Elementos_de_Maquina_I_Projeto_de_uma_pr

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Universidade Federal de Sergipe 
 Centro de Ciência Exatas e Tecnologia 
 Núcleo de Engenharia Mecânica 
 
 
 
Elementos de Máquina I 
 
Projeto de uma prensa de latas de alumínio 
 
 
 
Alunos: 
Alexandre Carvalho 
Gilsandro Andrade 
Jonathan L. Oliveira 
Vinicius Cassiano 
 
 
 
 
 
 
São Cristóvão / SE 
Novembro de 2015 
Sumário 
INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 3 
OBJETIVOS .................................................................................................................................. 6 
OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................. 6 
DESENVOLVIMENTO ................................................................................................................. 7 
Parafuso de potência ............................................................................................................. 7 
Comportamento das forças no parafuso de potência .................................................. 8 
Carga crítica aplicada ............................................................................................................ 8 
Rotação ..................................................................................................................................... 9 
Torque ..................................................................................................................................... 10 
Potência .................................................................................................................................. 12 
Eficiência ................................................................................................................................ 13 
Tensão nos filetes ................................................................................................................ 13 
Propriedades estruturais do aço ...................................................................................... 14 
Tensões normais e de cisalhamento em vigas e barras de paredes finas ........... 15 
Soldas ...................................................................................................................................... 16 
Dimensionamento de Juntas Soldadas .......................................................................... 17 
MEMÓRIA DE CÁLCULOS ...................................................................................................... 18 
Dados iniciais ............................................................................................................................ 18 
Cálculos (Parafuso de potência e motor)....................................................................... 19 
Dimensionamento estrutura da prensa .......................................................................... 25 
Cálculo de Solda ................................................................................................................... 27 
CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................................... 29 
ANEXOS ...................................................................................................................................... 30 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 31 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
Um número crescente de empresas passou a reciclar materiais e sobras de 
produção. A reciclagem é um dos passos iniciais dos sistemas de gestão ambiental por 
não exigir investimento muito pesado e trazer benefícios rápidos, além de possibilitar 
uma enorme economia de matéria-prima e energia elétrica. Para se ter uma ideia, para 
cada lata reciclada uma empresa poupa o equivalente ao consumo de uma televisão 
durante três horas. 
O ciclo de vida de uma lata de bebida de alumínio é de apenas 30 dias, de uma 
lata para outra. Nesse período, a lata vai da prateleira para o consumidor e, descartada 
corretamente, para uma instalação de reciclagem em que poderá ser refundida e 
reformatada em outra lata de alumínio com exatamente as mesmas características 
físicas da lata original. Como o alumínio pode ser reciclado sem nenhuma perda de 
qualidade, as latas de alumínio são o produto ideal para uma reciclagem de ciclo 
fechado. 
 Em 2012, o Brasil manteve o recorde mundial de reciclagem de latas de alumínio 
para bebidas, com o índice de 97,9%. Foram 267,1 mil toneladas de sucata de latas 
recicladas, o que corresponde a 19,8 bilhões de unidades, ou 54,1 milhões por dia ou 
2,3 milhões por hora. 
Figura 1 - Reciclagem de latas de alumínio. 
Com os esforços desempenhados pela cadeia de reciclagem - fabricantes de 
chapas, de latas, envasadores de bebidas, cooperativas e recicladoras - e pelo 
Governo, por meio da conscientização da população, o programa de reciclagem da lata 
de alumínio é hoje uma experiência de sucesso com grande influência social, 
econômica e ambiental. Em 2012, somente a etapa de coleta (compra de latas usadas) 
injetou cerca de R$ 630 milhões na economia nacional, gerando emprego e renda para 
milhares de pessoas. 
 
Passo-a-passo da reciclagem de latinhas: 
 
