
 
 
 
 
 
 Joinville – SC 
 2021 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA 
Engenharia Mecânica 
MAICON BITENCOURT 
FRANCISCO ALEXANDRE 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO BÁSICO DE EQUIPAMENTO DE MANUSEIO E 
TRANSPORTE DE CARGAS 
 
 
 
Elaboração de um Trabalho de 
Dimensionamento Básico de um 
Equipamento de Manuseio e 
Transporte de Cargas – Guindaste 
Tipo Lança monoapoiado da 
Universidade da Região de Joinville – 
Univille. 
 
Orientador: Professor José Carlos 
Iwaia. 
 
 
 
 
 
 
 Joinville – SC 
 2021 
RESUMO 
 
 
Neste trabalho apresentam-se o desenvolvimento da sequência, modelos 
e procedimentos que possibilitam o projeto básico de um equipamento de 
manuseio e transporte de cargas. 
Aborda-se mais especificamente o modelo para determinação dos 
componentes principais, bem como uma sugestão para verificação mecânica e 
estrutural destes componentes. 
A partir deste modelo, desenvolveu-se uma sequência objetiva do ponto 
de vista de engenharia para a configuração do equipamento. No 
desenvolvimento deste trabalho acadêmico é apresentado o desenvolvimento do 
dimensionamento básico de um dos subconjuntos de um Guindaste Tipo Lança 
monoapoiado com capacidade para 2000 KGF. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Este trabalho pretende projetar uma máquina de elevação e transporte 
para a movimentação de cargas diversas na indústria de maneira geral. As 
atividades de movimentação de mercadorias interferem de modo significativo na 
produtividade das empresas do setor metal mecânico, principalmente por se 
tratar de produtos pesados e de difícil manuseio. 
Máquinas de elevação e transporte são a melhor alternativa para a 
movimentação aérea desses produtos em um ambiente industrial, são usadas 
para movimentação de cargas a distâncias relativamente curtas em relação a 
outros tipos de máquinas de transporte, atuam em estabelecimentos ou áreas, 
departamentos, fábricas e indústrias, em canteiros de obras, em armazéns e etc. 
Existem diversos tipos de máquinas de elevação e transporte tais como 
pontes e pórticos rolantes, guindaste, transportadores de correia, etc. A seleção 
da máquina adequada depende de fatores como o tipo de material e o local de 
instalação, o guindaste tipo lança monoapoiado é a alternativa mais viável para 
este caso específico. Com a implantação de guindaste tipo lança monoapoiado 
reduz-se custos de mão de obra, materiais e despesas em gerais, além de 
melhorar as condições de trabalho dando maior segurança e reduzindo a fadiga 
dos funcionários. 
 Ainda há um aumento na capacidade produtiva da área e assim a 
empresa pode atingir um nível de produtividade que compensará o investimento. 
Neste trabalho apresentamos a metodologia do dimensionamento de um 
guindaste tipo lança monoapoiado giratório de coluna e seus componentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Objetivo Geral 
 
O objetivo deste trabalho é desenvolver o dimensionamento de um 
guindaste tipo lança que poderá operar no interior da instalação de uma fábrica 
de grande ou pequeno porte. Para o desenvolvimento do projeto será 
dimensionamento o cálculo das partes estruturais assim como os componentes 
mecânicos dos equipamentos de levantamento e movimentação de cargas e terá 
como base as normas NBR 8400 (1984) e NBR 8800 (2008). A NBR 8400 
estabelece os critérios mínimos para o dimensionamento de equipamentos para 
transporte e elevação de carga, e a NBR 8800 define os requisitos mínimos para 
o projeto de estruturas de aço. 
 
 
Objetivo Específico 
 
 Projeto das partes estruturais 
 Dimensionamento dos componentes e estrutura para uma carga de até 
2000KGF. 
 Encontrar no mercado uma talha com acionamento elétrico com carga 
para até 2000 KG. 
 
