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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Curso de Engenharia Mecânica Álvaro Guilherme Jardim Amaral Luiz Augusto Fernandes Gomes Pedro Henrique Santos Dias PROJETO E CONSTRUÇÃO DE MESA E PENEIRA VIBRATÓRIA INTERCAMBIÁVEIS Contagem 2019 Álvaro Guilherme Jardim Amaral Luiz Augusto Fernandes Gomes Pedro Henrique Santos Dias PROJETO E CONSTRUÇÃO DE MESA E PENEIRA VIBRATÓRIA INTERCAMBIÁVEIS Trabalho de conclusão de curso apresentado à Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico. Orientador: Prof. Dr. Ayrton Hugo de Andrade e Santos Contagem 2019 Álvaro Guilherme Jardim Amaral Luiz Augusto Fernandes Gomes Pedro Henrique Santos Dias PROJETO E CONSTRUÇÃO DE MESA E PENEIRA VIBRATÓRIA INTERCAMBIÁVEIS Trabalho de integração de curso apresentado à Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico. ______________________________________________________ Prof. Dr. Ayrton Hugo Andrade e Santos (Orientador) – PUC Minas ______________________________________________________ Prof. Dr. Alberto de Sousa Mol – PUC Minas ______________________________________________________ Prof. Msc. Osvaldo Abadia de Carvalho Filho - PUC Minas Contagem, 15 de junho de 2019 RESUMO Este trabalho tem por objetivo projetar e desenvolver uma mesa vibratória com intercambialidade para uma peneira vibratória com intuito de atender o Laboratório de Processos de Fabricação do curso de Engenharia Mecânica da PUC Minas – Contagem e o Laboratório de Materiais de Construção Civil de Engenharia Civil da PUC Minas – Coração Eucarístico. A mesa e peneira vibratória intercambiáveis foi projetada e desenvolvida com a implantação de um sistema onde a sua vibração é variada de acordo com a carga de trabalho introduzida no equipamento. O equipamento desenvolvido possui um dispositivo de segurança que atendendo a NR12 o qual tem a função de proporcionar maiores recursos de segurança diante uma pane operacional. Para desenvolvimento da máquina a estrutura foi modelada utilizando o software Inventor para análise estrutural por meio de elementos finitos e através dos resultados obtidos foram avaliados os pontos críticos da mesma, adequando-a para melhor atender as normas e aplicações a serem seguidas. Palavras-chave: Mesa Vibratória. Peneira Vibratória. Vibração. Estrutura. ABSTRACT This work is to design and develop a vibratory table with interchangeability for a vibrating sieve in order to attend the Process Engineering Laboratory of the Mechanical Engineering course of PUC Minas - Contagem and the Laboratory of Civil Construction Materials of PUC Minas – Coração Eucarístico. The interchangeable table and vibrating screen wass designed and developed with the implementation of a system where its vibration is varied according to the workload introduced in the equipment. The equipment developed has a safety device that meets the NR – 12 that has the function of providing greater safety features before an operational stop. For the development of the machine the structure was modeled using the Inventor software for structural analysis through finite elements and through the obtained results were evaluated the critical points of the same, adapting it to better meet the norms and applications to be followed. Keywords: Vibrating Table. Vibrating Screen. Vibration. Structure. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Jacobsen (1930) mesa vibratória com pêndulo. ....................................... 17 Figura 2 - Mesa Vibratória ......................................................................................... 19 Figura 3 - Descaroçador de algodão, criado por Eli Whitney, 1794. ......................... 19 Figura 4 - Representação esquemática de uma grelha fixa. ..................................... 21 Figura 5 - Representação esquemática de uma peneira DSM. ................................. 21 Figura 6 - Representação esquemática de uma Grelha vibratória. ........................... 22 Figura 7 - Representação esquemática de uma Peneira rotativa.............................. 22 Figura 8 - Representação esquemática de uma Peneira vibratória. .......................... 23 Figura 9 - Representação de uma curva granulométrica de um determinado agregado. .................................................................................................................. 24 Figura 10 - Exemplo de Peneira granulométrica, derivada da Série de Tyler. .......... 25 Figura 11 - Representação de classificação através do peneiramento. .................... 27 Figura 12 - Energia de compactação por teor em água. ........................................... 28 Figura 13 - Efeito da energia de compactação .......................................................... 29 Figura 14 - Exemplos de máquinas para compactação de solos. (1) Compactador de solo; (2) Compactador de solo com placa vibratória; (3) Rolo compactador; (4) Rolo compactador Pé de Carneiro. .................................................................................... 30 Figura 15 - Exemplo de uma mesa vibratória com formas de materiais derivados da compactação do concreto em massa. ....................................................................... 31 Figura 16 - Motor Elétrico. ......................................................................................... 32 Figura 17 - Esquema simplificado de um Motor Elétrico. .......................................... 32 Figura 18 - Rampa de descida do inversor. .............................................................. 35 Figura 19 - Inversor de Frequência WEG. ................................................................. 35 Figura 20 - Representação de um Eixo móvel. ......................................................... 36 Figura 21 - Representação de um mancal de rolamento. ......................................... 37 Figura 22 - Representação esquemática de um mancal de escorregamento. .......... 37 Figura 23 - Demonstração de mancais de rolamento. ............................................... 38 Figura 24 - Exemplos de alguns tipos de mola. ......................................................... 39 Figura 25 - Principais dimensões de uma mola, sujeita a compressão. .................... 40 Figura 26 - Demonstração dos tipos de acabamentos das extremidades de molas helicoidais, sujeitas a compressão. ........................................................................... 40 Figura 27 - Dimensões de acordo com tipo de acabamento das extremidades da mola. ......................................................................................................................... 40 Figura 28 - Mola helicoidal solicitada a compressão. ............................................... 41 Figura 29 - Demonstração de polias com superfície plana e abaulada. ................... 42 Figura 30 - Demonstração polias em "V". ................................................................. 43 Figura 31 - Demonstração polia dentada. ................................................................. 43 Figura 32 - Transmissão de potência entre eixos fora do plano. .............................. 45 Figura 33 - Transmissão não reversível, correias abertas (a) e reversível, correias cruzadas (b). ............................................................................................................. 45 Figura 34 - Padronização das correias trapezoidais. ................................................ de maneira explicativa, baseando-se em métodos experimentais e aplicações práticas no projeto e construção da mesa vibratória e da peneira vibratória, levando em consideração uma abordagem quantitativa onde serão apresentados tabelas, gráficos para mostrar os resultados e etapas do processo. Em relação aos procedimentos de um modo geral, a revisão bibliográfica apresentada nesse trabalho serviu fundamentalmente de base para o norteamento das discussões e tomadas de decisões que foram realizadas e descritas nos resultados e discussão dos mesmos, durante o processo de montagem e execução do projeto. Figura 36 - Metodologia de desenvolvimento do Projeto e Construção de Mesa e Peneira Vibratória intercambiáveis Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 52 3.1 Análise de possibilidades Para desenvolvimento deste trabalho realizou-se uma vasta pesquisa sobre o tema, buscando identificar as possibilidades para desenvolvimento do equipamento. Neste sentido apresenta-se os pontos avaliados e previstos que seriam seguidos durante a execução do projeto. 3.1.1 Tipo de motor Observou-se que a potência do motor é relevante e a velocidade de rotação do mesmo. Neste sentido optou-se por um motor bifásico ou trifásico tendo em vista a possibilidade de inserir no sistema um inversor de frequência, para variar a rotação do motor e consequentemente trabalhar com diversas faixas de variação de vibração. Notou – se então que o uso de um motor trifásico, se adequa mais ao projeto pois o mesmo possui uma maior empregabilidade industrial e, permitiria uma ampla faixa de trabalho, por ser adepto ao uso do inversor de frequência além de ser um motor leve e compacto, trazendo assim pouca influência no peso do maquinário, baixo custo em manutenção e elevada vida útil. A figura 37 apresenta o motor elétrico a ser utilizado no trabalho. Figura 37 - Motor elétrico a ser utilizado no projeto. Fonte: Registro dos autores (2018). 53 A implantação do motor no projeto será feita na base da estrutura (Figura 38), adequando a Norma de segurança no trabalho em máquinas e equipamentos (NR – 12). Figura 38 - Implantação do motor no projeto. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 3.1.2 Controle de velocidade Para controlar a velocidade do sistema optou-se por utilizar um inversor de frequência sendo cogitado a possibilidade de um potenciômetro que permitiria até três velocidades. A opção pelo inversor de frequência se deu devido ao potenciômetro limitar a corrente do circuito e consequentemente gerar um aquecimento no circuito elétrico e de maneira análoga no painel do maquinário, o que poderia trazer riscos ao operador e afetar de forma direta o funcionamento do equipamento. Sendo assim foi definido o uso o inversor de frequência, pois o dispositivo auxiliará de maneira mais segura e proporcionará uma variedade de faixas de trabalho com a velocidade de rotação do motor. A escolha e implantação do inversor de frequência fará com que o maquinário aumente seu círculo de trabalho, como por exemplo executar a compactação de um derivado do concreto de carga elevada. Analisando as variedades de inversores a serem utilizados, o mesmo deve se adequar ao motor, para que não ocorra nenhuma divergência em sua programação e 54 consequentemente afetar o funcionamento do mesmo e do motor. A figura 39 apresenta a proposta do inversor a ser utilizado no trabalho. Figura 39 - Inversor de frequência a ser utilizado. Fonte: Eletrolico (2018). O inversor terá como principal função variar a velocidade de rotação do motor, controlar a potência consumida pela carga através da variação da frequência disponibilizada pela rede, o que acarretará que o consumo de energia do maquinário poderá ser controlado e monitorado quando estiver executando alguma função específica. O mesmo dará ainda a opção de regulagem da velocidade ser feito por meio da interface homem – máquina, de maneira segura e correta. Mesmo sendo um sistema robusto, esse sistema esteticamente é mais agradável sendo acoplado a base do projeto (Figura 40), onde será ligado ao motor, facilitando programação e manutenção do mesmo. 55 Figura 40 - Inversor de frequência acoplado a base do equipamento. