Portfolio O estudo de elevadores pneumaticos - 3 período.

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ANA PAULA RODRIGUES ribeiro chaves
 Engenharia Civil. 3° período.
O ESTUDO DE ELEVADORES PNEUMÁTICOS
Belo Horizonte, 25 de outubro de 2022.
Belo Horizonte, 25 de Outubro de 2022.
Trabalho apresenta à Universidade UNOPAR, como requisito parcial para a obtenção de média semestral nas disciplinas norteadoras do semestre letivo.
Tutor (a): Bruno Nolepa.
Cidade
2022
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	3
2	DESENVOLVIMENTO	4
2.1 TAREFA 01: ESTUDANDO O MOVIMENTO DE INÉRCIA	4
2.2 TAREFA 02: PRESSÃO TRANSMITIDA PARA ELEVAÇÃO DE CARGA	7
2.3 TAREFA 03: ANÁLISE DE TENSÃO	10
2.4 TAREFA 04: ANÁLISE DE CIRCUITO	13
CONCLUSÃO	16
REFERÊNCIAS	17
INTRODUÇÃO
A engenharia mecânica é um campo muito amplo da engenharia que envolve o uso da física e da química para projetar, construir, usar e manter vários sistemas mecânicos. Os engenheiros mecânicos devem estar familiarizados com uma ampla gama de tópicos científicos, como mecânica, cinemática, mecânica dos fluidos, energia e pneumática.
Assim os engenheiros mecânicos projetam e supervisionam a produção de máquinas, equipamentos, veículos, sistemas de aquecimento e refrigeração e ferramentas para a indústria mecânica. Para isso, calcula as quantidades necessárias de matéria-prima, fornece moldes para os produtos a serem fabricados, cria protótipos e testa os itens. Organiza os sistemas de armazenamento, supervisiona os processos e define as normas e procedimentos de segurança da produção.
Um elevador deve funcionar perfeitamente, é um equipamento que não pode ser produzido ou instalado incorretamente, os materiais utilizados devem ser da melhor qualidade para que o elevador seja o mais eficiente possível. Existe uma demanda crescente por fabricantes de elevadores, este equipamento pode ser utilizado tanto na área industrial como civil, além de transportar uma gama mais diversificada de materiais e pessoas, também faz um grande negócio para a acessibilidade de vários locais residenciais e comerciais.
Neste contexto a proposta de Produção Textual terá como temática: O estudo dos elevadores Pneumáticos. A ENG Elevadores é uma empresa que fornece soluções inteligentes para transporte vertical, atua no ramo de fabricação de elevadores, possui tecnologia de ponta e profissionais altamente qualificados. Após a definição clara das várias fases do projeto, são apresentados cálculos e métodos para dimensionamento e especificação de componentes. Este trabalho procurou estabelecer uma relação sólida entre a teoria e a prática a fim de absorver o máximo de aprendizado possível, buscando referencial em livros e artigos acadêmicos do curso.
DESENVOLVIMENTO
2.1 Tarefa 01: Estudando o movimento de inércia
Na física, a inércia é chamada de resistência dos objetos à qual os mesmos se opõem mudar seu movimento ou estado de repouso, seja para mudar sua velocidade, ou para mudar seu curso, ou para parar. Portanto, um objeto precisa de força para vencer a inércia para mudar sua trajetória, caso contrário obedecerá à lei do movimento retilíneo uniforme, ou começará a se mover, caso contrário permanecerá ocioso. 
O momento de inércia também conhecido como massa angular ou inércia rotacional pode ser definida eixo de rotação, como uma quantidade que decide a quantidade de torque necessária para uma aceleração angular desejada ou uma propriedade de um corpo devido à qual resiste à aceleração angular. O momento da inércia de um objeto é uma medida determinada para um corpo rígido girando em torno de um eixo fixo. O eixo pode ser interno ou externo, podendo ser fixado ou não (YOUNG; FREEDMAN, 2008).
Cada partícula do corpo se move em um círculo com velocidade linear, ou seja, cada partícula se move com uma aceleração angular, momento de inércia é propriedade do corpo devido à qual resiste à aceleração angular, que é a soma dos produtos da massa de cada partícula no corpo com o quadrado de sua distância do eixo de rotação.
Uma coisa importante a notar é que o valor do momento de inércia depende do eixo sobre o qual o objeto gira. De fato, de acordo com a definição do momento de inércia, pode-se concluir qualitativamente que quanto maior a distância da massa em relação ao eixo de rotação, maior o momento de inércia. Isso acontece, por exemplo, quando seguramos um haltere com os braços abertos, o que é melhor do que quando fechamos os braços.