Guindaste de Lança 
Os guindastes de lança podem ser de parede ou coluna. Os de parede 
possuem sua fixação como o próprio nome menciona fixados na parece das mais 
várias formas de acordo com a norma. Já os de coluna possuem uma coluna de 
sustentação fixada ao solo que fornece a estrutura do guindaste. Este por sua 
vez possui lança giratória, com a função de movimentar-se lateralmente e 
levantar e baixar cargas com peso adequado a qual foi dimensionado através de 
uma talha com acionamento elétrico de comando manual. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Abus,2021 
 
Aplicação/Projeto 
 
 Carga máxima: 2000Kgf (C) 
 Altura de trabalho: 3,0m (H) 
 Velocidade de elevação: 5m/min (V) 
 Tempo de trabalho diário: 10h (T) 
 Número de ciclo por hora 3 ciclo/h (N) 
 
MÉTODOS E TÉCNICAS DE PESQUISA 
 
As pesquisas científicas necessitam de métodos, conjunto de processos 
para alcançar os objetivos propostos. Para Marconi e Lakatos (2008, p. 83) o 
método é “o conjunto das atividades sistemáticas e racionais que, com maior 
segurança e economia, permite alcançar o objetivo [...], traçando o caminho a 
ser seguido, detectando erros e auxiliando as decisões do cientista”. 
As metodologias adotadas para esta pesquisa seguem as classificações 
quanto a: 
 Natureza: o presente projeto se classifica como uma pesquisa 
aplicada, que segundo Markoni e Lakatos (2002, p. 20), a pesquisa 
aplicada é “como o próprio nome indica, caracteriza-se por seu 
interesse prático, isto é, que os resultados sejam aplicados ou 
utilizados, imediatamente, na solução de problemas que ocorrem na 
realidade”. 
 Forma de abordagem do problema: a abordagem do problema pode 
ser classificada como qualitativa ou quantitativa. Beuren (2003, p. 92) 
destaca que “na pesquisa qualitativa concebem-se análises mais 
profundas em relação ao fenômeno estudado. A abordagem 
qualitativa visa destacar características não observadas por meio de 
um estudo quantitativo, haja vista a superficialidade deste último”. A 
presente pesquisa utiliza a abordagem qualitativa por buscar as 
características da matéria prima para fabricação das brocas de metal 
duro com cobertura. 
 Procedimentos metodológicos: Conforne Gil (1999, p. 65) “o elemento 
mais importante para a identificação de um delineamento é o 
procedimento adotado para a coleta de dados”. Beuren (2003, p. 83) 
classifica as tipologias de pesquisa quanto ao procedimento em: 
estudo de caso, a pesquisa de levantamento, a pesquisa bibliográfica, 
a pesquisa documental, a pesquisa participante e a pesquisa 
experimental. A pesquisa é conduzida pela pesquisa bibliográfica e de 
estudo de caso. 
Para o dimensionamento do guindaste e necessário fazer as análises dos 
esforços seguindo as diretrizes da norma NBR8400 e determinar o tipo de perfil 
da viga principal. 
 
Classificação de estrutura 
 
As estruturas dos equipamentos são classificadas em diversos grupos, 
conforme a norma e o serviço a ser executado e dimensionado pelo projeto. 
Para determinação do grupo a que pertence a estrutura de um equipamento são 
levados em conta dois fatores: 
 
 Classe de utilização 
 Estado da carga 
 
Classe de utilização 
 
A classe de utilização mostra a frequência de utilização dos 
equipamentos. Por convenção devemos classificá-la em função da utilização do 
movimento de levantamento, definindo-se quatro classes de utilização, conforme 
a Tabela, que servem de base para o cálculo das estruturas. Para cada uma 
destas classes estipula-se um número total teórico de ciclos de levantamento 
que o equipamento deverá efetuar durante sua vida. Para este projeto foi definido 
a classe A. 
 