1. COMPRA 
O consumidor compra as latinhas de alumínio no supermercado. 
2. CONSUMO 
Depois de usada, a lata vazia é levada aos postos de coleta ou então vendida aos 
sucateiros, gerando renda nesta atividade. 
3. COLETA 
Nesses locais, as embalagens são prensadas com todas as suas partes (corpo, 
tampa e anel). 
4. PRENSAGEM 
Neste estágio, as latas são prensadas novamente. Desta vez, em grandes fardos, 
como são chamados os “pacotes” volumosos e pesados, fáceis de serem 
transportados. 
5. FUNDIÇÃO 
As latinhas são derretidas em fornos especiais para latas de alumínio. 
6. LINGOTAMENTO 
Aqui todo o material é transportado em lingotes fundidos sob a forma de tiras, 
apropriadas para uma refusão ou transformação. 
7. LAMINAÇÃO 
Os lingotes passam por um processo de deformação no qual o material passa entre 
rolos e se transforma em bobinas de alumínio. 
8. NOVAS LATAS 
As bobinas são usadas para fazer novas latinhas. 
9. ENCHIMENTO 
Na fábrica de bebidas, as latas passam por um processo de enchimento para 
ganhar aquele tradicional formato “oco” que conhecemos. 
10. CONSUMO 
Depois as latas são distribuídas mais uma vez aos pontos de venda, fechando o 
ciclo de reciclagem das latinhas de alumínio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBJETIVOS 
 
Esse trabalho tem como principal objetivo desenvolver o projeto e concepção de 
uma prensa de alumínio simples e compacta, obtendo com isso um valor competitivo no 
mercado, para atender não só as grandes empresas como também as médias e 
pequenas. 
 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
 Dimensionamento dos elementos utilizados na fabricação da prensa; 
 Desenvolvimento do protótipo no software Solidworks de uma máquina de 
prensa para latas; 
 Desenvolver um sistema simples e barato para viabilização da construção em 
larga escala. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 - morsa de bancada, exemplo de aplicação do parafuso de potência. 
Figura 3 - Exemplos de aplicações para parafusos de potência. 
 
 
 
DESENVOLVIMENTO 
 
Parafuso de potência 
 
O parafuso de potência ou parafuso de transmissão é um dispositivo utilizado 
em máquinas para transformar um movimento angular em movimento linear. Seu 
funcionamento consiste em se aplicar um torque à extremidade do parafuso, 
movimentando-se a outra extremidade, que realiza trabalho. São exemplos de 
aplicações dos parafusos de potência, o fuso do torno, a movimentação do mordente de 
uma morsa, o sistema de acionamento de um macaco ou prensa mecânica.Figura 4 - forças atuantes nos filetes do parafuso de potência. 
 
 
Comportamento das forças no parafuso de potência 
 
A figura 4 apresenta um parafuso de potência de rosca direita sendo utilizado 
para elevar ou descer cargas. Para elevar a carga gira-se o parafuso no sentido 
contrário ao filete da rosca e para abaixar, gira-se para a direita, no sentido da 
inclinação do filete. 
 
 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Carga crítica aplicada 
 
No caso de compressão, o parafuso pode estar sujeito à flambagem. A carga 
crítica para flambagem pode ser calculada como: 
 
 = 
� �
 (1) 
 
Para seção circular: 
 = � (2) 
Para seção tubular: = � − � (3) 
Rotação 
 
Para que possamos selecionar um motor para realizar uma atividade cuja 
transmissão será por parafuso de potência, é necessário estimar primeiramente a 
potência, o torque e a rotação de funcionamento que o capacita para realizar 
determinado trabalho. Para isso necessita-se saber qual o tipo de movimento, qual a 
massa do corpo que será deslocado, o tipo, o diâmetro e o número de entradas 
adequado do parafuso de potência para a transmissão, a velocidade desejada e até 
mesmo a aceleração pretendida. O primeiro passo é determinar o tipo de rosca 
adequado para o parafuso de potência. Para uma transmissão suave deve ser utilizado 
o de rosca trapezoidal e quando for para transmissão com grandes esforços e/ou 
choque deve ser utilizado o de rosca quadrada. Depois, estipula-se a quantidade de 
entradas e o passo adequados para a transmissão em função do avanço (A) desejado. 
Essa escolha depende da análise da eficiência e do que é encontrado no mercado. 
Sabendo o avanço desejado (A) e o espaço linear (ΔS) que o sistema terá que 
percorrer, é só determinar a quantidade de voltas (N) que o motor deverá executar para 
percorrer esse espaço desejado (equação 4). 
 = ∆� (4) 
Sendo o avanço (A) definido como o produto do passo (p) pelo número de entradas 
(Ne), então obtém-se a equação 5: 
 = ∆ (5) 
 
Com o número de rotações do motor para percorrer o espaço desejado e 
determinando o tempo que se deseja percorrer esse espaço, pode-se calcular a 
frequência de rotação do motor utilizando a equação 6. 
 
