APS GRUA FIXA 7 semestre

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<p>Relatório – APS 7° Semestre</p><p>GRUA FIXA</p><p>Código: 38A8</p><p>TIAGO WILLIAN DA SILVA / C93JDF2</p><p>Turma: EM0946 (Engenharia Mecânica)</p><p>Assis – SP</p><p>a</p><p>1 . INTRODUÇÃO</p><p>A maior parte do conhecimento sobre os guindastes antigos vem dos escritos</p><p>do arquiteto romano Vitrúvio (século I A.C.) e de Héron de Alexandria (século I D.C.).</p><p>O mais simples dos guindastes descritos compunha-se apenas de uma única estaca</p><p>fincada no chão, que era erguida e sustentada por um par de cabos amarrados em</p><p>sua extremidade superior. Em seu topo, prendia-se a roldana por onde corria a</p><p>corda utilizada para suspender os materiais. Essa corda era normalmente operada</p><p>por um molinete fixo num dos lados da estaca, junto à base.</p><p>Os guindastes romanos apresentavam sérias limitações. Apesar de a carga</p><p>poder ser levantada verticalmente, o ângulo em que ela podia girar, à direita ou à</p><p>esquerda, sem o guindaste se desequilibrar, era muito restrito. Além disso, só</p><p>poderia ser erguida até a altura das estacas. Outro problema era a imobilidade do</p><p>equipamento, que precisava ser desmontado a cada etapa da construção. Os</p><p>construtores medievais conseguiram superar a maioria desses problemas.</p><p>A força humana - utilizada para fazer funcionar o molinete - permaneceu</p><p>insubstituível até o advento das máquinas a vapor.</p><p>Figura 1: Guindaste</p><p>Fonte: https://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/origem-e-funcionamento-do-</p><p>guindaste.html</p><p>Embora exista uma grande variedade de guindastes em uso, essas máquinas</p><p>podem ser divididas em dois grupos principais: os guindastes de ponta e os de</p><p>lança. Qualquer modelo, porém, utiliza numerosos acessórios para os trabalhos de</p><p>suspensão: nos ganchos de aço adaptam-se redes, tramas, cordas, cabos de aço,</p><p>etc. Para operar com materiais a granel, de pequeno porte, mas soltos e em grande</p><p>quantidade (tais como minérios ou grãos), os guindastes são equipados com uma</p><p>garra (ou concha) composta de duas mandíbulas articuladas.</p><p>Figura 2: Grua de construção.</p><p>Fonte: https://manusgrua.com.br/produto/grua-shandong-zhongwen-qtz-40</p><p>O funcionamento de um guindaste depende de uma relação matemática entre</p><p>a força utilizável no gabo de aço e o ângulo em que se encontra o material a ser</p><p>erguido. A segurança de toda a operação, bem como a capacidade da máquina,</p><p>subordina-se sempre a essa relação matemática.</p><p>Os guindastes de lança são quase sempre autônomos e destinados à</p><p>utilização ao ar livre e impulsionados por motor diesel. A lança oferece grande</p><p>mobilidade para realizar as operações, porque tanto pode ser erguida ou baixada</p><p>verticalmente quanto girar horizontalmente, em círculo, acompanhando sua</p><p>superestrutura.</p><p>Figura 3: elevação de carga.</p><p>Fonte: https://cdn.portalsaofrancisco.com.br/wp-content/uploads/2017/01/guindaste-4.jpg</p><p>Em quase todos os modelos de guindaste, a maior parte da ação de</p><p>levantamento de carga é executada por um ou mais cabos de aço que se enrolam</p><p>em um tambor situado dentro da superestrutura.