 
Fonte: NBR8400, 1984 
 
Estado da Carga 
 
O estado de carga caracteriza em que frequência oequipamento levanta 
a carga máxima, ou somente uma carga reduzida, ao longo de sua vida útil. 
Consideram-se, na prática, quatro estados convencionais de cargas, 
caracterizados pelo valor de p. Estes quatro estados de carga estão definidos na 
Tabela abaixo. Para este projeto foi utilizado o estado de carga 2(médio). 
 
Fonte: NBR8400, 1984 
 
Para determinar a classe de utilização é necessário mensurar o tempo 
médio de trabalho diário do equipamento. 
 
𝑇𝑚 =
2xHxNxT
60xVl
 ; 𝑇𝑚 =
2x3x3x10
60x5
 ; Tm= 0,6h/dia 
Classe de funcionamento definida como Tm=0,6h/dia. Utilizado 2 linha da tabela. 
 
 
Fonte: NBR8400, 1984 
 
Solicitações para movimentos verticais 
 
Para o içamento de carga brusca que ocasionam oscilações, esses 
esforços devem ser levados em contas. Desta forma as oscilações devida à 
carga de serviço multiplicadas pelo coeficiente dinâmico ( ¥) que pode ser 
obtidos na tabela demostrada na figura abaixo. Utilizaremos o coefiente 
dinâmico 1,15. 
 
 
Fonte: NBR8400, 1984 
 
 
 
Dimensionamento do perfil da Lança 
 
O perfil utilizado será o perfil viga I. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Gerdau, 2021 
 
 
 
 
Diagrama de corpo livre 
Fonte: MDSolid 2021 
 
 
 
Diagrama de esforço cortante e momento fletor 
Fonte: MDSolid, 2021 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como 𝜎𝑎𝑑𝑚 =
𝜎𝑒
𝑛
 e a tensão de escoamento é 250x106 Pa, logo a tensão 
admissível será 83,3x106 Pa, então: 
 
𝜎𝑎𝑑𝑚 =
Mmax
W
 
 
W =
60.000
83,3x106
 
 
W = 7,2x10−4m3 
 
Com o valor do módulo de elasticidade, buscamos em um catálogo de 
fornecedor de viga I qual a que terá o maior custo benefício, sendo que o critério 
é ter a menor massa por metro e suportar o valor do módulo de elasticidade de 
7,2x10−4m3. Encontramos a viga conforme mostrado na Figura abaixo: 
 Figura 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Perfis Estruturais Gerdau, 2021 
∑𝐹𝑦=0 
∑𝐹𝑦=0 ∴ -𝑉+20.000=0 ∴𝑉=20.000 𝑁 
∑𝑀=0 
∑𝑀=0 ∴𝑀+20.000×3=0 ∴𝑀=-60.000N.m 
 Figura 
Fonte:Perfis Estruturais Gerdau, 2021 
 
A viga escolhida foi a W 360 x 51,0 visto que das possíveis opções de 
catálogo a mesma foi a que apresentou o menor valor de Kg/m e um valor de Wx 
801,2cm3 (8,012x10-4m3) estando acima do mínimo requisitado 7,2x10-4m3. 
Para o cálculo da deflexão máxima utilizamos ymax =
F∙L3
3∙E∙I
 onde: 
 
F = 20.000 N 
L = 3 m 
E = 207x106 Pa 
I = 0,00014222 m4 
 
ymax = 0,006114 m 
 
Flexão pura na coluna 
 
Sabendo que o momento fletor máximo é de 60 mil Newtons, podemos 
encontrar o raio necessário conforme calculado abaixo: 
 
σmax =
M ∙ c
I
 
r3 =
M ∙ 64
π ∙ 16 ∙ r3
 
r = 9,71 ∙ 10−2m 
 
 
Como A =
π∙(2∙r)2
4
, temos que a área necessária é igual a 3,02 ∙ 10−2m2. 
Para a nossa aplicação foi escolhida uma coluna de 0,02m de parede, sendo 
0,2445m o diâmetro externo e 0,1445m o diâmetro interno conforme catálogo 
Manesmann mostrado abaixo: 
 Figura 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Perfis MSH de seções circulares, quadradas e retangulares, 2021 
 
 A área da coluna escolhida é: 
 
D=diâmetro externo da coluna 
d=diâmetro interno da coluna 
 
A =
π ∙ (D2 − d2)
4
 
A =
π ∙ (0,24452 − 0,14452)
4
 
A = 3,06 ∙ 10−2m2 
 
Como a área da coluna escolhida é superior a mínima requisitada via 
cálculo, sabemos que a coluna escolhida suportará a carga aplicada. 
 