 = ∆ (6) 
 
Onde: 
 f = frequência; 
Δt = intervalo de tempo. 
Uma vez encontrada a frequência, pode-se determinar a rotação (n) através da 
equação 7: 
 =60. (7) 
 
Torque 
 
 Para a determinação do torque a situação é um pouco mais complicada, pois 
deve-se levar em consideração, além do esforço para mover a carga, o esforço para 
rotacionar o parafuso. Os resultados são diferentes para o movimento vertical 
ascendente, o movimento vertical descendente e também para os casos de movimento 
horizontal. Além disso, devem ser analisadas as características geométricas do 
parafuso que será utilizado na transmissão. 
 O sistema estará em equilíbrio sobre a ação destas forças. 
 
Para levantar a carga: 
 
 
 
Para descer a carga: 
 
 Isolando N na horizontal e na vertical e igualando as expressões: 
 
Para levantar a carga: 
 (8) 
Para descer a carga: 
 
 Dividindo-se o numerador e o denominador dessas equações por cos e 
considerando que tg = L/(dm), tem-se: 
 
 (9) 
 Finalmente, sabendo-se que o torque é o produto de P pelo raio médio dm/2: 
Onde T é o torque necessário para vencer o atrito nos filetes do parafuso e levantar ou 
descer a carga. 
 
 (10) 
 
 Em aplicações de parafusos de potência ainda é necessário levar em 
consideração um terceiro elemento que altera o torque. Quando o parafuso é carregado 
axialmente, emprega-se um mancal de escora, ou colar, entre as peças girantes e as 
estacionárias, a fim de eliminar os componentes axiais. A carga é considerada 
concentrada no diâmetro médio do colar. 
 Chamando-se �� o coeficiente de atrito do colar: 
 (11) 
Figura 5 - Parafuso de potência com rosca trapezoidal (rosca no padrão Acme americano). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Potência 
 
A potência mecânica (P) é definida como o produto da força tangencial pela 
velocidade, então: �= . (12) 
 
 O torque é diretamente proporcional à potência e inversamente proporcional à 
rotação: 
 
 = � (13) 
 
Isolando-se a potência encontra-se outra maneira de calcular a potência, agora 
em função do torque e da rotação. � = �.�. (14) 
Essa potência mecânica (P) calculada pela equação 12 ou pela equação 14 é a 
potência necessária para realizar o trabalho mecânico, isto é, é a potência útil. A 
potência de saída (PS) no eixo do motor deve ser determinada considerando a 
eficiência (ε) da transmissão por parafusos de potência. A equação 15 representa o 
cálculo da potência de saída. 
� = �� (15) 
O torque que o motor deverá possuir para realizar essa atividade é calculado 
através da equação 13, mas já considerando a potência de saída (� ) no eixo do motor. 
 
 
Eficiência 
 
A eficiência ou rendimento de um parafuso de potência é a razão entre o 
trabalho de saída e o trabalho de entrada (NORTON, 2000, p.767). O trabalho de 
entrada (τe) pode ser definido como o produto do torque pelo deslocamento angular 
(Δφ) em radianos. � = . ∆� (16) 
Já o trabalho de saída (τs) pode ser definido como o produto da força de 
resistência (R) pelo deslocamento linear (ΔS), conforme equação abaixo. � = . ∆ (17) 
Assim, a eficiência de um parafuso de potência é dada pela equação 18. � = �� (18) 
 
Tensão nos filetes 
 
Supondo-se que a carga seja uniformemente distribuída sobre a altura h da 
porca e que os filetes da rosca do parafuso falharão por cisalhamento no diâmetro 
menor, então, a tensão média de cisalhamento nos filetes da rosca será: � = .�. .ℎ (19) 
 
Os filetes da rosca da porca poderiam falhar no diâmetro maior, neste caso, a 
tensão média de cisalhamento será: 
 � = .�. .ℎ (20) 
 
 
 
Já a tensão de compressão superficial na roca é: � = . .�.ℎ. − (21) 
 
 
Propriedades estruturais do aço 
 
 As propriedades mecânicas definem o comportamento dos aços quando sujeitos a 
esforços mecânicos e correspondem às propriedades que determinam a sua 
capacidade de resistir e transmitir os esforços que lhes são aplicados, sem romper ou 
sem que ocorram deformações excessivas. Para compreender o comportamento das 
estruturas de aço é essencial que o calculista esteja familiarizado com as propriedades 
do aço. 
 