</p><p>Importante para todos os tipos de guindastes, o problema do equilíbrio torna-</p><p>se crítico nos modelos de torre, muito empregados na construção civil. Sua torre</p><p>serve de suporte para um braço horizontal que se prolonga em direções opostas e</p><p>em comprimentos distintos. A extremidade mais curta do braço possui um</p><p>contrapeso; na outra, o mecanismo de suspensão movimenta-se sobre um trole. A</p><p>capacidade de carga aumenta à medida que o trole trabalha mais próximo da torre</p><p>central.</p><p>Serviços portuários de carga e descarga de navios valem-se de diferentes</p><p>equipamentos, especialmente destinados a trabalhos específicos. Contudo, um dos</p><p>guindastes de emprego mais generalizado em docas é o que possui a lança</p><p>conectada com um braço articulado, ou seja, o modelo mais conhecido como grua.</p><p>Figura 4: Utilização de gruas para movimentação de cargas em navios.</p><p>Fonte: https://cdn.portalsaofrancisco.com.br/wp-content/uploads/2017/01/guindaste-01.jpg</p><p>Em estaleiros há guindastes com mais de 120 metros de altura que</p><p>suspendem 1500 toneladas numa única operação.</p><p>2 . OBJETIVOS</p><p>Projetar e construir uma grua fixa com capacidade de 12 Kgf, que tenha sua</p><p>estrutura composta por barras de aço com baixo teor de carbono, em formato de</p><p>treliça e unidas por solda, tendo como obrigatoriedade ter a secção da torre em</p><p>formato quadrático de 60 mm de lado, fabricado através de barras de aço (redondas</p><p>ou quadradas) de 5 mm e 6mm. Já a lança tem como requisito possuir seção</p><p>triangular equilateral de 60 mm, sendo construída através dos mesmos critérios para</p><p>materiais que a torre.</p><p>Sua base deve ser fabricada com uma chapa quadrada feita em aço A-36</p><p>com 260 mm de lado, tendo a sua espessura determinada através do cálculo de</p><p>equilíbrio estático do conjunto (com ou sem carga, somado a uma tolerância de 25%</p><p>no peso final da peça).</p><p>A grua deverá conter também um contrapeso, que será fixado na parte</p><p>posterior da lança, a uma distância de 350 mm do centro da torre, e sua massa</p><p>também será obtida através do cálculo de equilíbrio estático.</p><p>3 . DESENVOLVIMENTO</p><p>Para o desenvolvimento do projeto é necessário ter conhecimento de alguns</p><p>conceitos sobre a mecânica e principalmente a estrutura da grua. Alguns assuntos</p><p>importantes relacionados serão tratados nos itens a seguir:</p><p>3 .1. Base</p><p>Componente que suporta o guindaste é o principal elemento que garante a</p><p>sustentação da máquina, fixada em uma enorme base de concreto, onde grandes</p><p>sustentadores são embutidos profundamente no mesmo. Sendo assim o</p><p>responsável de como a maquina se mantém estável sem haver nenhum cabo de</p><p>sustentação. Essas bases medem em torno de 10 m x 10 m x 1,3 m e pesam em</p><p>torno de 182 mil kg.</p><p>Figura 5: Construção da base de uma grua.</p><p>Fonte: https://civilizacaoengenheira.wordpress.com/2012/12/22/como-funcionam-os-guindastes-torre/</p><p>3 .2. Torre</p><p>É a unidade que da a altura ao guindaste, sendo constituída de estrutura em</p><p>forma de treliça com seção quadrada, tem a finalidade de manter o conjunto de</p><p>lanças em equilíbrio, sustentar o peso que estará sendo içado e suportar a torção</p><p>causada por este.