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 3.1.3 Amortecedor Para absorver o impacto da vibração cogitou-se a possibilidade de utilizar um coxim ou mola. Pelos estudos optou-se pela mola uma vez que a mesma armazena energia mecânica, e como o equipamento irá trabalhar com movimento oscilatório (vibração), a mola torna – se o melhor elemento de auxílio nessa vibração, pois amortecerá o movimento transformando sua energia elástica em cinética e potencial, consequentemente não dissipando energia para outros pontos do maquinário, atuando com maior eficiência no ponto necessário de sua aplicação. Além de ter uma maior facilidade de troca em caso de falha ao longo do tempo é um elemento de fácil estudo para eventuais substituições, caso necessário atingir outros parâmetros com a máquina. Ao longo do desenvolvimento do projeto e verificação do comportamento das molas, será possível concluir com maior segurança se no maquinário irá utilizar molas ou 56 coxins de amortecimento, tendo em vista buscar uma maior eficiência no trabalho realizado por qualquer um dos dois elementos. Figura 41 - Molas adquiridas para o projeto. Fonte: Registro dos autores, 2018. A mola adquirida a princípio para o projeto é fornecida por Molas Mundial, onde as mesmas foram utilizadas como teste de funcionamento. Os demais dados da mola serão apresentados no próximo capítulo, onde será determinado a utilização da própria mola ou de coxins de amortecimento. Para acionamento da mesa junto da peneira as molas serão acopladas a uma base e acoplada a mesa vibratória, pois a mesma será o equipamento de apoio da peneira e de modo consequente as molas irão trabalhar para as duas máquinas de modo intercambiável (Figura 42). 57 Figura 42 - Demonstração da aplicação das molas no projeto. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 3.1.4 Elementos de máquina Os elementos de máquina avaliados foram os mancais, eixo, tensionador (análise), polia e correia, para execução do projeto. Sendo tratado aqui com maior ênfase mancais e eixo, pois tensionador, polias e correias serão avaliados de maneira separada ao longo da execução e verificação do projeto, onde será definido e explicado qual polia e correia serem usadas, buscando uma maior eficiência de trabalho, facilidade de manutenção e custo benefício. Já o tensionador será tratado através da análise da eficiência do motor através de seu próprio peso para tensionar a correia, utilizando o mesmo com transmissão direta para o eixo ou tendo a correia tensionada pelo tensionador, sendo assim não explicitado na análise de possibilidades. Os mancais utilizados na execução do projeto serão mancais de rolamentos, pois os mesmos proporcionam a projetos que necessitam de velocidade de eixo 58 atuando como principal fonte de geração de trabalho, uma maior velocidade e menor atrito. Figura 43 - Mancais de rolamentos. Fonte: ATR Rolamentos (2018). O tipo de eixo a ser utilizado será um eixo excêntrico, figura 44, pois o mesmo será destinado a transformar o movimento de rotação continuo em um movimento de natureza diferente, no caso oscilatório. Figura 44 - Demonstração do eixo em destaque a ser utilizado no projeto. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 59 3.2 Estimativas de custo Foi realizado um levantamento dos materiais a serem adquiridos no trabalho. Grande parte deles serão obtidos por reaproveitamento de materiais da PUC Minas e aquisição por partes dos integrantes. A Tabela 1 apresenta o levantamento dos materiais inicialmente cotados e os respectivos valores. Sendo que os mesmos sujeitos a mudanças, devido a custo e presença de materiais que atenderam melhor a aplicabilidade do equipamento. Tabela 1 - Cotação e análise de orçamento. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 3.3 Projeto do protótipo eletrônico Na fase de planejamento, optou-se por utilizar plataformas simplificadas. Pensando nisso, definiu-se que a plataforma seria composta por um inversor de frequência com objetivo de variar a intensidade de vibração do equipamento, por meio da variação da rotação do motor. Será utilizado um motor trifásico, pois o mesmo atende melhor as características do projeto, assim como a implantação do inversor para atuar em sua rotação. Como o inversor de frequência possui parâmetros de velocidade já preestabelecidos, o mesmo será programado através da interface homem – máquina, podendo então ocorrer a operação de regulagem através de um painel instalado junto ITEM DESCRIÇÃO UNID. QUANT. P. UNIT (R$) TOTAL (R$) 1 Tubo retangular metalon 50 x 30 1,50 (6mts) UN 2 71,67R$ 143,34R$ 2 Cantoneira 3/4 x 1/8 Astm-A36 (6mts) UN 1 26,00R$ 26,00R$ 3 Chapa dobrada em U 495x70 #14 UN 6 7,00R$ 42,00R$ 4 CHAPA PENEIRA 500x230 #14 UN 3 16,00R$ 48,00R$ 5 Chapa FECHAMENTO LATERAL (FIXO) 695x512.7 #14 UN 2 50,00R$ 100,00R$ 6 Chapa- Fontal/Traseira (MOVEL) 695x500 #14 UN 2 48,30R$ 96,60R$ 7 Chapa - Suporte Inversor 440x150 1/4" UN 1 19,40R$ 19,40R$ 8 Chapa- Base Mesa 600x511 1/4" UN 1 90,00R$ 90,00R$ 9 Mola UN 4 50,00R$ 200,00R$ 10 Motor Weg Aplicações Gerais Ip-21 2Cv 2 Polos Trifásico 220/380V UN 1 416,65R$ 416,65R$ 11 Inversor Frequência Weg Trifasico Clean Cfw10 2cv 7,3a 220v UN 1 949,00R$ 949,00R$ 12 Controle Remoto Ir + Receptor + Cabos Para inversor de Frequência UN 1 39,00R$ 39,00R$ 13 Botoeira Pendente 2 Botões + Emergência Jng Xcd-61c UN 1 98,90R$ 98,90R$ 16 Tela Peneira Fio 25 - Malha 10 UN 1 48,00R$ 48,00R$ 17 Tela Peneiara Fio 22 - Malha 8 UN 1 70,00R$ 70,00R$ 18 Tela Peneiara Fio 22 - Malha 6 UN 1 40,00R$ 40,00R$ 19 Prafusos M6 x 16 Cabeca Chata Philips UN 20 1,29R$ 25,80R$ 20 Porca Rebite Sextavado M6 UN 20 1,30R$ 26,00R$ 21 Dobradiça para Móveis Comum 70x50mm Aço Galvanizado UN 2 11,90R$ 23,80R$ 20 Porca Rebite Sextavado M6 UN 20 1,30R$ 26,00R$ 2.528,49R$ COTAÇÃO E ANÁLISE DE ORÇAMENTO - Mesa e Peneira vibratória intercambiáveis Total 60 ao equipamento, logo não trabalhando com o inversor acoplado a base do mesmo, ou adequá-lo a um controle que varie a frequência e tensão que é fornecida ao motor, que será instalado junto a estrutura do equipamento. Na figura 45, é apresentado o diagrama que ilustra o princípio do protótipo eletrônico o qual seria instalado no equipamento. Figura 45 - Demonstração Controle – Inversor - Motor. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). No projeto o sistema eletrônico a princípio seria na base do equipamento, onde o conjunto atuaria interligado, havendo a possibilidade de um painel elétrico para acionamento e comando (Figura 46). Já a botoeira de emergência foi projetada para sua atuação ser direta na alimentação do motor, em caso de pane durante a operação do equipamento, ou de algum erro operacional, quando acionado a botoeira irá cortar a energia que chega ao motor, desligando então o equipamento, antes de ocorrer piores prejuízos. 61 Figura 46 - Protótipo da Mesa e Peneira vibratória intercambiáveis de acordo com protótipo eletrônico. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 63 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os resultados deste trabalho, bem como as atividades realizadas, serão apresentados neste tópico com o intuito de demonstrar o trabalho já consolidado pelos autores, abordando análise estrutural simulada antes e depois da execução do projeto, dificuldades e alterações durante a montagem o que explicam a Análise de possibilidade descritas anteriormente e conclusão ao final do processo. 4.1 Análise estrutural prévia do equipamento O equipamento foi modelado utilizando o software SolidWorks conforme apresentado na Figura 47. Figura 47 - Modelagem da mesa e peneira vibratória intercambiáveis. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). A partir desta modelagem, foi simulado utilizando o software Inventor a estabilidade global da estrutura em função da combinação de carregamentos definidas: a) Peso da estrutura: 19,95 kg b) Peso aplicado: 60 kg c) Carga aplicada para análise: 588,6 N 64 Para análise dinâmica e estática, utilizou – se as seguintes propriedades do material, no caso aço carbono. a) Densidade: 7,85 g/cm^3 b) Tensão de escoamento: 350 MPa c) Resistência a tração: 420 MPa d) Módulo de Young: 200 GPa e) Coeficiente de Poisson: 0,29 f) Módulo de cisalhamento: 77,5194 GPa Essa simulação demonstrou os deslocamentos máximos na estrutura, Tensão de Von Misses e o fator de segurança, apresentados na figura 48 e na Tabela 2 a partir da análise modal do equipamento. Para a carga estática e dinâmica aplicou –se a força de 588,6 N definido a partir do peso de uso de 60 kg juntamente com a ação da gravidade indicado pela seta amarela na figura 48. Figura 48 - Demonstração da estrutura sob ação da força determinada. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). A análise feita sobre a estrutura considera-se a mesma fixada ao chão, de modo que a mesma irá trabalhar fixada a uma base. A tabela 2 demonstra os resultados obtidos pelo software. 65 Tabela 2 - Resultados obtidos pelo software Inventor 2018. VARIÁVEL MÍNIMO MÁXIMO VON MISSES STRESS 0,0000141 MPa 1,089 MPa 1 st PRINCIPAL STRESS -0,261 MPa 1,259 MPa 3 st PRINCIPAL STRESS -1,268 MPa 0,236 MPa DESLOCAMENTO TOTAL 0 mm 0,00163 mm FATOR DE SEGURANÇA 15 15 Fonte: Elaborado pelo autor (2018). O resultado da tensão de Von Misses oriundo da carga aplicada é demonstrado na figura 49. De acordo com a régua de cores à esquerda da figura, as colunas das estruturas sofrem maiores tensões de acordo com a carga aplicada, gerando tensão máxima de 1,089 MPa. Figura 49 - Demonstração da Tensão de Von Misses na estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). Na direção vertical do equipamento (eixo Y), a carga aplicada gerou um deslocamento resultante de 0,00163 mm, Como demonstrado na figura 50. 66 Figura 50 - Demonstração da Tensão de Von Misses na estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). A validação da estrutura para cargas estáticas advém do fator de segurança para o material utilizado para simulação. Segundo HIBBELER (2009), a fórmula 1 representa o coeficiente de segurança e é calculado pela razão entre a tensão de ruptura e tensão admissível. 𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑆𝑒𝑔𝑢𝑟𝑎𝑛ç𝑎 = 𝜎𝑟𝑢𝑝 𝜎𝑎𝑑𝑚 (1) De acordo com a análise, o Fator de segurança maior que 1 oferece segurança à estrutura, logo validada para o projeto (Figura 51). 67 Figura 51 - Demonstração do Fator de segurança da estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). Para avaliação da vibração utilizou-se os mesmos parâmetros de carga e fixação da análise estática, demonstrado conforme figura 52. Figura 52 - Demonstração das variáveis de contorno da estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). O resultado das frequências encontradas na análise obtida por meio do software é apresentado na tabela 3. 68 Tabela 3 - Frequências encontradas pelo software Inventor 2018. NÚMERO FREQUÊNCIA MODO F1 84,31 Hz Lateral F2 89,99 Hz Lateral F3 114,52 Hz Torcional F4 121,19 Hz Lateral F5 137,62 Hz Torcional F8 353,65 Hz Vertical F9 379,29 Hz Vertical Fonte: Elaborado pelo autor (2018). Para o desenvolvimento do projeto as frequências torcionais são de maior interesse para o estudo e validação do equipamento. A primeira frequência apresentada que leva a estrutura a torção é a frequência F3, ou seja, 114,52 Hz, conforme a figura 53. Figura 53 - Demonstração das variáveis de contorno da estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 69 Na direção horizontal do equipamento (eixo X), a mesma sofre um delta de deslocamento de 0,75 mm (Figura 54). Figura 54 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo X. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). Para o eixo Z, presente também na direção horizontal é apresentado um delta de deslocamento de 0,09 mm, conforme Figura 55. Figura 55 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Z. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 70 Na direção vertical (eixo Y) onde ocorre a mesma frequência torcional, notou – se que a parte crítica que sofrerá torção será a base do equipamento onde era previsto a instalação do projeto eletrônico juntamente com o motor (Figura 56). Figura 56 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Y sob ação de F3. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). O comportamento da estrutura perante a frequência F5 na direção horizontal (eixo X) é demonstrada na figura 57, com um valor de 137,62 Hz de frequência torcional. Figura 57 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo X. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 71 Para o eixo Z, a mesma frequência causa um delta de deslocamento de 0,16 mm ao longo da direção horizontal (Figura 58). Figura 58 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Z sob ação de F5. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). O comportamento da estrutura perante a frequência F5 na direção vertical (eixo Y) é demonstrada na figura 59, apresentando um delta de deslocamento também na base do equipamento, da mesma maneira quando analisado sofrendo a frequência torcional F3. Figura 59 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Y sob ação de F5. Fonte: Elaborado pelo autor (2018). 72 Os dados obtidos pelo software apresentaram as frequências torcional, lateral e vertical e foram confrontadas com os resultados experimentais obtidos por meio da análise de vibração com acelerômetros do Laboratório de Vibrações Mecânicas da PUC Minas Contagem, fixados na estrutura pronta e apta a funcionar. Esses resultados e a discussão sobre os mesmos serão apresentados ao longo deste capítulo. Essa análise permitiu identificar os pontos críticos a serem explorados durante o processo de montagem do equipamento. 4.2 Montagem e adequação do projeto Neste tópico será abordado o processo de montagem e adequação do equipamento proposto, assim como as dificuldades encontrada ao longo do projeto que necessitaram de discussões entre os membros do grupo, opiniões e ajudas externas para obtenção de resultado satisfatório. Com base no projeto apresentado ao longo da metodologia o equipamento foi executado sobre vastas ideias, opiniões e estudos. Eventuais usinagens e processos de fabricação foram realizadas utilizando os equipamentos do Laboratório de Processos de Fabricação da PUC Minas Contagem, determinando parâmetros e sequência de produção, utilizando materiais listados anteriormente na lista de Estimativas de custos e materiais adquiridos ao longo do processo de montagem e adequação. O projeto é demonstrado (ver APÊNDICE A), respeitando o detalhamento do equipamento por meio de desenho técnico, atendendo as normas e parâmetros dimensionados para sua execução. Partindo da análise da estrutura, foi iniciado a construção da máquina pela sua base, estrutura de apoio da Mesa e Peneira Vibratória, onde dividiu - se o processo de montagem em 3 etapas, facilitando as alterações que poderiam vir a surgir ao longo do trabalho e assim objetivos a serem concluídos. A figura 60 apresenta as alterações feitas em relação ao TIC 1. 73 Figura 60 - Protótipo da Mesa e Peneira Vibratória Intercambiáveis. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). 4.2.1 Etapa 1 – montagem base estrutural, mesa e peneira vibratória Após a aquisição do Tubo de seção retangular 50 x 30 mm e das cantoneiras 50 x 50 mm de fixação da base, e diante das necessidades, a estrutura da máquina foi executada em uma Serralheria, conforme demonstrado na figura 61. Figura 61 - Montagem base da estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Após conclusão da base estrutural da máquina, foram adquiridos a chapa da base da Mesa Vibratória, junto com os tubos de 47,5 mm, para guia das molas, sendo feito na sequência a execução da Mesa no Laboratório de Processos de Fabricação da PUC Minas Contagem, como demonstrado na figura 62. 74 Figura 62 - Mesa Vibratória estruturada. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). A figura 63, apresenta a aplicação dos Tubos de 47 mm, como, guias das molas de amortecimento na máquina. Figura 63 - Representação dos guias das molas de amortecimento, montados. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Após execução da parte estrutural da Mesa Vibratória, iniciou - se execução da Peneira Vibratória, onde foi adquirido através de compra as Telas das peneiras, de Malhas, número 6, 8 e 10, sendo realizado a execução dos perfis guias das telas das peneiras, o suporte das telas e chapas e chapas de escoamento de material. A figura 64, apresenta a estrutura da Peneira Vibratória montada e a figura 65 em seguida apresenta a Aquisição e Montagem das telas. 75 Figura 64 - Estrutura Peneira Vibratória. Fonte: Registro dos autores (2019). Figura 65 - Telas e Peneiras. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). A partir da estrutura da Peneira montada foi possível avaliar as chapas de escoamento. Para tanto foram adquiridas chapas de 2 mm de espessura para finalização da peneira, porém diante das mesmas apresentarem divergências nas medidas e um elevado peso no conjunto, optou - se por executar com chapas de menor espessura (1,2 mm), conforme mostrado na figura 66, 76 Figura 66 - Alteração chapas de escoamento. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Após aquisição das Telas de diferentes malhas, foi possível executar a montagem das peneiras, e até mesmo a pintura da peneira, como forma de adiantar partes da execução do projeto, foi utilizando rebites de lonas de freio para fixação das malhas nas cantoneiras, pois o mesmo apresentou uma fixação uniforme e segura, como apresentado na figura 67. Figura 67 - Peneiras finalizadas e acopladas a estrutura. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Ao longo da Etapa 1 grande parte do projeto foi desenvolvido, como mostrado na figura 68, apresentando apenas uma alteração, que no caso a mudança da chapa de escoamento das peneiras, logo essa etapa foi concluída e assim possibilitando o planejamento e execução da Etapa 2. 77 Figura 68 - Conjunto Mesa e Peneira Vibratória. Fonte: Registro dos autores (2019). 4.2.2 Etapa 2 – Montagem base do motor, eixo – polia – correia, aquisição dos materiais elétricos, adequação do painel de controle, ligações elétricas Após conclusão da Etapa 1 de montagem, foi então planejado a Etapa 2, onde discutiu-se os objetivos a serem alcançados e executou - se a parte de elementos de máquinas e a adequação feita a parte elétrica do conjunto. Com a aquisição do Motor elétrico, figura 69, foi possível avaliar como o mesmo seria acoplado no sistema, se necessitaria da aplicação de tensionador ou se o mesmo seria o próprio tensor da correia aplicada no conjunto. Figura 69 - Motor adquirido para o Projeto. Fonte: Registro dos autores (2019). 78 Após análise de custos, tempo e aplicabilidade conclui - se que o próprio motor seria o tensor da correia do sistema. A partir desta decisão foi realizada a execução de uma base para o motor, seguido de um guia regulável, o qual possibilita a regulagem da altura do motor e consequentemente a utilização de correias de variados tamanhos, como mostrado na figura 70. Figura 70 - Base regulável para o Motor elétrico. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Como demonstrado na figura 70, foi adicionado uma barra de tubo retangular de seção 50 x 30 mm, para que a barra regulável fosse adicionada ao conjunto. Essa barra permite regular a altura do motor de acordo com a posição da porca na barra roscada. Caso seja necessário a manutenção do sistema o motor poderá ser retirado, bem como a base que o motor está apoiado. As buchas laterais permitem a rotação e consequentemente guiar a altura do motor. Após montagem da base do motor, foi decidido acoplar o eixo a Mesa Vibratória, o mesmo adquirido na PUC Minas, optou-se então por utilizá-lo. 79 Figura 71 - Eixo acoplado a Mesa Vibratória. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). A fixação do eixo a Mesa Vibratória foi realizada a partir da perfuração da Mesa, sendo utilizado barras roscadas de 3/8’’. As mesmas foram fixas a Mesa por meio de solda, onde os furos foram preenchidos, possibilitando uma fixação segura das barras e consequentemente podendo colocar o eixo acoplado a Mesa e fixando o mesmo através de porcas com trava de Nylon, como demonstrado na figura 71. Adquirido então o motor e o eixo para o equipamento, optou – se por adquirir as polias a serem utilizadas e a correia conforme o projeto solicitou. Partindo do pressuposto estabelecido pelo dimensionamento de correias, e tendo já definido a polia a ser utilizada, conforme figura 72. Figura 72 - Polias adquiridas para o equipamento. Fonte: Registro dos autores (2019). Adquirida através de compra e sem o furo usinado, usinou – se as mesmas de acordo com o eixo do equipamento e o eixo do motor, apresentando as seguintes características: 80 a) Diâmetro: 65 mm b) Material: Alumínio c) Canal: A Diante dos dados das polias, eixo e motor, calculou – se a correia a ser utilizada, partindo então que para sua definição é exigido a rotação máxima do motor e sua potência, diante dos dados presentes, consultou se o Gráfico para determinações da seção da correia, conforme a figura 73. Figura 73 - Representação do Gráfico para determinação da seção da correia. Fonte: Adaptado de Polias ... (1998). Aplicando a potência (2 CV) e a rotação máxima do motor (1750 RPM), conclui- se que para o equipamento uma correia de perfil V - A, atende. Através de pesquisas para uma melhor escolha da correia, após aquisição das polias, calculou – se através da fórmula 2, a velocidade linear da correia. 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟 = 𝜋×𝑑1×𝑛 60000 (2) Velocidade linear da correia: 𝑉 = 𝜋 × 𝑑1 × 𝑛 60000 = 𝜋 × 65 × 1750 60000 = 5,95 𝑚 𝑠 do tubo maciço no eixo e colocado o mesmo na mesa para realização de teste, foi notório que o desempenho do motor pela sua potência e pela margem que o inversor possibilita trabalhar atendeu ao objetivo do trabalho. A vibração do conjunto aumentou e optou – se por trabalhar na intensidade que o conjunto deve oferecer, atendendo a demanda do equipamento dentro da instituição. Durante a realização da alteração feita no eixo, foi observado que as molas adquiridas para o conjunto, perdeu estabilidade durante a vibração, acarretando piora no desempenho da compactação e peneiramento, havendo variação na distribuição da mesma ao longo dos processos realizados pelo equipamento. 4.2.3.2 Molas de amortecimento A partir do comportamento do conjunto diante da alteração de estabilidade da mola, foi feito o cálculo de dimensionamento de outra mola adquirida, partindo do pressuposto que a mesma deveria atender a carga definida para o equipamento (60 86 Kg) e o parâmetro de deslocamento máximo de 31 mm, definido a partir da distância entre a estrutura do equipamento e o conjunto Mesa e Peneira Vibratória. Calculou-se então a partir da fórmula 4, pela Lei de Hooke, os princípios necessários para conclusão de que a nova mola atenderia ao conjunto. 𝐹 = 𝑘 𝑥 ∆𝑋 (4) Diante de uma massa para teste de 3,3 Kg, realizou – se o cálculo de deformação da mola, como demonstrado. 𝐹 = 𝑘 𝑥 ∆𝑋, onde Xi = 0,078 mm e Xo = 0,072 mm Aplicou se então a carga de 32,37 N, logo pelos cálculos foi obtido uma constante elástica da nova mola de: 5,4 x 10³ N/m. Utilizando uma massa de 60 Kg, a definida para o equipamento, calculou – se o deslocamento máximo causado pela carga, diante de uma operação de trabalho. 