Principais requisitos para os aços destinados à aplicação estrutural são: 
 
 Elevada tensão de escoamento; 
 Elevada tenacidade; 
 Boa soldabilidade; 
 Homogeneidade microestrutural; 
 Susceptibilidade de corte por chama sem endurecimento; 
 Boa trabalhabilidade em operações tais como corte, furação e dobramento, sem 
que se originem fissuras ou outros defeitos. 
 
 
 Os aços estruturais podem ser classificados em três grupos principais, conforme a 
tensão de escoamento mínima especificada:Tipo Limite de escoamento mínimo (MPa) 
Aço carbono de média resistência 195 a 259 
 Aço de alta resistência e baixa liga 290 a 345 
 Aços ligados tratados termicamente 630 a 700 
 
 
 
 
Tensões normais e de cisalhamento em vigas e barras de paredes finas 
 
 A tensão normal provocada pela flexão da viga é chamada de tensão de flexão. A 
tensão é de compressão (�� < ) acima da linha neutra quando o momento fletor M é 
positivo, e de tração (�� > quando o M é negativo. 
 A relação entre o momento de inercia e a linha neutra depende apenas da geometria 
da seção e é chamada de módulo de resistência, representada por W. = � (22) 
Assim, temos que o módulo de resistência a flexão pode ser obtido por: = � = ⁄ = (23) 
Em que b é a base e d a altura da seção transversal retangular. 
 
 Com a relação entre o momento fletor e o módulo de resistência obtemos a tensão 
máxima da seção. � = (24) 
 
 A distribuição de tensões de cisalhamento em uma seção transversal de uma barra 
retangular é parabólica e são iguais a zero na parte superior e inferior da seção 
transversal ( = ± . Para y=0, obtemos o valor da tensão máxima de cisalhamento em 
determinada seção de uma barra retangular. 
 � � = � (25) 
 
 
 
 
 
 
 
Soldas 
 
 A união de placas em uma estrutura é conhecida como junta. Uma junta pode ser 
obtida utilizando-se os mais variados elementos de fixação: parafusos, rebites, engates, 
cordões de solda, etc. Dentre estas, a soldagem é uma das mais utilizadas por sua 
facilidade de utilização, confiabilidade e custo. 
 A vantagem do processo de soldagem em relação a demais processos correntes na 
engenharia está na possibilidade de se obter uma união em que os materiais 
apresentam continuidade não só na aparência externa, mas também nas suas 
características e propriedades mecânicas e químicas, relacionadas à sua estrutura 
interna. Apesar da vasta utilização da soldagem, o dimensionamento de juntas soldadas 
se baseia, na prática, em simplificações impostas pela grande variedade de arranjos 
geométricos e combinação de esforços, tornando impraticável (ou impossível) a 
obtenção de soluções baseadas na teoria da elasticidade. Com isso, as técnicas de 
dimensionamento mais comuns baseiam-se na obtenção das tensões nominais 
atuantes no cordão de solda a partir de carregamentos externos conhecidos. 
 Relativamente ao tipo de junta, podemos classificá-las em: de topo, de canto, em T, 
sobreposta e de aresta, e representadas abaixo, na Figura 6. Estas uniões podem ser 
executadas através de três tipos de soldas: solda de topo, de filete e de enchimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Principais tipos de juntas. 
 
 
 
Dimensionamento de Juntas Soldadas 
 
 A abordagem para o projeto de soldas tem sido a de empregar um modelo simples e 
conservador, baseado na hipótese que o carregamento externo gera apenas tensões de 
cisalhamento (�) na região da garganta da solda. 
 A área da garganta da solda onde atuam as tensões de cisalhamento é dada por: � = . � = , ℎ. (26) 
A tensão admissível recomendada pela AWS é dada por: � = , (27) 
 
O dimensionamento consiste em determinar a dimensão h para a qual a solda resistirá 
às tensões atuantes. 
A análise geral consiste em: 
• identificar o tipo de carregamento, 
• determinar as tensões atuantes nos pontos críticos, 
• dimensionar a solda para o ponto crítico de maior tensão atuante usando a 
seguinte fórmula: = ����� → = , ���� (28) 
Onde: �esc – tensão de escoamento do material da solda (eletrodo); �apl – tensão de cisalhamento aplicada na área da garganta (que depende do tipo de 
carregamento). 
 A dimensão h deve ser compatível com a espessura dos componentes a serem 
soldados. A formula básica de Carregamento estático paralelo ao cordão de solda é 
dada por: 
� = � , � = , ℎ ℎ = , .� . (29) 
 