</p><p>Figura 6: exemplos de torres.</p><p>Fonte:</p><p>http://g03.s.alicdn.com/kf/HTB1lWx1KFXXXXb_XVXXq6xXFXXXc/223227481/HTB1lWx1KFXXXXb_X</p><p>VXXq6xXFXXXc.jpg</p><p>3 .3. Lança</p><p>Dotada de um carro com roldanas que corre ao longo de seu comprimento, é</p><p>a parte do guindaste que suporta a carga, tem sua estrutura em formato de treliça</p><p>com seção triangular.</p><p>Figura 7: exemplo de lança.</p><p>Fonte: https://civilizacaoengenheira.wordpress.com/2012/12/22/como-funcionam-os-guindastes-</p><p>torre/</p><p>3 .4. Braço horizontal menor e contra peso</p><p>O braço horizontal menor é responsável por comportar os contrapesos (feitos</p><p>de concreto) e que possui o motor e o sistema eletrônico do guindaste.</p><p>Figura 8: contra pese e lança menor.</p><p>Fonte: https://civilizacaoengenheira.wordpress.com/2012/12/22/como-funcionam-os-guindastes-</p><p>torre/</p><p>O contra peso serve para equilibrar o peso da carga içada e mantém a</p><p>estrutura segura para manusear a carga, evitando assim que a maquina tombe ou</p><p>venha a quebrar.</p><p>4 . Memorial de Cálculo</p><p>A partir dos cálculos realizados abaixo, obteve-se as dimensões estruturais da</p><p>grua de acordo com a carga proposta.</p><p>Desenho esquemático da grua</p><p>A</p><p>• Conversão da carga em Newtons:</p><p>1𝐾𝑔𝑓=9,80665𝑁</p><p>12𝐾𝑔𝑓=117,72𝑁</p><p>• Calculo com a carga: A grua rotaciona em torno do ponto B:</p><p>∑ 𝑀𝑏= −117,72 ∗ (0,65 − 0,13)+ 𝐶𝑃∗ (0,375 +0,13)+ 𝑅∗ (0,13)= 0</p><p>−61,214 + 0,245 ∗ 𝐶𝑃+ 0,13 ∗ 𝑅=0</p><p>0,245 ∗ 𝐶𝑃+0,13 ∗ 𝑅=61,214</p><p>• Calculo sem a carga: A grua rotaciona em torno do ponto A:</p><p>∑ 𝑀𝑎=+𝐶𝑃∗(0375 − 0,13)− 𝑅 ∗0,13=0</p><p>𝐶𝑃= 0,13 ∗ 𝑅</p><p>0,245 →𝐶𝑃= 0,5306 ∗ 𝑅</p><p>• Substituindo temos o valor de R e de CP:</p><p>0,245 ∗ (0,5306∗𝑅 ) +0,13 ∗ 𝑅=61,214</p><p>0,13 ∗ 𝑅+0,13 ∗ 𝑅=61,214</p><p>0,26 ∗ 𝑅=61,214</p><p>𝑅= 246,98𝑁</p><p>→ 𝑅=246,98𝑁</p><p>9,81𝑀 /𝑠² = 25,18𝐾𝑔</p><p>𝐶𝑃=0,5306∗𝑅</p><p>𝐶𝑃=0,5306∗ 246,48</p><p>𝐶𝑃=130,78𝑁 →𝐶𝑃=130,78𝑁</p><p>9,81𝑚/𝑠²= 13,33𝐾𝑔</p><p>• Calculo do peso da base com fator de segurança:</p><p>𝑀base = 25,18𝐾𝑔∗25% = 31,48𝐾𝑔</p><p>• Calculo da espessura (E) da base:</p><p>𝜌= 𝑚 / 𝑣 = 𝑚 →𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜 𝑎ç𝑜 𝐴36 𝜌=7850𝑘𝑔</p><p>𝑣 / 𝜌 𝑚³</p><p>AAAS</p><p>𝑣= 𝐴base ∗𝐸</p><p>0,24 ∗ 0,26 ∗ 𝐸 (𝑚)= 31,48𝐾𝑔</p><p>7850𝐾𝑔/𝑚³</p><p>𝐸(𝑚)= 4,01019 ∗ 10-³ (𝑚³) / 𝐸=0,06427𝑚 → 𝐸= 64,27𝑚𝑚</p><p>0,0624 (𝑚²)</p><p>𝑇𝑔𝜃= 𝐶𝑂</p><p>𝐶𝐴</p><p>𝑇𝑔𝜃 = 168</p><p>375 = 24,13°</p><p>∝=90 − 24,13</p><p>∝= 65,87°</p><p>𝐶𝑜𝑠 ∝= 𝐶𝐴 / CP / Fcp CP</p><p>ℎ / Fcp / 𝐶𝑜𝑠 ∝</p><p>Fcp = 130,77 N = 319,88 N</p><p>Cos 65,87</p><p>𝜎= 𝐹 = 319,68𝑁 = 45,23𝑀𝑃𝑎</p><p>𝐴 𝜋 ∗ (1,5 ∗10-³ )²</p><p>A medida comercial que mais se aproxima ao resultado é a de 2¹/2 polegadas</p><p>(63,5mm).</p><p>Calculando os esforços dos tirantes:</p><p>Encontrando o ângulo:</p><p>Calculando a tração máxima no cabo de aço 1020 diâmetro de 3mm:</p><p>Calculando a força gerada pelo contra peso (Fcp):</p><p>∑ 𝐹𝑥=𝐻1=0</p><p>∑ 𝐹𝑦= −130,78+𝑉1 = 0</p><p>𝑉1 = 130,78</p><p>∑ 𝑀1 = +130,78 ∗ (0,375) + 𝑀1 = 0</p><p>𝑀1 = − 49,04 𝑁.𝑚</p><p>𝐼 = 𝑏 ∗ ℎ³</p><p>36</p><p>Como a tensão encontrada é muito menos que a tensão limite de resistência</p><p>à tração, o cabo suportara tranquilamente a carga aplicada.