Braço Hidráulico

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP CAMPUS MARQUÊS
CURSO DE ENGENHARIA
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS
“433x - Braço Hidráulico”
 
COMPONENTE DO GRUPO
C69788ii-6 – ALEXANDRE CARVALHO DE CASTRO
São Paulo
2022
RESUMO
O presente trabalho tem como predominante proposta à pesquisa a respeito de um guindaste hidráulico com seringas que permita o levantamento e transporte de uma massa padrão para posições pré-estabelecidas. Este relatório tem o objetivo de apresentar em pauta acadêmica o passo a passo da construção, além de descrever os materiais e ferramentas utilizadas, metodologia e conclusões finais.
Palavras chaves: Guindaste, Hidráulico.
SUMÁRIO
1.	Sumário	2
2.	OBJETIVO	4
3.	FUNDAMENTAÇÃO TEORICA	4
3.1	Hidráulica	4
3.2	Considerações Sobre o Projeto	5
3.3	Tecnologia Empregada	6
3.4	Sistemas Hidráulicos	6
4.	CONTRUÇÃO DO GUINDASTE HIDRÁULICO	7
4.1	Materiais e Ferramentas Utilizadas	7
5.	Etapas da Construção	8
5.1	Escolha da tecnologia e do design	8
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Imagem 01 – Princípio de Pascal ............................................................................05
Imagem 02 – Robô Hidráulico Teleoperado. ..........................................................05
Imagem 03 – Atuação: Sistema Hidráulico ..............................................................06
Imagem 04 – Esboço em AutoCAD .........................................................................08
INTRODUÇÃO
Também chamado de grua e/ou, nos navios, pau de carga, o guindaste é um equipamento utilizado para a elevação e a movimentação de cargas e materiais pesados, e são comumente empregados nas indústrias, terminais portuários e aeroportuários por poder descarregar e carregar contêineres, organizar material pesado em grandes depósitos, movimentação de cargas pesadas na construção civil e as conhecidas pontes rolantes ou guindastes móveis são muito utilizados nas indústrias de laminação e motores pesados. Tais atividades só são possíveis graças a primeira maravilha do universo da mecânica: a hidráulica! Conceitua-se hidráulica como a ciência que estuda as características físicas de fluidos líquidos em repouso (confinados) ou em movimento (escoamentos) e está tem tido papel de suma importância para o desenvolvimento da humanidade desde as mais antigas civilizações. Ela é a responsável pelo conhecimento das leis que regem o transporte, a conversão de energia, a regulação e o controle do fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão, temperatura, viscosidade etc.). Mas o que torna a hidráulica a primeira maravilha do universo da mecânica e o principal objeto de estudo a cerca deste trabalho? A resposta é bem simples: é a sua ampla utilização no universo da engenharia, ao qual engloba tanto as atividades mais simples, quanto as mais complexas e gigantescas operações que exigem precisão, força e o mínimo de percas energéticas em engenhosas aplicações. De modo a discorrer e apresentar de forma concreta as pautas já mencionadas, o protótipo de Guindaste Hidráulico, aqui apresentado, é um exemplo simplório do estudo e da aplicação de vários conceitos ministrados em sala de aula acerca das matérias pertencentes a grade de ensino do curso de Engenharia Básica, as quais podemos mencionar Estática dos Fluidos, Dinâmica dos sólidos e etc.
OBJETIVO
Este trabalho tem como escopo o planejamento, construção e apresentação de um protótipo de um guindaste hidráulico com seringas, que permita o levantamento e transporte de uma massa padrão. O guindaste deve conter sistema hidráulico composto por seringas descartáveis, mangueiras e controle do conjunto hidráulico sem especificação acerca do material a ser utilizado na estrutura do braço hidráulico, subentendendo-se assim a livre escolha. Em relação a apresentação do projeto, o protótipo deverá ser montado sobre uma base.
FUNDAMENTAÇÃO TEORICA
Não é de hoje que a sociedade tem sofrido mudanças em seus hábitos em decorrência do desenvolvimento cada vez mais rápido de novas tecnologias que, por sua vez, são resultantes do esforço em conjunto de cientistas, pesquisadores, alunos e professores das mais diversas regiões do planeta. A prova viva desta afirmativa são os robôs que, por sua vez, tem saído dos filmes de ficção científica para fazer parte da vida moderna de forma cada vez mais intensa. 