Um corpo rígido pode ser pensado como um conjunto de partículas que mantêm uma distância fixa. Este sistema particular mantém sua forma durante o movimento, se este sistema (corpo rígido) gira em torno de um eixo, todas as suas partículas se moverão em círculos com a mesma velocidade angular (YOUNG; FREEDMAN, 2008).
Para o estudo de corpos rígidos devemos levar em consideração o momento de inércia, pois para que um corpo rígido esteja em equilíbrio, o corpo rígido não pode girar além de se mover. Portanto, ele precisa satisfazer duas condições: a força resultante das forças exercidas em seu centro de massa deve ser zero (ele não se move ou se move uniformemente). A soma dos momentos de força exercidos sobre o objeto deve ser zero (não girando ou girando com velocidade angular constante).
No caso da Translação, quando um corpo está em movimento, dada uma linha dentro do corpo, essa linha mantém sua direção ao longo do movimento, chamada de translação. No movimento de translação, todas as partículas do corpo se movem ao longo de trajetórias paralelas; se essas trajetórias são paralelas, o movimento é chamado de translação reta, e se as trajetórias são curvas, o movimento é chamado de translação curvilínea.
Existe um eixo fixo que intercepta o corpo rígido, chamado eixo de rotação, e todas as partículas que constituem o corpo rígido se movem paralelamente em torno desse eixo ao longo de um círculo centrado no eixo, a velocidade e a aceleração do corpo rígido partículas localizadas no eixo são zero. 
Todos os movimentos planos, exceto rotação ou translação, são definidos como movimento plano geral, pode apresentar também movimento em torno de um ponto fixo, que é o movimento tridimensional de um corpo rígido ligado a um ponto fixo. Qualquer exercício que não se enquadre em nenhuma das categorias acima é chamado de movimento geral (YOUNG; FREEDMAN, 2008).
Quando o corpo rígido é transladado, todos os pontos do corpo rígido têm a mesma velocidade e a mesma aceleração em qualquer momento. No caso da translação da curva, a velocidade e a aceleração sempre mudam de direção e intensidade. No caso da translação linear, todas as partículas do corpo se movem ao longo de linhas paralelas e sua velocidade e aceleração permanecem na mesma direção durante todo o movimento.
Assim calculamos o momento de inércia do elevador em relação ao eixo Z (esboço de uma cabine com o formato cilíndrico, cuja altura é de 3 metros e a base é delimitada pela curva 𝑥 2 + 𝑦 2 = 4).
Assim se nós imaginarmos em pé dentro de um elevador, á medida que o elevador começa a se mover para baixo, não começaremos a mover-nos imediatamente para baixo; por causa da inércia ficamos parados por um período muito curto de tempo e, em seguida, começamos a acelerar para baixo, o que faz com que a escala projete um peso menor.
Normalmente, um leve desconforto ocorre quando experimentamos a sensação de queda livre, que em física chamamos de ausência de peso. Isso acontece quando não "sentimos" nosso peso. Em termos físicos, é quando a força normal (N) é igual a 0, ou seja, quando a força resultante (FR) for igual ao peso (P). Isso significa que, neste caso, experimentaremos uma aceleração igual ao campo gravitacional naquele local. Se isso acontecer em um elevador, a pessoa no elevador com ele não toca o chão (YOUNG; FREEDMAN, 2008).
Assim com os resultados dos cálculos do momento do elevador vazio, podemos dizer que a presença de pessoas dentro elevador não irá alterar seu momento de inércia, ou a massado elevador. Em mecânica, o momento de inércia, ou momento de inércia de massa, expressa o grau de dificuldade em se alterar o estado de movimento de um corpo em rotação. O momento de inércia desempenha na rotação um papel equivalente ao da massa no movimento linear.
2.2 Tarefa 02: Pressão transmitida para elevação de carga
Em um mundo moderno onde a maioria dos processos industriais é pautada pela rapidez e qualidade, as atividades de transporte parecem ser a oportunidade perfeita para uma empresa se diferenciar de seus concorrentes. Neste sentido, embora o elevador seja um dispositivo que só existe há mais de dois séculos, os elevadores viram muitos avanços, tanto como meio de transporte de pessoas quanto de transporte de mercadorias. 
Existem muitos tipos e modelos de elevadores no mercado hoje, no entanto, os tipos mais comuns usados ​​em residências são os equipamentos hidráulicos e elétricos. Menos comum, mas não deve ser ignorado, ainda existem elevadores a vácuo e pneumático (MONTE, 2000).