1.1.1 Flambagem na coluna 
 
Com base nos casos apresentados abaixo utilizaremos o fator de 
correção c) onde a extremidade rotulada tem liberdade e a inferior é fixa. 
 
Figura 
 
Fonte: Ferdinand P. Beer, 2013 
Para encontrar a carga crítica utilizaremos a equação: 
 
Pcr =
C ∙ π2 ∙ E ∙ I
l2
 
Onde: 
C=1/4 
E = 207x10^6 Pa 
I = πD4/64 
I =
π ∙ (D2 − d2)
64
 
I =
π ∙ (0,24452 − 1,4452)
64
 
I = 1,909 ∙ 10−3m4 
 
Substituindo os valores na equação da carga crítica teremos: 
 
Pcr =
1
4 ∙ π
2 ∙ 207 ∙ 106 ∙ 1,909 ∙ 10−3
3,52
 
Pcr = 79.614.745,44 N 
 
Como o valor da carga crítica aqui calculada é muito maior do que os 
20.000N da carga, podemos dizer que a coluna suporta os esforços requeridos. 
 
1.1.2 Dimensionamento dos parafusos 
 
Serão executados os cálculos de dimensionamento dos parafusos 
utilizados na fixação da viga I utilizando como base o tamanho de parafuso M20. 
Todas as tabelas e equações que serão citadas ao longo dos calculos dos 
parafusos foram retiradas do livro Elementos de Máquinas de Shigley, 8ª Edição, 
Edição com Unidades em SI. 
 
Dados: 
 
Categoria de propriedade do parafuso: 8.8 (Tabela 8-11) 
 
Área de porção não rosqueada: A𝑑 =
𝜋∙𝑑2
4
 
 
Área da porção rosqueada: At = 225mm2 (Tabela 8-1) 
 
Espessura da arruela: t = 4,6mm (Tabela A-31) 
 
Comprimento roscado: LT = 2D + 6mm, L ≤ 125, d ≤ 48mm (Tabela 8-7) 
 
Comprimento da porção útil não rosqueada: ld = L - LT (Tabela 8-7) 
 
Comprimento da porção útil rosqueada: lt = l’ - ld (Tabela 8-7) 
 
Rigidez de fixador: k𝑏 =
𝐴𝑑∙𝐴𝑡∙𝐸
𝐴𝑑∙𝑙𝑡+𝐴𝑡∙𝑡𝑑
 (Tabela 8-7) 
 
Razão de mola dos membros: k𝑚 =
𝜋∙𝐸∙𝑑∙𝑡𝑎𝑛𝛼
2𝑙𝑛
(𝑙∙𝑡𝑎𝑛𝛼+𝑑𝑤−𝑑)(𝑑𝑤+𝑑)
(𝑙∙𝑡𝑎𝑛𝛼+𝑑𝑤+𝑑)(𝑑𝑤−𝑑)
 (Tabela 8-7) 
 
Constante de rigidez: C =
𝑘𝑏
𝑘𝑏+𝑘𝑚
 
 
Cargam de Prova: Fp = At · Sp 
 
Pré carga: Fi: 0,75 · Fp 
 
Coeficiente de Torque: T = K · Fi · d 
 
Número de parafusos: 𝑁 =
𝐶∙𝑛∙𝑃
𝑆𝑝∙𝐴𝑡−𝐹𝑖
 
 
Valores para início de cálculo: 
 