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Hidráulica
Hidráulica é uma palavra que vem do grego e é a união de hidro = água, e aulos = condução/tubo é, portanto, uma parte da física que, por sua definição, podemos conceituar como a ciência que estuda as características físicas de fluidos líquidos em repouso (confinados) ou em movimento (escoamentos). Além disso, ela é a responsável pelo conhecimento das leis que regem o transporte, a conversão de energia, a regulação e o controle do fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão, temperatura, viscosidade etc.). Sua principal lei, elaborada pelo físico e matemático francês Blaise Pascal, estabelece que “a pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido em repouso (estático) é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais” - Princípio de Pascal. Vale lembrar que pressão é uma grandeza escalar que mensura a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, ou seja, é a razão entre força e área.
Imagem 01 – Princípio de Pascal.
Dentre as aplicações da hidráulica destacam-se as máquinas hidráulicas (bombas e turbinas), as grandes obras de saneamento, fluviais ou marítimas, como as de usinas hidrelétricas, diques, molhes, quebra-mares, portos, vias navegáveis, emissários submarinos, estações de tratamento de água e de esgotos etc. Para mais disso, a hidráulica é amplamente utilizada na robótica, onde robôs com motores elétricos não são aplicáveis ou seriam muito caros, o que é o caso dos robôs teleoperador do projeto ROBTET da Universidade Politécnica de Madrid, utilizados na manutenção de redes elétricas “vivas” de alta tensão. Estes, fabricados ela Kraft TeleRobotics, utilizam energia hidráulica porque nesta aplicação o campo magnético resultante da rede elétrica atrapalharia o seu funcionamento e controle.
Imagem 02 – Robô Hidráulico Teleoperado.
 Considerações Sobre o Projeto
De modo a manter conformidade com o edital do trabalho, o protótipo do Guindaste Hidráulico foi elaborado utilizando seringas descartáveis e mangueiras como composição principal do sistema hidráulico, ao qual contou comum conjunto de controles de movimentos. Descrita como de livre escolha, a estrutura de todo o braço mecânico foi construído em PVC, material que teve maior aceitação por seu baixo custo e fácil manuseio. 
Tecnologia Empregada
O primeiro passo tomado para o início do processo de fabricação do protótipo foi a escolha da tecnologia a ser empregada. Foram aplicados os princípios de sistemas hidráulicos devido a sua praticidade e extensa aplicação.
 Sistemas Hidráulicos
Por sua natureza, os sistemas hidráulicos constituem-se em uma forma concretude aplicação dos princípios da Mecânica dos Fluídos compressível e incompressível qual embasa o desenvolvimento de componentes e circuitos. Entre estes últimos, destaca-se a atuação e aplicações de dos chamado pistões hidráulicos, atuadores mecânicos (elementos que produzem movimento) usados para aplicarem força através de um percurso linear. Os pistões hidráulicos obtêm energia através de um fluido hidráulico pressurizado, normalmente por bombas. A pressão hidráulica atual no pistão para produzir movimento linear e a força máxima está em função da superfície ativa do embolo e da pressão máxima admissível onde: F(força) = P(pressão) x A(área). Esta força é constante desde o início até a finalização do percurso. Segundo construção, o cilindro pode realizar forças de tração e/ou compressão. Para a construção do nosso protótipo utilizamos seringas como bombas/atuadores hidráulico semelhante ao funcionamento de robôs hidráulicos reais, onde no exemplo abaixo (Imagem 04) a seringa A será utilizada como bomba e a seringa B como atuador. Ao pressionar o embolo da seringa A geramos pressãono sistema que é transferida pela tubulação a seringa B. Como esta pressão resultante é maior que a pressão atmosférica o embolo do atuador realiza o movimento de extensão.
Imagem 03 – Atuação: Sistema Hidráulico.
Ao distender o embolo da seringa A, criamos uma “depressão” na seringa B.
Como a pressão no interior da seringa B será menor do que a pressão atmosférica, ela retornará seu êmbolo nas condições iniciais.
CONTRUÇÃO DO GUINDASTE HIDRÁULICO
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Materiais e Ferramentas Utilizadas
Segue abaixo a lista contendo os materiais e as ferramentas utilizadas durante o processo de fabricação e montagem do Guindaste Hidráulico 
	· Tubo PVC 50mm
	· Tinta em spray (preta)
	· Compensado de madeira
	· Copo descartável
	· Cap (Tampão) PVC 50mm
	· Fita isolante
	· Compensado de madeira
	· Chaves de fenda
	· Botoeira (com trava)
	· Alicate universal
	· Seringas descartáveis
	· Pistola de cola quente
	· Mangueiras
	· Grafite em pó
	· Papel cartão
	· Estilete
	· Parafusos
	· Arco de serra
	· Caixinha de madeira
	· Supercola
	· Fita Hellermann
	· Tesoura
	· Cola quente
	· Placas metálicas
	· Furadeira
	· Brocas diversas
1.1. 