A hidráulica e a pneumática são tecnologias que utilizam meios fluidos para desenvolver a transferência de energia em diversas aplicações em diversos setores industriais, a principal diferença entre eles é o meio utilizado e a adequação. Para sistemas hidráulicos, fluidos incompressíveis são usados ​​para gerenciar alta precisão e força, e para sistemas pneumáticos, gás comprimido é usado para gerenciar velocidade e versatilidade de aplicação.
 O equipamento hidráulico é acionado por um pistão hidráulico, geralmente localizado abaixo do equipamento, e funciona com o mesmo princípio de um elevador de carro, os elevadores elétricos, por outro lado, usam cabos e são alimentados por eletricidade.
Os elevadores residenciais hidráulicos são regidos pela norma ABNT para elevadores elétricos devido aos seus componentes e potência Elétrica, mas também em conformidade com a norma NBR NM 267 – Elevadores hidráulicos de passageiros – Requisitos de segurança para construção e instalação (MONTE, 2000).
O elevador hidráulico monocilíndrico é composto por um sistema no qual são acoplados um cilindro fixo e um pistão móvel (pistão). A unidade móvel é fixada na parte inferior da cabine, o pistão é responsável pelo movimento da cabine, para o qual é instalado um sistema de alimentação no cilindro, que fornece fluido pressurizado, fornece energia mecânica ao pistão e realiza a subida da cabine.
A estrutura implantada de um elevador hidráulico é muito semelhante à de um elevador acionado por cabos, deve conter um poço, trilhos guia que orientam o carro para longe do carro, e contrapesos podem ser utilizados, mas não são obrigatórios. Deve ser utilizado um sistema de travagem de segurança na cabina e no contrapeso, a NBR 267 aborda de forma rigorosa e detalhada todos os requisitos necessários para iniciar este tipo de elevador, especifica como deve ser o poço e suas tolerâncias, como devem ser construídas e instaladas as portas de cada pavimento, o sistema de ajuste para abertura e fechar as portas dos pavimentos bem cômoda cabina (MONTE, 2000).
Os elevadores pneumáticos a vácuo são o mercado mais recente e estão ganhando cada vez mais espaço nas residências por ser um sistema “limpo”, pois não requer o uso de lubrificantes e a complexidade de instalação é baixa por não necessitar de poços de construção. Por ser feito de tubos de policarbonato, garante uma visão panorâmica do ambiente externo, possui design moderno e ocupa o mínimo de espaço, tornando-o atrativo e forte candidato a projetos arquitetônicos.
Desta forma, que todos se desvencilhem dos conceitos que serão utilizados e proponham uma situação simples para discussão e análise: Um elevador hidráulico/pneumático para levantar objetos com certa massa (1000 kg), levando em consideração a força aplicada no pistão, conforme a figura 1.
Figura 1: desenho esquemático do elevador. Fonte: adaptado do material.
Fonte: Figura elaborada pelos autores, 2022.
Aqui temos um diagrama esquemático de um elevador hidráulico, uma prensa é um mecanismo eficaz para aumentar a força aplicada. Para isso, basta construir um dispositivo com área maior que a área onde a força é aplicada, ao fazer isso, pode-se levantar um carro. Isso também se aplica ao sistema de freio hidráulico do carro.
Lei que atua no sistema: 
Quando alguém pressiona o pedal do freio, as rodas freiam simultaneamente, isso se deve aos princípios da hidrostática estudados pelo físico, matemático e filósofo Bryce Pascal, era francês e viveu pouco tempo de 1623 a 1662. Físico, ele é mais conhecido por criar o princípio de Pascal, que é importante para o funcionamento dos freios de automóveis e prensas hidráulicas. 
Sua declaração de princípio é a seguinte: “Os fluidos em equilíbrio transmitem integralmente para todos os pontos qualquer acréscimo de pressão exercida em um de seus pontos”. Em outras palavras, os fluidos transmitem totalmente a pressão que recebem o que explica como funcionam os freios dos carros (TIPLER; MOSCA, 2006)
Quando o motorista pressiona o pedal, isso faz com que a pressão do óleo no cilindro conectado ao pedal aumente, essa pressão é transmitida ao pistão de cada roda, que pressiona a lona ou disco de freio contra o tambor de freio. Assim considerando que a área do pistão de entrada da força (pistão menor) seja A1 = 10 cm2 e a área do pistão de saída, onde o objeto será levantado, de A2 = 100 cm2, apresente a força aplicada no pistão (F1). 
2.3 Tarefa 03: Análise de tensão
Na física, a gravidade é a força natural entre objetos físicos que faz com que os objetos caiam em direção a Terra, assim a gravidade é a força atrativa entre dois objetos. Todos os objetos com massa têm gravidade, onde a gravidade age como um ímã puxando objetos. 