 
MEMÓRIA DE CÁLCULOS 
 
 Dados iniciais 
 
Diâmetro da lata = 65 mm 
Altura da lata = 124 mm 
Força para amassar a lata = 441,45 N 
Material do parafuso é o Aço 1020 (E=210 Mpa) 
Rosca Acme (trapezoidal) 
Fator de segurança = 1,5 
 
O volume da lata, considerando a lata como um cilindro uniforme com a altura e 
o diâmetro igual ao especificado acima, pode ser dado pela formula � � = ℎ. �. = . �. , = , 
 No caso, como comeremos amassar/compactar 200 latas, precisaríamos 
multiplicar esse volume por quinhentos. 
 = , 
 Supondo que queremos um fardo com base de 300 x 300 mm, e que também 
queremos uma redução do tamanho da lata de até 75% temos que 
 % = , 
 Com base no formato do fardo escolhido e nos volumes calculados, 
encontramos que se 200 latas forem coladas dentro de um compactador o espaço 
ocupado seria de uma base de 300 x 300 mm e uma altura de 920 mm, mas como é 
necessário deixar um espaço de folga entre a superfície ligada ao parafuso de potência 
e a capacidade máxima de latas de alumínio. Então a folga escolhida foi de 280 mm, 
sendo assim a altura total é de 1200 mm, e quando o parafuso desce até 920 mm ele 
entra em contato com as latas. 
 De acordo com o volume de latas compactadas na porcentagem de 75%, 
encontramos a altura final de 220 mm, ou seja, o parafuso desce de uma altura de 1200 
mm até 220 mm, para compactar 200 latas com as especificidades esperadas. Então o 
comprimento do parafuso, L, será de 980 mm. 
 
Cálculos (Parafuso de potência e motor) 
 
 Partindo da afirmativa que a força necessária para amassar uma lata é de 441,5 
N (o peso de uma pessoa de 45 quilos com a aceleração da gravidade), podemos achar 
a tensão de escoamento da lata de alumínio � . = � � � = ,�. , = , � 
 Agora podemos achar a carga para amassar 200 latas considerando um bloco 
quadrado de alumínio, para melhor aproximação. = � . . � = , . , . , = , , 
 Com os dados que temos, já podemos encontrar o diâmetro do parafuso para 
depois encontrar a melhor rosca para ele. 
 Tratando-se agora de uma coluna que pode então falhar por flambagem em vez 
de por compressão. Podemos usar a formula � = � . . 
Para encontrar a carga critica axial, mas como já temos a carga necessária para 
amassar a lata, vamos usar essa formula para encontrar o diâmetro de raiz preliminar. = . � .. � = . , . , . ,� . . → = , , 
Pela tabela 15-3 do livro Projeto de Máquinas de Norton, vide tabela 1, temos 
que a rosca mais próxima desse valor é a de 4 ½ polegadas que tem 2 roscas (filetes) 
por polegadas. Então o passo dela é = � / , sendo o diâmetro externo 4 
½ polegadas temos que o diâmetro de raiz é = , − , = 
 Sendo o avanço definido como o produto do passo pelo número de entradas 
(Ne), então, nesse caso, como o número de entradas é igual a um, o passo e o avanço 
tem os mesmos valores. Sabendo o avanço desejado (A) e o espaço linear (∆ ) que o 
sistema terá que percorrer, é só determinar a quantidade de voltas (N) que o motor 
deverá executar para percorrer esse espaço desejado. = ∆ = , . = , 
 Com o número de rotação do motor para percorrer o espaço desejado e 
determinando o tempo que se deseja percorrer esse espaço, 5 minutos foi o tempo 
sugerido, pode-se calcular a frequência de rotação do motor por = ∆ = , . = , 
 E o número de rotação será = . = , . = , 
 