 Etapas da Construção
O processo de planejamento e construção do protótipo do Guindaste Hidráulico basicamente ficou dividido em 05 etapas, mas é claro que se trada de um trabalho bem mais amplo e minucioso do qual não cabe ser empregado à risca neste documento por sua extensão. Confira a seguir o passo a passo referente as etapas mais importantes acerca da criação do projeto.
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Escolha da tecnologia e do design
Antes de mais nada, fez-se mais que necessária a escolha dos parâmetros a serem seguidos para dar início as atividades referentes a construção do protótipo. Após várias pesquisas e discursões sobre qual tecnologia seria utilizada, chegamos à conclusão de que, assim como mencionado anteriormente, os princípios de sistemas hidráulicos se adaptariam melhor a nossa realidade por sua simplicidade e praticidade, além de manterem conformidade com a proposta apresentada pelo edital. A partir daí, começou a se pensar no quesito design, expressando originalidade, sofisticação personalidades definidas, o que felizmente foi bem expresso com a proposta de um guindaste hidráulico em forma de lança. Segue abaixo o esboço feito em AutoCAD.
Imagem 04 – Esboço em AutoCAD.
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5.1. 
5.2. Construção da Base
Utilizamos chapa de madeira compensada para construirmos a base do protótipo, de maneira a servir como pista de prova.
5.3. Construção do conjunto mecânico
Com a base feita, começou o processo de construção do conjunto mecânico que se tornaria a estrutura do braço hidráulico. Este foi construído quase que todo em tubo PVC de 50mm (milímetros) de diâmetro, visando alcançar os quesitos resistência, leveza e designer. Contamos com o auxílio de uma máquina de serra para fazer os cortes necessários.
Um dos pontos mais importantes, e talvez crítico, na construção dos componentes mecânicos que fariam parte do braço hidráulico foram os pontos articulados aos quais estariam diretamente ligados a algum tipo de movimentos, seja ele linear ou giratório.
Pensando nisto, desenvolvemos um sistema de encaixes com base nos movimentos a serem executados e de maneira a receber as seringas, que por sua atuariam como cilindros hidráulicos.
Além do sistema de encaixes mecânico, preparamos uma espécie de caixa de comandos ao qual receberia as bombas, seringas responsáveis pelo movimento. Essa central foi construída em uma caixinha de madeira onde foram feitos furos para o encaixe das seringas.
5.4. Pintura de componentes e acabamento
Há quem diga ainda que a primeira impressão é a que fica. Pensando nisso e tendo em mente a importância de uma boa apresentação, quesito decisivo em qualquer empreendimento ou projetos, decidimos pintar e personalizar os componentes mecânicos do protótipo.
5.5. Montagem dos componentes
Graças ao planejamento feito durante o processo de confecção dos conjuntos mecânicos a montagem dos componentes ocorreu de forma tranquila, sem imprevistos. É evidente que foram necessários pequenos ajustes, porém, nada que alterasse drasticamente as características desejadas.
Um detalhe curioso sobre a fixação do braço mecânico à base de madeira são os componentes responsáveis pelo torque do conjunto. Este contou com uma seringa de 10 ml (mililitros) funcionando como atuador mecânico. A pressão exercida no fluido incompressível utilizado (água) é transmitida de maneira integral, o que resulta em força, exercida sobre a base circular do embolo da seringa. Além disso, foi necessário dimensionar os componentes que se encaixam utilizados nesta articulação de modo a manter uma certa folga, permitindo que o movimento fluísse o mais livres possível. Na base do braço em contato com a base de madeira também recebeu atenção especial, pois o atrito entre estes poderia prejudicar em muito a execução do giro. Assim, foram utilizados dois fundos de copos descartáveis e grafite em pó com a finalidade de reduzir ao máximo o atrito presente entre as superfícies. Vale ressaltar o uso de um parafuso com roscar soberba atuando como eixo de fixação e rotação.
6. CONCLUSÃO
O contato de aproximação com novas tecnologias que são tendência de prosperidade para o futuro nos instigou a querer fazer parte deste processo com mais afinco, colocando à disposição do progresso tecnológico e da humanidade os esforços que empregamos durante os anos de estudo. Através de pesquisas e discursões, a temática sobre os princípios da hidráulica foram inseridas em nosso contexto de maneira a possibilitar a fundamentação teórica e execução na prática deste protótipo. É verídico afirmar o quão rico e fascinante são os conceitos físicos inseridos neste contexto que vão deste a física clássica a física atual, utilizando e colocando a prova o legado de vários cientistas renomados, como por exemplo, o francês Blaise Pascale o britânico Michael Faraday. Em resumo, a proposta de atividade supervisionada é de grande valia para a formação acadêmica, levando em consideração toda a temática e dinamismo existentes no trabalho apresentado. 
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