A segunda lei de Newton afirma que a gravitação universal é igual ao produto da massa de um objeto e sua aceleração, ou seja, F = ma. Isso significa que as duas massas que são atraídas pela gravidade experimentam a mesma força, mas significa que o objeto menor tem uma aceleração maior. Assim, quando a maçã cai em direção a terra, tanto a terra quanto a maçã experimentam a mesma força, mas a terra acelera em direção à maçã a uma taxa insignificante porque é muito maior que a maçã (YOUNG; FREEDMAN, 2008).
Para análise da tensão no cabo de iça mento do elevador, o projeto em desenvolvimento considera que em capacidade máxima, com quatro pessoas, a massa total (elevador + 4 passageiros) é de 1000 kg. 
Sendo assim:
Assim duas forças atuam em seu corpo no elevador: Força peso (verticalmente para baixo) e força normal (a força que o piso do elevador exerce em seu corpo). No entanto, dependendo da direção do movimento e da aceleração do elevador, parecemos estar mais presos ao piso do elevador, ou como se fôssemos flutuar.
Quando um objeto repousa sobre uma superfície horizontal, a gravidade que o puxa para baixo faz com que o objeto comprima a superfície e a superfície "reage", criando uma força de reação no objeto chamada força normal. Embora a força normal e a força peso atuem nas mesmas direções e em direções opostas, essas duas forças não são um par de forças de ação-reação, apenas porque atua no mesmo objeto. 
1° Situação:
P = m. g
N = m. g
Fr = N – P
Fr = 0 
N = P
Figura 1: Forças em elevador parado.
Fonte: os autores, 2022.
2° Situação:
Fr = N – P
Fr = m.a
m.a = N – m.g
N = m.a + m.g
N = m (a + g)
N>P
Figura 2: Forças em elevador subindo acelerado ou descendo com movimento retardado.
Fonte: os autores, 2022.
3° Situação:
A aceleração agora é negativa.
Fr = N – P
Fr = - m.a
- m.a = N – m.g
N = m.g – m.a
N = m(g - a)
P>N
Figura 3: forças do elevador subindo com movimento retardado ou descendo acelerado.
Fonte: os autores, 2022.
b) Coeficiente de segurança de 12; Diâmetro nominal do cabo de 8 mm; cálculo da tensão admissível no cabo de aço de içamento:
c) Cabo de aço e alma de aço (8 x 19), cujo módulo de elasticidade é dado por 6,5 GPa; Cálculo do alongamento do cabo, considerando seu comprimento inicial de 25m.
2.4 Tarefa 04: Análisede circuito
As leis fundamentais que todo circuito deve obedecer concentram-se em alguns parâmetros fundamentais do circuito, tensão, corrente, potência e resistência e definem como eles se relacionam. Essas leis foram descobertas por Georg Ohm e Gustav Kirchhoff, por isso são chamadas de Lei de Ohm e Lei de Kirchhoff.
A primeira lei de Ohm trata da resistência de um condutor, determinando a relação proporcional entre a corrente que flui através de um dispositivo e a diferença de potência que o dispositivo experimenta. Este princípio também afirma que a força da corrente em um condutor de resistência constante é proporcional à diferença de potencial aplicada através dele (HAYT, 2014).
Para determinar esta lei, a seguinte fórmula é usada: U = R x I
Em que: 
R: resistência (Ohm)
U: diferença de potencial elétrico (Volts)
I: intensidade da corrente elétrica (Ampére)
A segunda lei de Ohm corresponde a fatores que afetam a resistência, a lei afirma que a resistência depende da espessura e comprimento do condutor e do material de que é feito, afirmando ainda que seja proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional à sua espessura. Uma das aplicações mais básicas da lei de Ohm e das relações de potência é determinar quanta energia é dissipada como calor em um componente. É fundamental entender isso para que os componentes do tamanho certo com a potência certa possam ser selecionados para a aplicação.
A lei das correntes de Kirchhoff afirma que a soma das correntes incidentes e divergentes em qualquer nó em um circuito é a mesma, enquanto a lei das tensões afirma que a soma das tensões nos terminais componentes ao longo de um caminho fechado é zero. Quando a correlação dos componentes elétricos valida simultaneamente à lei de Kirchhoff e as características tensão-corrente dos componentes, forma-se um circuito, que é chamado de lei de Ohm no caso específico da resistência (HAYT, 2014).