𝐹 = 𝑘 𝑥 ∆𝑋 = 60 𝐾𝑔 𝑥 9,81 𝑚2 𝑠 = (5,4 𝑥 103 𝑁 𝑚 𝑥 4 ) 𝑥 𝑋 Logo o valor de deslocamento máximo da mola, diante de uma carga de trabalho de 60 KG é de aproximadamente 27 mm. Com o valor obtido conclui – se que as molas adquiridas se encontravam aptas a atender o conjunto diante da carga máxima de trabalho permitida. Apresentado os cálculos comprovatórios das molas utilizadas, descreveu – se também suas características de acordo com o fornecedor: a) Extremidade em esquadro hélice direita b) Diâmetro do arame: 4 mm c) Diâmetro externo da mola: 47 mm d) Diâmetro interno da mola: 39 mm e) Número de espiras totais: 6 f) Número de espiras ativas: 4 g) Vão entre espiras: 12 mm 87 h) Passo da mola: 12 mm i) Altura da mola livre: 80 mm A Figura 80 apresenta a nova mola calculada ao lado da mola apresentada no TIC I. Figura 80 - Mola adquirida x Mola dimensionada. Fonte: Registro dos autores (2019). Após a alteração e a instalação das novas molas, foi realizado novo teste, observando uma pequena melhora no conjunto, sendo observado que o peso do motor, inclinava a mesa, fazendo - o com que a mesma apresentasse um certo desnível durante seu funcionamento e repouso, onde as molas que se apresentavam do lado do motor, trabalhavam comprimidas, enquanto as molas do lado oposto, não sofreria esforço e consequentemente trabalhariam apenas como apoio da Mesa e Peneira, como demonstrado a seguir na figura 81. 88 Figura 81 - Desnível da Mesa e Peneira Vibratória. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Realizado então discussões a respeito da posição do motor, foi concluído que a base do mesmo deveria ser maior, fazendo – o com que o motor trabalhasse alinhado ao eixo acoplado a máquina, como descrito no item 4.2.3.2. 4.2.3.3 Base do motor Diante da necessidade de alterar a posição do motor, acoplou – se então uma base de comprimento maior na estrutura, e foi mantido o mesmo princípio utilizado para tensionar a correia do conjunto, como demonstrado na figura 82. 89 Figura 82 - Alteração na base do motor. Fonte: Elaborado pelos autores (2019). Após adequação da base e realizado um teste em repouso e um em funcionamento conclui – se que o deslocamento do motor de modo que este ficasse alinhado ao eixo da Mesa, apresentou resultado satisfatório, pois as molas não trabalharam deslocadas o que fez com que a distribuição de vibração ficasse uniforme ao longo da Mesa e Peneira Vibratória. Porém no intuito de melhorar a distribuição de massa no conjunto e consequentemente o resultado da vibração e diante da aplicabilidade acadêmica, adequamos o projeto como descrito no item 4.2.3.4. 4.2.3.4 Molas especiais de amortecimento Em busca de maiores resultados, como um rendimento de vibração maior, e distribuição de massa uniforme ao longo da mesa diante de cargas elevadas, e pesquisas de mercados referente a Mesa Vibratória e Peneira Vibratória, calculou – se a deformação máxima de uma mola especial adquirida visando obter a melhoria no equipamento, conforme a figura 83. Partindo do princípio da Lei de Hooke, como demostrado anteriormente, calculou – se a deformação máxima da mola especial como descrito abaixo: 𝐹 = 𝑘 𝑥 ∆𝑋, onde Xi = 0, 108 mm e Xo = 0,106 mm Aplicou se então a carga de 588,4 N, logo pelos cálculos foi obtido uma constante elástica da mola especial é: 441 x 10³ N/m. 90 Utilizando uma massa de 60 Kg, a definida para o equipamento, calculou – se o deslocamento máximo causado pela carga, diante de uma operação de trabalho. 𝐹 = 𝑘 𝑥 ∆𝑋 = 60 𝐾𝑔 𝑥 9,81 𝑚2 𝑠 = (441 𝑥 103 𝑁 𝑚 𝑥 2 ) 𝑥 𝑋 Logo o valor de deslocamento máximo da mola especial, diante de uma carga de trabalho de 60 KG é de aproximadamente 0,66 mm o que corresponde a 0,9 % da distância entre a Mesa e sua estrutura, logo conclui – se por meio dos cálculos e por meio de testes que o desempenho de vibração do equipamento aumentou mantendo- a uniforme e ocasionalmente na sustentação de cargas de massa elevada. Figura 83 - Mola especial. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Perante a conclusão da montagem do equipamento, realizou-se testes utilizando materiais granulométricos e formas de compactação, conclui-se que o equipamento está apto a funcionar, diante dos testes realizados houve-se a ideia de implementar o equipamento com uma bandeja de coleta, como mostrado na figura 84. 91 Figura 84 - Bandeja de coleta. Fonte: Registro dos autores (2019). Após fabricação da bandeja e finalização dos testes e consequentemente as adaptações e melhorias futuras levantadas, realizou – se o acabamento estético do mesmo, a pintura do equipamento, conforme a figura 85, e a montagem e comparação com o projeto apresentado (ver APÊNDICE A). Figura 85 - Acabamento estético. Fonte: Elabora pelo autor (2019). Após concluído o acabamento estético do equipamento, o mesmo foi montado e concluído, atendendo a segurança, ergonomia, qualidade e desempenho, como 92 demonstrado na figura 86, onde apresenta – se o projeto modelado e o projeto executado. Figura 86 - Montagem Final. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Diante da conclusão da montagem, realizou – se o levantamento de custos mediante a produção e adequação do equipamento e realizou – se a análise de vibração com acelerômetros do Laboratório de Vibrações Mecânicas da PUC Minas Contagem, como apresentado nos capítulos a seguir. 93 4.3 Estimativas de custo atualizada Concluído o projeto foi realizado o levantamento dos materiais utilizados, de forma a comparar com os custos levantados no TIC 1. Mesmo alguns materiais adquiridos na PUC Minas e por meio de terceiros, estes também foram levantados, buscando apresentar o custo e mão de obra investido para execução do equipamento, conforme a Tabela 4. Tabela 4 - Cotação de análise de orçamento atualizada. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Comparou-se então os custos apresentados no TIC 1 e os custos apresentados mediante a execução do projeto, após estudo de três orçamentos e mão de obra levantada, observou – se que houve uma economia de R$ 125,52 diante do programado anteriormente. Realizado então o levantamento de custos referente a fabricação do equipamento, testes de funcionamento, realizou – se então a análise de vibração com acelerômetros, descritos no capítulo seguinte. ITEM DESCRIÇÃO UNID. QUANT. P. UNIT (R$) TOTAL (R$) 1 Tubo retangular metalon 50 x 30 1,50 (6mts) UN 2 44,50R$ 89,00R$ 2 Cantoneira 3/4 x 1/8 Astm-A36 (6mts) UN 1 28,00R$ 28,00R$ 3 Chapa dobrada em U 495x70 #18 + Chapa Bandeja UN 7 8,00R$ 56,00R$ 4 CHAPA PENEIRA 500x230 #18 UN 3 14,00R$ 42,00R$ 5 Acrilíco Fechamento Lateral 2 mm - 100 x 50 cm UN 3 53,00R$ 159,00R$ 6 Chapa suporte inversor e Base Pedestal 3/8'' UN 2 36,60R$ 73,20R$ 7 Tubo retangular - 1 m 80 x 80 mm UN 1 27,90R$ 27,90R$ 8 Chapa- Base Mesa 600x511 1/4" UN 1 93,00R$ 93,00R$ 9 Molas e Molas Especiais UN 6 55,00R$ 330,00R$ 10 Motor Metalcorte Aplicações Gerais 9/5,2 A 2 Cv - Trifásico 220/380V UN 1 316,56R$ 316,56R$ 11 Inversor Frequência Weg Trifasico Clean Cfw10 2cv 7,3 a 220v UN 1 820,00R$ 820,00R$ 12 Disjuntor + Contator + Botão Emergência + Conector Sinal UN 1 69,00R$ 69,00R$ 13 Quadro de comandos 300 X 250 mm - Aterramento UN 1 90,95R$ 90,95R$ 16 Tela Peneira Fio 25 - Malha 10 UN 1 49,00R$ 49,00R$ 17 Tela Peneiara Fio 22 - Malha 8 UN 1 73,00R$ 73,00R$ 18 Tela Peneiara Fio 22 - Malha 6 UN 1 44,00R$ 44,00R$ 19 Rebite Lona de Freio Tubular - 50 unidades UN 1 15,00R$ 15,00R$ 20 Conjunto Parafuso + Porca + Arruela Lisa + Arruela Pressão M10 UN 8 0,17R$ 1,36R$ 21 Dobradiça para Móveis Comum 70x50mm Plástico UN 2 11,90R$ 23,80R$ 20 Puxador de plástico - Móveis UN 1 2,20R$ 2,20R$ 2.402,97R$ COTAÇÃO E ANÁLISE DE ORÇAMENTO ATUALIZADA - Mesa e Peneira vibratória intercambiáveis Total 94 4.4. Análise estrutural do equipamento Os resultados do trabalho já consolidado pelos autores, aborda a análise estrutural depois da execução do projeto, apresentando o comportamento do equipamento mediante as cargas aplicadas, e os esforços presentes oriundos da vibração do conjunto. Observou-se o comportamento do equipamento mediante a vibração ocasionada, então conclui – se que o estudo a ser feito em análise modal, foi obter a frequência natural do conjunto, partindo da propriedade do material, no caso aço carbono, como apresentado na análise estrutural prévia do equipamento. A tabela 5, apresenta os resultados obtidos no software Inventor, com os dados do equipamento já concluído. Tabela 5 - Frequências encontradas pelo software Inventor 2019. NÚMERO FREQUÊNCIA MODO F1 122,48 Hz Lateral F2 127,68 Hz Torcional F3 165,89 Hz Torcional F4 306,49 Hz Mista F5 394,95 Hz Torcional F8 431,29 Hz Vertical F9 479,39 Hz Mista Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Os resultados obtidos no Laboratório da análise vibracional da estrutura foram extraídos com o uso do módulo PCB Piezotronics com acelerômetros biaxiais modelo 353B04 – LW174723/24 fixados com cera na parte lateral abaixo da mesa conforme mostrado na figura 87. 95 Figura 87 - Acelerômetros fixados na estrutura do conjunto. Fonte: Registro dos autores (2019). Com auxílio do software Catman disponibilizado nas dependências da PUC Minas Contagem realizou – se as medições de frequência natural de vibração da estrutura utilizando um martelo de impacto. O primeiro resultado obtido é o gráfico de Amplitude x Tempo demonstrado com o acelerômetro 1 na figura 88, lado esquerdo da mesa. Figura 88 - Gráfico Amplitude X Tempo – Acelerômetro 1. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Acelerômetro 1 96 Obteve-se também o gráfico do lado direito da estrutura, utilizando o Acelerômetro 2, conforme figura 89. Figura 89 - Gráfico Amplitude X Tempo – Acelerômetro 2. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Com o auxílio do software, tratou-se o gráfico com filtro Espectro de Frequência, para espectro de vibração natural da estrutura. O comportamento da estrutura de acordo com o acelerômetro 1 (um) é demonstrado abaixo, figura 90. Figura 90 - Espectro 1 – Acelerômetro 1. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). O comportamento de vibração natural da estrutura de acordo com o acelerômetro 2 é demonstrado na figura 91. Acelerômetro 2 97 Figura 91 - Espectro 2 – Acelerômetro 2. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Pelo espectro de vibração obtido no laboratório temos que os picos de vibração da estrutura são de 318,75 Hz para o Acelerômetro 1 e 506,25 Hz para o Acelerômetro 2. A diferença dos resultados dos espectros é influenciada pelo desalinhamento dos acelerômetros e da excitação da estrutura que foi feita manualmente com o martelo de impacto. O comparativo de resultados Software Inventor versus Laboratório é visualizado abaixo, tabela 6. Tabela 6 - Frequências encontradas pelo software Inventor 2019. SOFTWARE LABORATÓRIO MODO DESVIO 306,49 Hz 318,75 Hz Mista 3,84 % 479,39 Hz 506,25 Hz Mista 5,30 % Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Logo, o comportamento da estrutura com a vibração de 306,49 Hz é demonstrada abaixo. 98 Figura 92 - Demonstração de deslocamento da estrutura sob ação de 306,49 Hz. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). O comportamento da estrutura sob a vibração 479,39 Hz é demonstrada abaixo. Figura 93 - Demonstração de deslocamento da estrutura sob ação de 479,39 Hz. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). Durante as análises no software quanto ao comportamento da estrutura á vibrações vemos que os modos de vibração a 306,49 Hz e 479,39 Hz são definidas e apresentando uma elevada deformação, próximas dos picos encontrados nas análises 99 de vibração sob o filtro Espectro de Frequência no Laboratório, reforçando seu comportamento e evidenciando sua frequência natural de vibração. Conclui-se então que o estudo feito anteriormente a execução do projeto e pós a execução com as devidas adequações, simulado e experimental, apresentou pouco desvio de resultado, comparando então com a frequência oferecida pelo Inversor (50 Hz), a estrutura atinge sua frequência natural próxima de 480 Hz, o que para o equipamento é fora de cogitação, o que resulta em um desempenho satisfatório da vibração oferecida ao conjunto sem que ocorra quaisquer riscos de acidente durante sua operação. 4.5 Adequações e trabalhos futuros O presente trabalho está sujeito a diversas alterações, buscando acrescentar melhorias ao mesmo, foram realizados estudos referentes à montagem da máquina e análise dos resultados da mesma, abaixo apresentamos as seguintes melhorias que possa vir a serem realizadas na máquina: 4.5.1 Aumento da eficiência da mesa vibratória Avaliando a necessidade da Mesa Vibratória em diversas aplicações, onde se busca um alto desempenho, podemos acrescentar ao seu eixo, uma porcentagem de massa, onde a mesma será responsável por aumentar o desbalanceamento do eixo concêntrico, onde o processo de compactação terá uma maior eficiência. Figura 94 - Desbalanceamento do eixo. Fonte: Registro dos autores (2019). 