E 2,07E+11 Pa 
Ø 0,02 m 
Passo 0,0025 m (Tabela 8-1) 
At 0,000225 m2 (Tabela 8-1) 
Porca 0,018 m (Tabela A-29) 
Sp 6,00E+08 Pa (Tabela 8-11) 
K 0,2 (Tabela 8-15) 
N 3 
P 56.450 Nm 
 
Cálculo dimensional do parafuso: 
 
LT 0,05 m 
L 0,0702 m 
L 0,0472 m 
Ld 0,0202 m 
Lt 0,027 m 
Ad 0,0003142 m2 
Adotado parafuso de 0,085 m 
 
Kb 1.123.177.296,84 Nm 
Km 4.266.279.739 N/m 
C 0,208402681 
Fi 1,01E+05 N 
Fp 1,35E+05 N 
T 4,05E+02 Nm 
 
N 1,045718343 parafusos 
 
Adotado 8 parafusos 
 
Como o projeto requisita o uso de ao menos dois parafusos e estamos 
usando oito parafusos, nosso projeto atende o número mínimo apresentado no 
cálculo. 
A força cisalhante que agirá nos parafusos é de 20 KN, portanto o valor 
suportado pelos parafusos deve ser superior a este. 
 
Cálculo do esmagamento nos parafusos: 
 
𝐹 =
2 ∙ 𝑡 ∙ 𝑑 ∙ 𝑆𝑝
𝑛𝑑
 
 
Onde: 
 
t = 0,038 m 
d = 0,02 m 
Sp = 600x10^6 Pa 
nd = 3 
 
Como a força de esmagamento nos parafusos é de 304KN e a requerida 
é menor, o projeto atende a carga. 
 
Cálculo do esmagamento nos membros 
 
𝐹 =
2 ∙ 𝑡 ∙ 𝑑 ∙ (𝑆𝑦)𝑚𝑒𝑚
𝑛𝑑
 
 
Onde: 
 
t = 0,038 m 
d = 0,02 m 
Symem = 210x10^6 Pa 
nd = 3 
 
Como a força de esmagamento nos membros é de 106,4KN e a requerida 
é menor, o projeto atende a carga. 
 
Cálculo do cisalhamento nos parafusos 
 
𝐹 = 0,577 ∙ π ∙ 𝑑2 ∙
𝑆𝑝
𝑛𝑑
 
 
Onde: 
 
d = 0,02 m 
Sp = 600x10^6 Pa 
nd = 3 
 
Como a força de cisalhamento do parafuso é de 145KN e a requerida é 
menor, o projeto atende a carga. 
 
Especificação da Talha 
 
Com base na especificação do projeto a talha em caráter comercial que 
atende os parâmetros com carga até 2000Kg, está descrita abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: AgrotamA, 2021 
 
 
Conclusão 
 
Concluímos neste trabalho/projeto, que os dimensionamentos foram feitos de 
forma correta e de acordo com as normas vigentes e atendendo os padrões de 
segurança especificados, Garantindo assim se utilizados de forma correta a 
saúde e a integridade física dos operadores do equipamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia 
 
 
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Equipamentos para Levantamento e Movimentação de Cargas, São Paulo,1984. 
 
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Morais. Resistência dos materiais. 3° Ed. São Paulo: Makron, 1995-1996 
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BRASIL, H.V. Máquinas de Levantamento. Rio de Janeiro: Guanabara Dois 
S.A, 1985. 
 
COSTA, Lucas Passos: Pontes Rolantes, Guindastes Giratórios e 
Acessórios de Movimentação.1° Ed. Make engenharia Eng. Lucas da Costa 
Passos. 
 
CUNHA, Lamartine Bezerra da, Elementos de Máquinas, Rio de Janeiro: LTC, 
2005. 
 
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Blücher,São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2004 670 p. ISBN 85-87918-
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NIEMANN, Gustav. Elementos de Máquinas. São Paulo. E. Blucher. 
 
NORTON, Robert L. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 2° 
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RUDENKO, N; João Plaza. Máquinas de elevação e transporte. 1° Ed. Rio de 
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