Assim vamos definir:
Nó: É o ponto no circuito onde a corrente é dividida ou se encontra;
Ramos: Uma conexão entre nós consecutivos onde a corrente (I) é sempre constante. Além disso, o número de ramificações no circuito é igual ao número de componentes;
Malhas: É um caminho fechado de um nó a outro onde a soma das energias potenciais é zero.
Em circuitos eletrônicos, é comum que os resistores se correlacionem de várias maneiras para obter diferentes valores de resistência combinados em pontos específicos do circuito, e essas correlações possuem uma variedade de aplicações, como divisores de tensão em edifícios. As duas mais comuns de associações de resistores são Associação em Série e a Associação em Paralelo.
Quando um circuito tem resistores em série, a resistência total do circuito será a soma das resistências de cada resistor. Dessa forma, a quantidade de corrente que flui através de cada resistor será a mesma e a tensão em cada resistor variará com a resistência de cada componente associado. Uma das principais aplicações dos resistores em série é criar divisores de tensão.
i = i1 = i2 = i3
U = U1 + U2 + U3
RS R1 R2 R3
2P R.i
Quando colocamos em paralelo dois ou mais resistores, a tensão em cada um deles será a mesma, mas a corrente em cada um deles será diferente, dependendo da resistência individual de cada componente. A resistência total (equivalente) da combinação paralela é sempre menor que o valor da menor resistência presente (HAYT, 2014).
U = U1 = U2 = U3
i = i1 + i2 + i3
P = U2 / R
Assim uma conexão em série ocorre com elementos do circuito, como resistores, a bateria e o motor são conectados em sequência, com apenas um caminho de corrente entre os capacitores em série (devido à conservação de carga, todos os capacitores em série têm a mesma carga quando descarregados inicialmente), outro exemplo são as lâmpadas de natal.
No caso de circuitos, a preocupação é o fluxo de corrente, ou seja, o fluxo da carga ao longo do tempo, quando conectado em paralelo, cada resistor fornece um caminho alternativo para o fluxo de corrente entre os pontos, e a diferença de potencial (ddp) é a mesma nos terminais de qualquer elemento conectado em paralelo. Assim, independentemente da combinação de resistores, pode-se encontrar um único resistor que pode substituir toda a combinação, resultando na mesma corrente e ddp, um exemplo o sistema elétrico de uma residência. 
CONCLUSÃO
Podemos concluir que a necessidade de formar profissionais relacionados à área de engenharia está se tornando cada vez mais viável no mercado à medida que as instituições buscam cada vez mais a qualidade em seus processos como forma de vencer a concorrência. Face ao desenvolvimento da tecnologia e à maior concorrência de mercado, o desenvolvimento da engenharia mecânica é uma resposta à necessidade de desenvolver métodos e técnicas de gestão dos meios de produção.
A Situação Geradora de Aprendizagem (SGA) é baseada no exemplo da "ENG Elevadores", empresa fictícia que fornece soluções inteligentes para transporte vertical, fabrica elevadores, possui tecnologia de ponta e profissionais altamente qualificados. O campo da engenharia mecânica requer uma compreensão das principais áreas, incluindo mecânica, cinética, termodinâmica, ciência dos materiais, análise estrutural e eletricidade. 
A mecânica é um ramo da física que estuda o movimento dos objetos, bem como sua evolução temporal e as equações matemáticas que os determinam, lida com o movimento e o repouso dos objetos esteja ou não sob a ação de uma força. As instalação elétrica é um processo complexo que monta diferentes partes de um sistema elétrico para uso, ele ajuda a fornecer energia elétrica segura e confiável para diferentes contruções, esses componentes incluem fiação, tomadas, painéis e outros dispositivos. 
O presente trabalho proporcionou habilidades e aprendizado em questão de planejamento de uma situação real da área de um profissional da engenharia mecânica. A responsabilidade profissional é a base, pois o mercado de trabalho exige não só a graduação em engenharia, mas também profissionais bem formados conscienciosos e responsáveis ​​que busquem cumprir os padrões legais, éticos, sociais e humanos pela necessidade de um equilíbrio justo de direitos e responsabilidades. Conclui-se assim como é importante compreender os desdobramentos possíveis por meio da aplicação teórica e prática dos conteúdos estudados ao longo do semestre para a construção de um futuro profissional.
REFERÊNCIAS
HAYT, W.H, Análise de Circuitos Em Engenharia: Mcgraw-Hill, 2014.
MONTE, P. J. D. Elevadores e escadas rolantes. 1ª. ed. Rio de Janeiro: [s.n.], 2000.
TIPLER, P. A.; MOSCA, G. Física. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006. v. 1. 
YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física I. São Paulo: Pearsom, 2008. 12. ed