100 Como ilustrado acima, na seleção da imagem, a massa disponível tem a função descrita no parágrafo anterior, porém ao querer buscar uma maior eficiência a mesma pode servir como apoio para uma nova massa. 4.5.2 Recolocação do motor visando uma maior eficiência na vibração do conjunto Buscando uma maior eficiência do conjunto Mesa e Peneira Vibratória, podemos alterar a posição do motor, onde o mesmo que é sobreposto em uma base regulável de acordo com a correia a ser utilizada, podemos acoplar o motor junto à Mesa Vibratória, e através do desbalanceamento do eixo do mesmo seria responsável pela vibração do conjunto, como mostrado na figura 95. Figura 95 - Motor acoplado a base da Mesa Vibratória. Fonte: Adaptado de Pideju Metal (2019). 4.5.3 Mesa vibratória magnética A instalação de uma placa magnética na Mesa Vibratória tem como função segurar quaisquer tipos de formas, desde que as mesmas possuem partes metálicas que possibilitam o trabalho da imantação, assim como a instalação de uma manta magnética adesiva. Figura 96 - Placa magnética. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). 101 Tanto a placa magnética, quanto a manta, além de ajudar a manter a forma de compactação fixa à Mesa, a mesma possibilitará manter a bandeja de coleta de material peneirado fixa. 4.5.4 Instalação de pino trava na mesa vibratória A instalação de Pino trava na Mesa Vibratória é uma melhoria, economicamente viável em relação à placa ou manta magnética, onde os Pinos terão como função travar a forma de compactação, assim como a bandeja de coleta de material peneirado. Como mostrado na ilustração abaixo e selecionado possíveis locais de instalação do Pino trava: Figura 97 - Pino Trava. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). 4.5.5 Canais de escoamento material peneirado Como melhoria da Peneira Vibratória, visando uma maior comodidade durante o processo de peneiramento, a melhoria prevista para a máquina seria a instalação de canais de escoamento como mostrado na figura 98. Figura 98 - Demonstração de Canais de escoamento. Fonte: Vibramax (2019). 102 Sendo assim o material peneirado direcionado para o recipiente de armazenamento. Conclui-se então que mediante as melhorias e adequações futuras o equipamento, pode atender demandas de níveis industriais, devido ao desempenho acrescido ao mesmo. 103 5 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO DO TIC O cronograma, até Dezembro, englobou as etapas de construção, testes, validação e preparação do TIC II, após Janeiro foi apresentado de acordo com as alterações propostas os objetivos a serem seguidos ao longo da execução do TIC II, como apresentado na Tabela 7. Tabela 7 - Cronograma de Elaboração do TIC 2018/2019. Fonte: Elaborado pelo autor (2019). CRONOGRAMA DE ELABORAÇÃO DO TIC - 2018/2019 ETAPA Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Apresentação da proposta de TIC Levantamento dos materiais disponíveis na Puc Minas Aquisição de materiais para avalição de uso Revisão Bibilográfica Modelagem Estrutural Entrega do TIC 1 aos membros da banca avaliativa Apresentaçãodo TIC 1 para os membros da banca avaliativa Avaliação e requisitos para Patente Aquisição dos materiais disponíveis na Puc Minas e Terceiros Montagem Estrutural Instrumentação e Automaçao do equipamento Testes e Validação do equipamento Análise e discurssão dos resultados Elaboração da parte escrita do TIC 2 Apresentaçãodo TIC 2 para os membros da banca avaliativa Estudo e avaliação de Patente 105 6 CONCLUSÃO Com os estudos feitos sobre o tema desenvolvido, conclui - se através da modelagem do protótipo, a montagem e adequações que a estrutura do equipamento suporta uma carga de trabalho elevada, sem que a mesma entre em colapso devido a vibração presente em sua estrutura, atendendo também serviços de grande escala. Mediante a conclusão do equipamento, foi observado a aplicação dos conhecimentos adquiridos ao longo do curso, envolvendo matérias como Resistência dos Materiais, Desenho Técnico, Processo de Soldagem, Gestão empresarial, Segurança do Trabalho, Conformação Mecânica, Métodos de Elementos Finitos, Projetos Mecânicos, Vibrações Mecânicas e Elementos de Máquinas, além de aprender e entender a aplicação do equipamento, o qual tem um vasta aplicação nas áreas, Metalúrgica, Civil, Agricultura. Por fim o objetivo proposto no início foi atendido, assim como as adaptações realizadas, e estudos que comprovam o funcionamento satisfatório do equipamento. 107 REFERÊNCIAS ABECOM Rolamentos. O que são mancais e para que servem?. [S.I.]: ABECOM, 17 fev. 2017. Disponível em: . Acesso em: 7 out. 2018. ANTUNES, Auteliano. Elementos de Máquinas I. Campinas: Unicamp, 2001. Disponível em: . Acesso em: 6 nov. 2018. ARANHA, Norberto et al. A lei de Hooke e as molas não-lineares, um estudo de caso. Rev. Bras. 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Acesso em: 27 out. 2018. 46 Figura 35 - Conversão de comprimento.................................................................... 47 Figura 36 - Metodologia de desenvolvimento do ...................................................... 51 Figura 37 - Motor elétrico a ser utilizado no projeto. ................................................. 52 Figura 38 - Implantação do motor no projeto. ........................................................... 53 Figura 39 - Inversor de frequência a ser utilizado. .................................................... 54 Figura 40 - Inversor de frequência acoplado a base do equipamento. ..................... 55 Figura 41 - Molas adquiridas para o projeto. ............................................................ 56 Figura 42 - Demonstração da aplicação das molas no projeto. ................................ 57 Figura 43 - Mancais de rolamentos. ......................................................................... 58 Figura 44 - Demonstração do eixo em destaque a ser utilizado no projeto. ............. 58 Figura 45 - Demonstração Controle – Inversor - Motor............................................. 60 Figura 46 - Protótipo da Mesa e Peneira vibratória intercambiáveis de acordo com protótipo eletrônico. .................................................................................................. 61 Figura 47 - Modelagem da mesa e peneira vibratória intercambiáveis. .................... 63 Figura 48 - Demonstração da estrutura sob ação da força determinada. ................. 64 Figura 49 - Demonstração da Tensão de Von Misses na estrutura. ......................... 65 Figura 50 - Demonstração da Tensão de Von Misses na estrutura. ......................... 66 Figura 51 - Demonstração do Fator de segurança da estrutura. .............................. 67 Figura 52 - Demonstração das variáveis de contorno da estrutura. ......................... 67 Figura 53 - Demonstração das variáveis de contorno da estrutura. ......................... 68 Figura 54 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo X. ............................. 69 Figura 55 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Z. .............................. 69 Figura 56 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Y sob ação de F3. .... 70 Figura 57 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo X. ............................. 70 Figura 58 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Z sob ação de F5...... 71 Figura 59 - Demonstração do delta de deslocamento no eixo Y sob ação de F5. .... 71 Figura 60 - Protótipo da Mesa e Peneira Vibratória Intercambiáveis. ....................... 73 Figura 61 - Montagem base da estrutura. ................................................................. 73 Figura 62 - Mesa Vibratória estruturada. ................................................................... 74 Figura 63 - Representação dos guias das molas de amortecimento, montados. ...... 74 Figura 64 - Estrutura Peneira Vibratória. ................................................................... 75 Figura 65 - Telas e Peneiras. .................................................................................... 75 Figura 66 - Alteração chapas de escoamento. .......................................................... 76 Figura 67 - Peneiras finalizadas e acopladas a estrutura. ......................................... 76 Figura 68 - Conjunto Mesa e Peneira Vibratória. ...................................................... 77 Figura 69 - Motor adquirido para o Projeto. ............................................................... 77 Figura 70 - Base regulável para o Motor elétrico. ...................................................... 78 Figura 71 - Eixo acoplado a Mesa Vibratória............................................................. 79 Figura 72 - Polias adquiridas para o equipamento. ................................................... 79 Figura 73 - Representação do Gráfico para determinação da seção da correia. ...... 80 Figura 74 - Correia adquirida conforme cálculos. ...................................................... 81 Figura 75 - Componentes elétricos adquiridos e Quadro de Comandos. .................. 82 Figura 76 - Pedestal de apoio do Quadro de Comandos. ......................................... 82 Figura 77 - Simulação no Software CADe SIMU. ...................................................... 83 Figura 78 - Ligação elétrica do conjunto. .................................................................. 83 Figura 79 - Acréscimo de massa para desbalanceamento do eixo. .......................... 85 Figura 80 - Mola adquirida x Mola dimensionada. ..................................................... 87 Figura 81 - Desnível da Mesa e Peneira Vibratória. .................................................. 88 Figura 82 - Alteração na base do motor. ................................................................... 89 Figura 83 - Mola especial. ......................................................................................... 90 Figura 84 - Bandeja de coleta. .................................................................................. 91 Figura 85 - Acabamento estético. .............................................................................. 91 Figura 86 - Montagem Final. ..................................................................................... 92 Figura 87 - Acelerômetros fixados na estrutura do conjunto. .................................... 95 Figura 88 - Gráfico Amplitude X Tempo – Acelerômetro 1. ....................................... 95 Figura 89 - Gráfico Amplitude X Tempo – Acelerômetro 2. ....................................... 96 Figura 90 - Espectro 1 – Acelerômetro 1. .................................................................. 96 Figura 91 - Espectro 2 – Acelerômetro 2. .................................................................. 97 Figura 92 - Demonstração de deslocamento da estrutura sob ação de 306,49 Hz. . 98 Figura 93 - Demonstração de deslocamento da estrutura sob ação de 479,39 Hz. . 98 Figura 94 - Desbalanceamento do eixo. ................................................................... 99 Figura 95 - Motor acoplado a base da Mesa Vibratória. ......................................... 100 Figura 96 - Placa magnética. .................................................................................. 100 Figura 97 - Pino Trava. ........................................................................................... 101 Figura 98 - Demonstração de Canais de escoamento. ........................................... 101 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 15 1.1 Objetivo geral .................................................................................................. 