Tabela 1 - Especificação rosca ACME. 
 Utilizando o diâmetro primitivo oferecido pela tabela (4,250 pol) e o com o fator 
de atrito sendo adotado como para parafusos gerais com superfícies bem lubrificadas, = , , e para todas as rocas ACME o ângulo de rosca, �, é sempre 14,5°, o torque é 
encontrado por = ( ) [ . ∝ +�. �.�. . ∝ −�. ] = ( , . , ) [ , . , + �. , . ,�. , . , − , . , ]= , . ,. 
E a eficiência com = ( � ) = , . ,. �. , = , % 
 
 Quando um parafuso é dotado de um mancal axial ou colar para apoio devido a 
esforços axiais, deve ser considerado um torque adicional, não importando o tipo de 
rosca nem o tipo de movimento do parafuso. Escolhendo um colar de bronze com 
diâmetro de 6 polegadas, teremos um fator de atrito entre 0,08 e 0,10 que é o caso que 
combina aço macio com bronze, vide figura 6, no caso vamos adotar o valor de 0,1. O 
valor de é o valor do diâmetro médio do colar, (6+4,5)/2= 5,25 pol. 
 
Tabela 2 – Tabela de coeficiente de atrito no colar. = . � . = , . , . , = , . � , . 
 Assim o torque total requerido para girar o parafuso contra a carga é a soma dos 
dois torques já calculados. = + = , + , = , . � . , . 
 E a eficiência do conjunto (parafuso + colar) é dada por = ( � ) = , . ,. �. , = , % 
 Para calcular a potência útil usamos � = . = , . , = , ℎ 
 Então podemos escolher um motor de 0,5 cv, optamos pelo o IP55 da WEG, e 
supomos uma ligação feita por meio de um inversor de frequência, assim podemos 
atingir às especificações do projeto. Algumas características do motor podem ser 
visualizadas na figura 7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3: motor selecionado. 
 
 A fim de reduzir o desgaste do parafuso e da porca, a pressão do rolamento na 
superfície do parafuso deve estar dentro dos limites. Na concepção de parafusos de 
potência, a pressão do rolamento depende dos materiais do parafuso e da porca, da 
velocidade relativa entre os dois e a natureza da lubrificação. Assim a altura e o 
comprimento da porta pode ser encontrado com o auxílio da tabela 2 (retirada do livro A 
Textbook of Machine Design, página 646). 
 Assumindo um valor de pressão, � , de 1,21 N/mm² (valor médio de pressão do 
intervalo onde a porca é de bronze e o parafuso de aço, Lead screw). Temos que a 
espessura dos segmentos é dada pelo valor do passo dividido por dois. 
 
 
Tabela 4 - Valores limites das pressões dos rolamentos. 
 = = , = , 
 E o número de filetes da rosca em contato com o parafuso é = �. . . � = ,�. , , . , = , ~ 
 A altura da rosca ℎ = . = . , = , 
 A tensão de compressão na porca é encontrada pela formula básica de tensão, 
considerando que o diâmetro menor da porca é o diâmetro maior do parafuso, no nosso 
caso 4 polegadas. � = � = � = ,� , = , � 
 Em um parafuso de potência, se o colar de empuxo possuir um atrito baixo, todo 
o torque aplicado à porca criará tensões torcionais no parafuso. Assim, para acomodar 
o pior caso de alto atrito nas rocas, utilizamos o torque total aplicado em uma seção 
circular. � = = � = . ,�. , = , � 
 A tensão máxima de cisalhamento na porca pode ser dado por � � = √� + � = √ , + . , = , � 
 
 
Dimensionamento estrutura da prensa 
 
Para esse projeto, utilizaremos uma estrutura feita de aço com base de 300x300 
mm e uma altura de 1200mm. Escolhemos utilizar o aço SAE 1020 (laminado a quente) 
por ser um dos aços carbono mais utilizados em componentes mecânicos além de 
serem aços de boa soldabilidade, boa forjabilidade, baixa resistência mecânica e baixa 
usinabilidade. 
Para o dimensionamento da espessura mínima da chapa que vamos utilizar, 
teremos que calcular a área da seção sujeita a força cortante máxima e ao momento 
fletor máximo com base nas tensões normal e de cisalhamento admissíveis do aço. 
Já sabemos que o fardo das 200 latas tem um peso de 2kg (19,6N) e a força aplicada 
pelo parafuso de potência para amassar as latas é de 11979,2N teremos então uma 
força P suportada pela chapa de aço de 11998.8N. Para fins de cálculo iremos 
arredondá-la para 12000N. 
 