</p><p>Calculando a lança do contra peso:</p><p>0 ,08 ∗ (0,0587) 0,07 ∗ (0,0487) − = 4,495 ∗ 10 − 2,246 ∗ 10 = 2,249 ∗ 10 3 6 36</p><p>0 ,0587 − (−49,04) ∗ 0,0587 − 3 σ</p><p>= = = 8,53 MPa f ã 2,249 ∗ 10</p><p>Para o aço 1020:</p><p>σe = 330𝑀𝑃𝑎 > 8,53𝑀𝑃𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖çã𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑟á 𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑓𝑜𝑟ç𝑜𝑠.</p><p>𝐼 =</p><p>−M * y</p><p>I</p><p>Calculando a lança da carga:</p><p>∑ 𝐹𝑥=−𝐻2=0</p><p>∑ 𝐹𝑦= 𝑉2−117,72 → 𝑉2 = 117,72</p><p>∑ M = −117,72 ∗ 0,65 + M2 = 0</p><p>M2 = −76,52 N. m</p><p>b * ℎ</p><p>I = 3 6</p><p>0 ,08 ∗ (0,0587) 0,07 ∗ (0,0487) I = − = 4,495 ∗ 10 − 2,246 ∗ 10 = 2,249 ∗ 10 3 6 36</p><p>0 ,0587 − (−76,52) ∗ 0,0587 −</p><p>2,249 ∗ 10</p><p>− M ∗ y</p><p>I</p><p>3 σ = = = 13,32 MPa</p><p>σe = 330 MPa > 13,32 𝑀𝑃𝑎 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖ça 𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑟a 𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑓𝑜𝑟ç𝑜𝑠.</p><p>Calculando a torre:</p><p>∑ 𝐹𝑦 = 246,98 – 𝑅0 = 0</p><p>R = 246,98</p><p>A = A − A = (0,06 ∗ 0,06) − (0,05 ∗ 0,05) = 1,1 ∗ 10 m²</p><p>F</p><p>A</p><p>246,98 N</p><p>σ = = = 0,23 MPa 1,1 ∗ 10 m</p><p>σ = 330 MPa > 0,23 MPa 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖çã𝑜 𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑟á 𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑓𝑜𝑟ç𝑜𝑠</p><p>5 . CONSTRUÇÃO</p><p>Antes de iniciar a construção do protótipo é necessário estudar as normas de</p><p>construção, dimensões, aplicação, entre outros itens importantes que serão</p><p>avaliados. Nos itens abaixo serão descritos os procedimentos de construção dos</p><p>itens mais importantes da grua.</p><p>5 .1. Montagem torre</p><p>O primeiro passo na construção foi o corte das barras nas medidas montagem</p><p>da torre. Foram cortadas quatro barras com 950 mm que serão as extremidades da</p><p>torre, e posteriormente todas as barras para serem soldadas formando uma</p><p>estrutura treliçada. Nesta etapa é muito importante que tudo seja montado e soldado</p><p>verificando atentamente o alinhamento para que a torre não fique torcida podendo</p><p>prejudica a estrutura. Nas figuras abaixo se pode observar o resultado.</p><p>Figura 9: Montagem da torre.</p><p>Fonte: imagem própria.</p><p>Todas as barras foram fixadas utilizando processo de soldagem eletrodo E</p><p>013 de 2.5 mm. 6</p><p>5 .2. Montagem lanças</p><p>A segunda etapa do projeto foi a construção das estruturas das lanças, que</p><p>deveriam ter seção triangular equilateral com 60 mm. A lança para içamento tem 650</p><p>mm de comprimento a partir do centro da torre, enquanto a lança do contra peso tem</p><p>3 75 mm. Foi desenvolvido também um gabarito em formato triangular para evitar</p><p>desalinhamento na fixação das lanças na torre, conforme figura abaixo:</p><p>Figura 10: Montagem das lanças.</p><p>Fonte: imagem própria.</p><p>5 .3. Gancho e contra peso</p><p>Após o término da estrutura principal, foi fixado na ponta da lança elos de</p><p>corrente com um gancho de aço inox, que servirá para sustentação da carga. Na</p><p>lança menor foi soldado uma pequena chapa com encaixe para ser acoplada uma</p><p>caixa com 13,5 kg para trabalhar como contra peso.