16 1.2 Objetivos específicos........................................................................................ 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 17 2.1 Mesa Vibratória .................................................................................................. 17 2.2 Peneira vibratória .............................................................................................. 19 2.3 Granulometria e Curvas Granulométricas ...................................................... 23 2.4 Conceito de resíduo .......................................................................................... 26 2.5 Compactação ..................................................................................................... 27 2.6 Componentes da mesa e peneira vibratória ................................................... 31 2.6.1 Motor ................................................................................................................ 31 2.6.2 Inversor de frequência ...................................................................................... 34 2.6.3.1 Eixos ............................................................................................................. 36 2.6.3.2 Mancais ........................................................................................................ 36 2.6.3.3 Molas ............................................................................................................ 38 2.6.3.4 Polias ............................................................................................................ 41 2.6.3.5 Correias ........................................................................................................ 43 2.6.3.5.1 Correias de seção retangular ..................................................................... 44 2.6.3.5.2 Correias dentadas ...................................................................................... 45 2.6.3.5.3 Correias trapezoidais .................................................................................. 46 2.7 Normas técnicas ................................................................................................ 47 2.7.1 Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos (NR12) ........................ 47 2.7.2 Ergonomia (NR17) ........................................................................................... 49 3 METODOLOGIA .................................................................................................... 51 3.1 Análise de possibilidades ................................................................................. 52 3.1.1 Tipo de motor ................................................................................................... 52 3.1.3 Amortecedor ..................................................................................................... 55 3.1.4 Elementos de máquina ..................................................................................... 57 3.2 Estimativas de custo ......................................................................................... 59 3.3 Projeto do protótipo eletrônico ........................................................................ 59 4 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .................................................... 63 4.1 Análise estrutural prévia do equipamento ...................................................... 63 4.2 Montagem e adequação do projeto ................................................................. 72 4.2.1 Etapa 1 – montagem base estrutural, mesa e peneira vibratória ..................... 73 4.2.2 Etapa 2 – Montagem base do motor, eixo – polia – correia, aquisição dos materiais elétricos, adequação do painel de controle, ligações elétricas .................. 77 4.2.3 Etapa 3 – Adaptações e montagem final .......................................................... 84 4.2.3.1 Desbalanceamento do eixo ........................................................................ 85 4.2.3.2 Molas de amortecimento ............................................................................ 85 4.2.3.3 Base do motor ............................................................................................. 88 4.2.3.4 Molas especiais de amortecimento ........................................................... 89 4.3 Estimativas de custo atualizada ...................................................................... 93 4.4. Análise estrutural do equipamento ................................................................ 94 4.5 Adequações e trabalhos futuros ...................................................................... 99 4.5.1 Aumento da eficiência da mesa vibratória ....................................................... 99 4.5.2 Recolocação do motor visando uma maior eficiência na vibração do conjunto ................................................................................................................................ 100 4.5.3 Mesa vibratória magnética ............................................................................. 100 4.5.4 Instalação de pino trava na mesa vibratória .................................................. 101 4.5.5 Canais de escoamento material peneirado .................................................... 101 5 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO DO TIC .......................................................... 103 6 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 105 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 107 15 1 INTRODUÇÃO A construção civil e vários outros setores da economia, como a agricultura, metalurgia, mineração, mecânica necessitam de maquinários para separação e compactação de materiais e peças. Essas atividades já apresentam propostas para essa separação e compactação, mas em sua grande maioria são de grande porte e sempre separadas. Neste sentido este trabalho propõe a elaboração e desenvolvimento do projeto de uma mesa e peneira vibratória intercambiáveis. A Mesa vibratória com intercambialidade para uma peneira vibratória é uma máquina com capacidade, por exemplo, de produzir a compactação de concreto em fôrmas de plástico ou de metal. Essa compactação de peças distintas, proporcionada pela mesa produz a fabricação de elementos importantes no setor da construção civil, como lajotas, blocos, mourões, vigas, pisos, guias, tanques, tubos e outros elementos derivados do concreto. Na função de peneira vibratória, ocorrerá uma interação entre os equipamentos, ocorrendo a separação de materiais. A função principal da peneira vibratória é realizar a separação de determinado material por meio de faixas granulométricas. Esse equipamento também pode receber o nome de máquinas de triagem ou de classificadores, utilizando o procedimento de separação com movimentos circulares ou lineares que transportam o material de um lado para o outro. Ao entrar em contato com uma tela ocorre a passagem do material de um determinado tamanho e forma, obtendo então a classificação desejada do que está sendo separado, garantindo uma maior precisão e qualidade adequada. Tanto a vibração da mesa, quanto a da peneira são provenientes da rotação de um motor elétrico, constituído por uma polia na saída do eixo e por meio de uma correia com um tensionador que transmite rotação para um eixo acoplado a forma da mesa, que é responsável por vibrar a mesa junto com a peneira, desde que se deseje trabalhar com a peneira vibratória. A mesa ou a peneira é então colocada em movimento vibratório, o que terá a intensidade de vibração variada por um inversor de frequência atuando na rotação do motor. A mesa vibratória com intercambialidade para peneira vibratória torna-se, portanto, uma máquina muito atraente para empresas de seguimento mecânico, metalúrgico, agropecuário e com uma maior relevância para segmento da construção civil, onde suas funções são amplamente aplicadas. 16 Para o laboratório de processos de fabricação da PUC Minas Contagem, percebe-se a aplicabilidade deste equipamento com o intuito de atender os processos do laboratório simultaneamente com aulas práticas propostas pelos cursos de Engenharia Mecânica e Engenharia Civil dos Campus PUC Minas Contagem e Coração Eucarístico, respectivamente. O presente trabalho consiste, portanto, na execução da mesa vibratória junto com a peneira, colocando a não só em funcionamento como atendendo as normas de segurança do meio industrial e do meio acadêmico, e adequando melhorias no processo de fabricação provenientes deste maquinário. 1.1 Objetivo geral Realizar o projeto e a construção de uma Mesa Vibratória com intercambialidade para uma Peneira Vibratória. 1.2 Objetivos específicos a) Realizar uma intercambialidade usual entre a mesa e a peneira vibratória; b) Realizar uma análise estrutural da mesa vibratória juntamente com a peneira, quando estiverem em funcionamento; c) Verificar e determinar os parâmetros de operação do maquinário; d) Instrumentar o maquinário com um painel elétrico para operação do mesmo; e) Estudar as variações causadas a estrutura devido a vibração da mesma; f) Adequar a Peneira Vibratória as normas de realização de granulometria; g) Adequar do equipamento a NR12 (Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos) e NR17 (Ergonomia); h) Realizar testes de validação do equipamento. 17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este capítulo apresenta considerações teóricas levantadas a partir dos levantamentos feitos sobre o funcionamento de mesas e peneiras vibratórias, sendo apresentado na sequência: histórico destes equipamentos, componentes utilizados, normas de segurança dentre outros aspectos necessário para a compressão da proposta do trabalho. 2.1 Mesa Vibratória O uso de mesa vibratória teve início do século XIX com o interesse em estudar os movimentos gerados por terremotos que assolavam cidades na época. Pioneiro pela necessidade, os japoneses criaram a primeira mesa vibratória para este fim, sendo está controlada manualmente por meio de uma manivela excêntrica, produzindo o movimento de ida e volta, ao longo de um trilho. (SEVERN et al, 2012). Em 1906 pela Universidade de Stanford, Califórnia, foi proposto a construção de uma mesa semelhante, utilizando um motor elétrico, devido um terremoto californiano naquele mesmo ano, o que permitiu o uso da mesa vibratória para estudo dos abalos sísmicos (SEVERN et al, 2012). Posteriormente um movimento mais realista foi fornecido por um pêndulo que impactava um anteparo produzindo um pico inicial acentuado seguido de vibração em decomposição. A Figura 1 apresenta essa proposta, onde observa-se um conjunto sendo comprimido pelo pêndulo e reagindo com outro conjunto. Esse modelo foi desenvolvido por Jacobsen em 1930, após um terremoto que atingiu Tóquio (SEVERN et al, 2012). Figura 1 - Jacobsen (1930) mesa vibratória com pêndulo. Fonte: Adaptado de Severn, Stoten e Tagawa (2012). 