Sendo assim o momento fletor máximo será calculado por: 
á� = �. = . , = . 
E a força cortante máxima será: 
á� = �⁄ = = 
Para o projeto com base na tensão normal admissível, primeiramente 
expressamos o modulo de resistência da seção W em termos de altura (espessura) d. 
Temos assim: 
= = ⁄ = = , . = , 
Tabela 5 - Propriedades mecânicas dos aços estruturais. 
A tensão de escoamento do aço 1020 (laminado a quente) é dada pela tabela abaixo: 
Como utilizamos no projeto um coeficiente de segurança de 1,5, a tensão admissível 
será obtida pela equação: � = ��. . = . = 
Para o á� e a � , escrevemos: = á�� = . = , . − = , = , . − = , . − = 
Agora calcularemos a tensão de cisalhamento admissível: � = � ��. . = , = , � 
Com essa tensão, calculamos a espessura pela fórmula: � = � = , . = .. , . = , . − = , 
Observando os resultados, concluímos que a espessura utilizada no projeto será 
a maior calculada. Portanto a espessura da chapa de aço será: = . 
 
Cálculo de Solda 
 
Tipo de solda utilizado foi a de canto como mostra a imagem abaixo: 
 
 
Sendo que solda usada gera apenas tensões de cisalhamento ( � ) na região da 
garganta da solda. Temos que a área da garganta da solda atuam as tensões de 
cisalhamento é dada por: � = ∗ � = , ℎ ∗ 
 
Tendo com recomendação da AWS � = , 
 
O dimensionamento consiste em determinar a dimensão h para qual a solda resistirá às 
tensões atuantes. = ����� = , �� � – tensão de escoamento do material da solda (eletrodo) � – tensão de cisalhamento aplicada na área da garganta 
Fórmula Básica ℎ = , ∗, ∗ � ∗ 
 
 
 
 
 
Escolha do Eletrodo 
O eletrodo escolhido foi o E70xx de acordo com a tabela abaixo. 
Tabela 6 - Resistência de eletrodos comuns para aços. 
 
 Sendo: = , � = � = , = , 
Temos: ℎ = , ∗ , ∗ ,, ∗ ∗ ∗ , ℎ = , 
 
O cordão de solda terá uma espessura de 2,52 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
 
 O campo da reciclagem do alumino é amplo e proporciona diversos benefícios. A 
reciclagem serve como meio de sobrevivência para muitos, desde simples catadores 
que recolhem pequenas quantidades por dia ou mesmo por mês, e revertem a latinhas 
em dinheiro que atenderá as necessidades básicas de sua família, até as grandes 
empresas que lucram muito com a reciclagem do alumínio. O trabalho apresentou a 
criação de uma prensa pneumática com funcionalidade de amassar latas de alumínio de 
até 473 ml. O sistema foi projetado para atuar em pequenos centros de recicladores 
com o objetivo de minimizar o tempo, e o esforço muscular do funcionário no processo 
de reciclagem das latas. 
 O trabalho apresentado contribuiu para o aprofundamento da teoria aprendida em 
sala pela disciplina Elementos de Máquinas. Podemos colocar em prática o conteúdo 
seguindo os passos de um projeto real e os conhecimentos acerca de parafusos de 
potência, juntas soldadas, propriedades do aço, bem como todos os cálculos de 
dimensionamento vistos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXOS 
 
 Figura 7 – Desenho da prensa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Associação Brasileira dos Fabricantes de Latas de Alta Reciclabilidade - 
Abralatas. Apresenta informações gerais de latas de alumínio. Disponível via 
URL em: http://www.abal.org.br . Acesso em: 15 de nov. de 2015. 
 
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Mecânica dos Materiais, 5ª Ed., Bookman, 2011. 
 
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David H.Myszka. Machines & Mechanisms Applied Kinematic Analysys, 4ª 
Ed.,Prentice Hall ,2012 
 
Luciano Galdino, Cálculo da rotação, do torque e da potência de motores 
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Acadêmica, 2014, nº 14, 215-227. 
 
TELECURSO 2000. Elementos de Máquinas, aulas. 6, 7 e 8; 
 
PROTEC, Manual do Projetista de Máquinas, São Paulo,1984 
R.S.KHURMI AND J.K. GUPTA, A Textbook of Machine Design, 14ª ed., Eurasia 
Publishing House, 2005 
 
Catálogo de motores elétricos da WEG.