</p><p>A caixa foi construída em aço 1020 e tem base de 200 x 200 mm e altura de</p><p>1 00 mm, e nela foram colocadas quatro pesos de 3 kg cada, que somados ao peso</p><p>da caixa resultam aproximadamente nos 13,5 kg calculados. Abaixo seguem fotos</p><p>do gancho e caixa de contra peso.</p><p>Figura 11: Gancho.</p><p>Fonte: imagem própria.</p><p>Figura 12: Caixa do contra peso.</p><p>Fonte: imagem própria</p><p>5 .4. Base</p><p>Por fim a estrutura foi fixada no topo da chapa de aço A36 com dimensões</p><p>.1/2” x 240 mm x 260 mm. A espessura de 2.1/2” foi calculada de acordo com as</p><p>reações para evitar o tombamento da grua.</p><p>2</p><p>Figura 13: Estrutura soldada na base.</p><p>Fonte: imagem própria</p><p>5 .5. Acabamento final</p><p>Para finalizar o protótipo, foi feito uma pintura em cor alaranjada, para</p><p>melhorar o visual e também proteger o aço da oxidação.</p><p>Após a cura da tinta, foram passados dois cabos de aços por olhais que</p><p>haviam sido fixados das pontas das lanças e no topo da torre. Esses cabos devem</p><p>ficar esticados e terão a função de tirantes que colaboram na resistência aos</p><p>esforços causados pelos pesos. Abaixo segue foto com grua totalmente finalizada.</p><p>Figura 14: Grua finalizada.</p><p>Fonte: imagem própria.</p><p>6 . MATERIAIS E CUSTOS</p><p>Os custos são parte importante a serem considerados no projeto, porém,</p><p>deve ser balanceado juntamente com a qualidade. Na tabela a seguir são</p><p>apresentados todos os materiais utilizados e os gastos gerados para o</p><p>desenvolvimento do trabalho.</p><p>Tabela 1: Materiais e custos do projeto.</p><p>Preço</p><p>Unitário</p><p>Material Quantidade Unidade Preço Total</p><p>Ferro Redondo Ø 5 mm 24</p><p>3</p><p>m</p><p>m</p><p>R$ 0,67 R$ 16,00</p><p>Cabo de aço Ø 3 mm R$ 3,00 R$ 9,00</p><p>R$ 120,00</p><p>R$ 10,00</p><p>R$ 45,00</p><p>R$ 35,00</p><p>Chapa 2.1/2" - Aço A36</p><p>(240 mm x 260 mm)</p><p>1 Peça</p><p>Peça</p><p>Peça</p><p>Lata</p><p>R$ 120,00</p><p>R$ 10,00</p><p>R$ 45,00</p><p>R$ 35,00</p><p>Gancho 1</p><p>Caixa Aço - Contra peso</p><p>Tinta</p><p>1</p><p>1</p><p>Despesas gerais com</p><p>solda / acabamentos</p><p>1 Diversos R$ 60,00 R$ 60,00</p><p>Total R$ 295,00</p><p>Fonte: elaborada pelo autor.</p><p>7 . Conclusão</p><p>A aplicação prática dos conhecimentos obtidos em sala contribui muito para o</p><p>entendimento e desenvolvimento profissional. Através desta atividade foi possível</p><p>observar a veracidade dos cálculos utilizados para equilíbrio de forças e momentos,</p><p>tensões e esforços além da utilização do coeficiente de segurança para garantia do</p><p>projeto.</p><p>O objetivo de projetar e construir uma grua que sustente uma carga de 12 kgf</p><p>foi alcançado graças aos conceitos aplicados, desde interpretação de desenho,</p><p>cálculos, planejamento e métodos até a construção e acabamento final.</p><p>8 . Referências bibliográficas</p><p>HIBBLER, Russel Charles. Resistência dos materiais. 7ª Ed. . Pearson, 2010.</p><p>https://civilizacaoengenheira.wordpress.com/2012/12/22/como-funcionam-os-</p><p>guindastes-torre/</p><p>http://www.trucado.com.br/a-historia-do-guindaste/</p><p>https://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/origem-e-funcionamento-do-</p><p>guindaste.html</p><p>https://www.portalsaofrancisco.com.br/curiosidades/guindaste</p>