18 Com o decorrer dos anos e estudos mais profundos ocorreram mudanças nesses equipamentos, principalmente relacionados com o funcionamento e a fonte de energia a ser utilizada. Exemplo destas mudanças foram a inserção de input’s de entradas e saídas digitais, atuadores e cilindros hidráulicos de acordo com o objetivo a ser alcançado, dentre outros. (SEVERN et al, 2012). Em paralelo com o desenvolvimento deste dispositivo, outros campos de aplicação foram ampliados, principalmente na grande área da construção civil. A crescente necessidade de melhoria dos processos para construção de edifícios advém da otimização do processo e de estudos dos insumos para o meio, conforme as normas (7183:1982, 7184:1992). Desde os meados do século XIX, onde ocorreu a substituição das pedras pelos blocos de concreto, onde esses blocos não eram moldados com processos industriais e sim em fôrmas de madeira, houve uma crescente evolução na fabricação de blocos de concretos e outros artefatos derivados da alvenaria estrutural, quando em 1904, J. Bresser tentou mecanizar a produção de blocos, iniciando a produção em grande escala, através de vibro - prensas automáticas, onde ocorre a melhor compactação e formação dos blocos, podendo atingir propriedades especificas para determinada aplicação, (SEBRAE, 2010). Na década de 1940 no Brasil foi introduzido a vibro – prensagem, acarretando na melhoria da performance e aparência dos blocos fabricados, tais como resistência, densidade, pesagem e tamanho, e a partir de então, houve melhorias progressivas em qualidade e produtividade do produto e até normalização do mesmo, (COBRAPI, 2011). Com o crescimento do setor civil no Brasil, foi desenvolvida com uma única afinidade, a mesa vibratória, especialmente voltada apenas para a fabricação de produtos derivados do concreto, onde requerem o uso da compactação gerada pela vibração da mesa. A Figura 2 apresenta um modelo de Mesa Vibratória. (COBRAPI, 2011). 19 Figura 2 - Mesa Vibratória Fonte: Pideju Metal (2018). 2.2 Peneira vibratória Em 1794, o inventor inglês Eli Whitney (1765 – 1825), foi responsável pela criação de um descaroçador de algodão, uma máquina que consistia em acelerar a remoção de sementes das fibras de algodão. A Figura 3 apresenta o esquema do descaroçador de algodão. (MÁQUINA..., 2008). Figura 3 - Descaroçador de algodão, criado por Eli Whitney, 1794. Fonte: Adaptado de (MÁQUINA..., 2008). O descaroçador de algodão criado por Whitney (1794), consistia em uma espécie de peneira rotativa, onde um tambor estava submetido a uma rotação e o mesmo puxava o algodão, funcionando então como uma peneiradora de algodão. Na 20 face do cilindro existiam ganchos que fixavam os fios de algodão a partir da semente, onde então uma escova rotativa era responsável por retirar o algodão limpo da separação. (MÁQUINA..., 2008). Com o decorrer dos anos e desenvolvimento dos maquinários, devido a revolução inglesa, foi desenvolvida a primeira peneira giratória a partir do princípio apresentado pelo descaroçador de algodão criado por Whitney (1794). Essa peneira giratória otimizou o processo de peneiramento na área de processamento mineral, onde o homem necessitava de separar os minerais obtidos do garimpo e de outras atividades que tinham como função principal a exploração mineral dos solos. No setor industrial o peneiramento consiste em um processo e classificação de materiais granulares com objetivo de separar os materiais e classifica – lós de acordo com sua aplicação industrial e comercial. Sendo um processo amplamente utilizado na indústria farmacêutica, agricultura, química, entre outros (CORREIA, 2010). De modo geral os equipamentos do processo de separação podem ser classificados de duas maneiras, de acordo com o seu deslocamento. Segundo Correia (2010) são esses: a) Fixas: Equipamentos que possuem a superfície inclinada pois a única força atuante sobre ele ser a força gravitacional, Exemplos: a. Grelhas fixas: Agrupamento de barras metálicas em paralelo, podendo variar sua inclinação entre 30 a 45º graus (Figura 4). Esses tipos de equipamentos são empregados basicamente em processos de britagem, para separação de blocos de 7,5 a 0,2 cm, utilizados a seco, porém a eficiência deste tipo de maquinário é relativamente baixa (60%), devido a não ocorrer o movimento as superfície, ocasionando também a não ocorrência da estratificação, o qual facilita a separação. 21 Figura 4 - Representação esquemática de uma grelha fixa. Fonte: Adaptado de Correia (2010, p. 278). b. Peneiras Fixas: As peneiras fixas DSM (Figura 5), utilizadas pela Dutch State Mines, são utilizadas quando se tem o objetivo de uma separação precisa de partículas finas, empregada em sistemas de moagem, a peneira fixa consiste em uma entrada de alimentação onde as partículas são bombeadas na parte superior da peneira e distribuídas ao longo de sua extensão, ocorrendo então o peneiramento. Figura 5 - Representação esquemática de uma peneira DSM. Fonte: Adaptado de Correia (2010, p. 279). b) Móveis: São equipamentos tais como Grelhas rotativas, Peneiras rotativas, Peneiras reciprocativas e Peneiras vibratórias. (CORREIA, 2010). a. Grelhas vibratórias: Semelhantes as grelhas fixas, porém a superfície de trabalho destas, estão sujeitas a vibração (Figura 6). 22 Figura 6 - Representação esquemática de uma Grelha vibratória. Adaptado de Correia (2010, p. 280). b. Peneiras rotativas: Semelhante ao descaroçador de algodão esse equipamento possui sua superfície de peneiramento em formato cilíndrico, podendo ser inclinada ou não (entre 4 a 10º), dependendo do tipo de material a ser peneirado (Figura 7). Figura 7 - Representação esquemática de uma Peneira rotativa. Fonte: Adaptado de Correia (2010, p. 280). c. Peneiras vibratórias: Atualmente vem substituindo parcialmente os demais tipos de peneiras, em maior escala as rotativas. Podendo ser segmentada em duas classes, sendo a primeira, as peneiras que possuem movimento vibratório retilíneo (peneiras horizontais) e a segunda as quais possuem movimento circular ou elíptico (peneiras inclinadas). O movimento desse tipo de peneira é produzido por dispositivos mecânicos ou elétricos, gerando impulsos em sua superfície de trabalho. (Figura 8). 23 Figura 8 - Representação esquemática de uma Peneira vibratória. Fonte: Adaptado de Correia (2010, p. 282). 2.3 Granulometria e Curvas Granulométricas Segundo Varela (2008) granulometria é a designação que se dá aos diversos tamanhos de grãos, sendo classificados pela distribuição, em porcentagem. É a denominação das dimensões das partículas de agregados. A composição granulométrica de agregados em si possui uma grande influência nas propriedades de materiais pósteros. Partindo do pressuposto acima, através de análises e estudos do caso, o assunto é responsável por gerar o conceito de Curvas Granulométricas, de acordo com Varela (2008), Curvas Granulométricas é um gráfico resultante de um ensaio de peneiramento de um determinado agregado, onde se tem a deposição deste em uma peneira vibratória, onde ocorre o peneiramento, devido a abertura de suas malhas, como representado na figura 9. 24 Figura 9 - Representação de uma curva granulométrica de um determinado agregado. Fonte: Adaptado de Varela (2008). O gráfico descritivo de uma curva granulométrica de determinado material é a porcentagem de material que é transferido de malha em malha, pelo diâmetro das partículas (mm) desse material em análise com a porcentagem retida pelas malhas durante o peneiramento. A separação granulométrica ou classificação granulométrica consiste em efetuar o processo de peneiramento em dois estados distintos, a seco e úmido, sendo que o agregado contenha apenas 5% de umidade para ser classificado como seco e com umidade superior a 5% ou que durante o processo seja adicionado água para elevar o rendimento, classificando-o como úmido. As partículas de agregados podem ser especificadas pelo seu tamanho, segmentados em cinco categorias, as quais são: (LEAL, 2016). a) Pós: são partículas de 1 µm até 5 mm. b) Sólidos granulares: partículas de 0,5 mm até 10 mm. c) Blocos pequenos: 1 a 5 mm. d) Médios: 5 a 15 mm. O processo que dá origem a classificação granulométrica é denominado de processo de separação ou tecnicamente conhecido como processo de tamisação, esse processo trata-se da separação de misturas de materiais sólidos granulados de 25 diversos tamanhos. Esse tipo de processo é responsável, por gerar as curvas granulométricas e consequentemente estudo de propriedades e aplicação do agregado a ser trabalhado. (LEAL, 2016). Segundo Leal (2016) no Brasil para realização da análise granulométrica dos agregados a peneira mais utilizada recebe o nome de Série Tyler, figura 10, a qual é formada por 14 peneiras e tem como base uma peneira de 200 malhas por polegada (200 mesh, sendo mesh o número de malhas por polegada linear, que corresponde ao número de abertura de uma dimensão no comprimento de uma polegada), constituída por fios de 0,053 mm de espessura, possuindo um abertura autônoma de 0,074 mm. As frações retidas durante o peneiramento são determinadas através da pesagem das diversas frações retidas, sendo assim calculadas, dividindo – se as distintas massas retidas pela massa total da quantidade de agregado utilizado na amostra. Figura 10 - Exemplo de Peneira granulométrica, derivada da Série de Tyler. Fonte: Adaptado de Varela (2008). Segundo Correia (2010), os diversos segmentos desse processo se dividem por tipos de malhas a serem usadas no procedimento: a) Grelhas: Barras metálicas em paralelos, formando espaços regulares entre si. b) Crivos: Composta por chapas metálicas planas ou sinuosas, que ao longo de sua superfície possuem aberturas para separação do material. 26 c) Telas: Geralmente formada por fios metálicos traçados ortogonalmente entre si, de forma com que as malhas tenham tamanhos determinados para trabalho. 2.4 Conceito de resíduo Resíduos são fragmentos que sobram de processos derivados das atividades humanas, como processos industriais, lixo doméstico, efluentes industriais, gases liberados por motores, dentre outros. Outros exemplos de resíduos são também os produzidos pelos animais, e de processos produtivos, como a matéria orgânica, (SEBRAE, 2017). Muitos do que se considera resíduos podem ser reutilizados e reciclados para aplicações futuras dependendo do material a ser reciclado, desde que os mesmos sejam apropriadamente tratados. Em termos de mercado, a reciclagem e reutilização dos resíduos provenientes das atividades, é uma solução necessária para desenvolvimento de novas atividades produtivas, o que gera então a sustentabilidade, que tem como sinônimo, minimizar os impactos ambientais, gerar produção e renda, agregando valor ao trabalho executado, (SEBRAE, 2017). Em relação aos resíduos obtidos durante o processo de peneiramento, os mesmos se enquadram em duas origens, as quais são Industrial e Agrícola, de Classe 1 e Classe 3, Resíduos perigosos e inertes, respectivamente. De modo geral o peneiramento é um método de classificação, que durante seus estágios, obtêm-se a classificação desejada do produto, levando em consideração as diferenças físicas, como forma, tamanho ou densidade. Após o processo de separação, obtém –se os restos, no caso resíduos industriais ou agrícolas dependendo da aplicação. Sendo os mesmos reutilizados em atividades futuras provenientes da reciclagem (LIPPEL, 2018). 27 Figura 11 - Representação de classificação através do peneiramento. Fonte: Indústria de Máquinas (2018). Como representado na figura 11, a imagem ilustra a indicação 1, como sendo resíduo proveniente do processo de peneiramento de grãos de soja, já a indicação 2, mostra o material classificado para utilização adequada. 2.5 Compactação A compactação é um processo que consiste em reduzir volume de vazios de um solo e também retirar o ar que esteja inserido em algum sistema ou material a fim de aumentar o grau de compactabilidade do conjunto. Na construção civil, onde se utiliza diversos componentes para gerar um novo material, a presença de ar é constante e o processo de compactação permite que esse material derivado do concreto em massa, obtenha uma maior coesão, resistência e com permeabilidade baixa. De acordo com Santos (2008), o resultado da compactação depende de dois fatores: energia aplicada e o teor de água de compactação. Um procedimento de compactação com determinada energia e teor de água pode ser estudado a partir do gráfico abaixo, representado pela figura 12. 28 Figura 12 - Energia de compactação por teor em água. Fonte: Adaptado de Santos (2008). Segundo Santos (2008), massas que se encontram do lado esquerdo do ramo apresenta vários torrões e a ação da compactação irá desfazer esses torrões viabilizando a expulsão de ar. Massas que se encontram do lado direito apresenta-se muito úmida, o ar fica aprisionado entre o solo e a água intersticial inviabilizando sua expulsão, logo a sua compactação não será tão eficaz. O efeito da energia aplicada também é determinante nos resultados finais de compactação conforme demonstrado na figura 13. Highlight 29 Figura 13 - Efeito da energia de compactação Fonte: Adaptado de Santos (2008). Quando há o aumento da energia de compactação a curva de compactação sobe e se desloca para a esquerda, porém a curva de saturação continua inalterada. O ponto ótimo (w, γd) de água é deslocado para esquerda demonstrando que quando se aumenta a energia de compactação chega-se ao ponto ótimo de compactação com menor teor de água. (SANTOS, 2008). Em relação a importância que tem a compactação no mercado, a mesma pode se dividir em dois segmentos, a compactação do solo e a compactação de materiais provenientes do concreto em massa, voltando a importância em termos de mercado, a compactação do solo, exige um mercado onde se tenham serviços a serem oferecidos com alta qualidade e equipamentos com alto rendimento. De acordo com Hexsel (2015), no Brasil a cultura na compactação do solo é regionalizada, e não seguindo a tendência mundial, que tem uma diretriz emanada direto de órgãos reguladores. Para Luiz Barreto citado por Centro de Informação Metal Mecânica – CIMM (2016) o mercado de compactação cresceu de forma robusta no país até 2013, apresentando bons resultados para os fabricantes de equipamentos destinados a esse setor. Com isso a valorização do mercado voltado a compactação do solo, se deve a cultura regionalizada, que faz com que fabricantes de equipamentos destinados a esse tipo de atividade, trabalhe com técnicas e conceitos que fazem 30 alavancar essa economia gerando então renda e trabalhos executados com qualidade e eficiência. Figura 14 - Exemplos de máquinas para compactação de solos. (1) Compactador de solo; (2) Compactador de solo com placa vibratória; (3) Rolo compactador; (4) Rolo compactador Pé de Carneiro. Fonte: Adaptado de Construção Civil (2015). Na compactação de materiais derivados do concreto em massa, os fabricantes precisam ter o controle da matéria prima, por meio de alguns métodos como dosagem, moldagem e cura, dispor de maquinários eficientes e adequados para essa aplicação. (EQUIPE DE OBRA, 2012). Em função destas exigências para o mercado civil, a mesa vibratória (Figura 15) se enquadra aos requisitos, devido a sua simplicidade e manuseio e eficiência na compactação dos materiais e baixo custo de mercado e fácil manutenção. Em trabalhos de edificações materiais derivados do concreto em massa, oferecem qualidade e economia ao consumidor, que em termos de mercado torna se um investimento seguro e duradouro, trabalhar com uma mesa vibratória. 31 Figura 15 - Exemplo de uma mesa vibratória com formas de materiais derivados da compactação do concreto em massa. Fonte: CPRATA (2015). 2.6 Componentes da mesa e peneira vibratória Para acionamento e desenvolvimento da mesa e peneira vibratória se faz necessário descrever os componentes mínimos para seu funcionamento. Neste sentido este tópico apresenta as características e funções dos dispositivos necessários. 2.6.1 Motor Para acionamento da mesa e da peneira vibratória será utilizado um motor bifásico ou trifásico, em função da necessidade de maior potência e possibilidade alteração de velocidades. Para especificar tal motor elétrico para uma máquina é necessário ter em mente alguns fatores, como potência e rotação desejada que a máquina trabalhe, local de trabalho, tensão e frequência disponível pela rede para uso. Os motores elétricos são utilizados para dar movimento as máquinas rotativas, segundo a WEG (2015) no mercado existem os motores elétricos de corrente contínua (CC) e os motores elétricos de corrente alternada (CA). Os motores CC se diferem dos motores CA por possuir a característica de poder variar a rotação, sendo proporcional a tensão elétrica aplicada, sendo que os motores CA precisam de um inversor de frequência para ser possível variar a rotação. Highlight Highlight 32 Figura 16 - Motor Elétrico. Fonte: Adaptado de Catálogo WEG (2015). Os motores CC e CA possuem o mesmo princípio de funcionamento, sendo utilizado a Lei de Faraday (1831), onde Michael Faraday disse “A tensão induzida nas extremidades de um condutor imerso em um campo magnético é proporcional à razão entre o fluxo (linhas de força que atravessam o condutor) e o tempo em que as linhas de força atravessam este condutor.” Sendo que essa lei também vale inversamente, ou seja, quando uma corrente elétrica passa por um condutor é criado um campo magnético, onde que ao se colocar um imã próximo ao condutor ele se moverá mostrando o norte e o sul do campo magnético, figura 17. (GOUVEIA, 2018). Figura 17 - Esquema simplificado de um Motor Elétrico. Fonte: Adaptado de Santos (2014). Nos motores CC as peças fixas e móveis são energizadas transformando-se em ímãs com polos magnéticos contrários, sendo que um tende a se aproximar do 33 outro fazendo com que a parte móvel se mova enquanto estiver energizada. Os motores CA possuem funcionamento diferente, onde a parte móvel ou rotor do motor é um ímã e a sua parte fixa é chamada de estator. É aplicado uma corrente elétrica alternada no estator, onde ela primeiro passa do lado negativo para o positivo e outra hora passa do positivo para o negativo sucessivamente, fazendo isso em torno de 60 vezes por segundo, energizando o estator e criando um campos elétricos com polos variados em cada fração de segundo, como o rotor, que é um ímã está dentro do campo magnético ele começa a girar devido às forças magnéticas de atração e repulsão. De acordo com WEG (2015) os motores CA são utilizados com mais frequência na indústria do que com os motores CC, apesar de nos motores CC ser possível alterar a velocidade de trabalho eles são muito caros e necessitam de manutenção periódica. Com o aparecimento do inversor de frequência é possível alterar a velocidade de trabalho dos motores CA, sendo que o inversor de frequência altera a tensão e frequência da energia fornecida pela rede, sendo que a concessionária fornece energia em tensão e frequência constantes, e o inversor possibilita às tornar variáveis, podendo então ser alterada a velocidade de rotação do motor. Com o inversor de frequência o motor CC caiu em desuso por ser mais vantajoso economicamente utilizar um motor CA com inversor de frequência. Os motores CA segundo a WEG (2015) se dividem em monofásicos e trifásicos. As concessionárias elétricas fornecem para a rede elétrica três linhas de energia, chamadas de fase, para que seja possível utilizarmos equipamentos com tensões variáveis na mesma rede, assim podemos utilizar eletrodomésticos que são alimentados com 127 Volts, 220 Volts ou até mesmo 380 Volts. Os motores monofásicos utilizam somente uma fase da concessionária, eles possuem baixa potência e são utilizados para atividades que necessitam de pouca carga. Já os motores trifásicos são utilizados na indústria, eles possuem esse nome por consumirem as 3 fases fornecidas pela rede elétrica, sendo necessário tipos de ligações diferentes dos outros motores, utilizando os resistores R¹, R² e R³ ligados em série, podendo ser em delta aberto, delta fechado ou em estrela, também conhecido como Y. 34 2.6.2 Inversor de frequência Em função da necessidade e ampliação do funcionamento da mesa e peneira vibratória, foi utilizado um inversor de frequência atuando em conjunto com o motor selecionado. Para especificar tal modelo de inversor para a máquina é necessário obter alguns fatores, como potência e rotação desejada que a máquina trabalhe, tensão e frequência disponível pela rede para uso. De acordo com Silveira (2018), o inversor de frequência, tem como principal característica acionar um motor elétrico trifásico e ao mesmo tempo variar a frequência e tensão do mesmo, sendo assim classificado com um tipo de controlador, que tem objetivo de controlar a velocidade e potência consumida. Quando se trata de motores elétricos de indução ou CA, a frequência do mesmo está associada diretamente com a rotação de saída do motor (RPM – Rotações por minuto). Segundo Silveira (2018), de modo geral quanto maior a frequência do motor, maior será a velocidade de rotação do mesmo. No Brasil as concessionárias de energia elétrica fornecem energia as cidades com uma frequência de 60Hz (Hertz), em complemento, a maioria dos motores elétricos dispostos industrialmente possuem uma velocidade nominal de 3600 RPM. Em contrapartida, se determinada aplicação não necessitar do motor funcionar na velocidade nominal de 3600 PRM, algo comum hoje em dia, em termos de mercado possuem três possibilidades para se trabalhar de acordo com o necessário, as quais são: a utilização de um redutor mecânico, a utilização do inversor de frequência, ou trabalhar com os dois. Utilizando o inversor de frequência, o mesmo é ajustado para conceber uma rampa de descida (tempo de parada), reduzindo a frequência e a tensão para que o motor opere conforme os requisitos da carga (RPM e tensão desejada). 35 Figura 18 - Rampa de descida do inversor. Fonte: Adaptado de Inversores... (2018). Segundo Silveira (2018), um aspecto importante do inversor, é de acordo com as imposições de velocidade do motor em uma determinada aplicação mude, o inversor de frequência pode alterar a velocidade do motor com a finalidade de atender as novas condições de operação, o que não é possível utilizando apenas um redutor mecânico. Figura 19 - Inversor de Frequência WEG. Fonte: Adaptado de Catálogo WEG (2018). 2.6.3 Elementos de máquinas Elementos de máquinas, são um conjunto de partes, utilizados em conjunto em uma determinada máquina. Segundo Shigley (2011), Elementos de máquinas podem Highlight 36 ser divididos nas seguintes classificações: Elementos de fixação, elementos de apoio, elementos flexíveis elásticos, elementos de transmissão flexíveis e elementos de transmissão. Neste capítulo será abordado as considerações teóricas dos elementos necessários para acionamento e comando da mesa e peneira vibratória. 2.6.3.1 Eixos Os eixos são caracterizados como elementos mecânicos usados para articular um conjunto de elementos de uma determinada máquina. De acordo com Shigley (2011), eixo é um membro rotativo comumente de seção transversal circular, quando móveis são usados para transmitir potência através do movimento de rotação. Eixos móveis, como representado na figura 20 geram movimentos, ou oscilação de elementos tais como, engrenagens, polias, rodas, manivelas, caixa de transmissão e análogos. Já os eixos fixos, é considerado um elemento não rotativo, e por consequência não transmitem torque, como os eixos móveis. Estes têm como uma de suas funções suportar rodas, polias e similares. Figura 20 - Representação de um Eixo móvel. Fonte: Adaptado de RIJEZA Metalurgia (2018). 2.6.3.2 Mancais Os mancais podem ser definidos como elementos de máquinas de apoio fixo, para elementos giratórios do sistema, figura 21, sendo composto por uma estrutura de ferro fundida e bipartida (base e tampa), que encerra o casquilho, no qual o elemento rotativo atua. (ABECOM Rolamentos, 2017). 37 Figura 21 - Representação de um mancal de rolamento. Fonte: Adaptado de ABECOM Rolamentos (2017). A aplicação dos mancais e suas funções podem ser divididas pelos seus vários tipos, os quais são: mancais de escorregamento ou deslizamento, mancais de rolamento e outros com aplicações mais específicas como mancais hidrodinâmicos, mancais hidrostáticos e mancais aerostáticos. Os dois primeiros são os mais utilizados sendo, portanto, explicitados na sequência. (ABECOM Rolamentos, 2017). a) Mancais de escorregamento ou deslizamento: são mancais que possuem uma bucha acoplada em um suporte, figura 21. Possuem vasta aplicação em maquinários pesados e em equipamentos que requerem baixas rotações de trabalho, devido ao atrito elevado que ele possui, quando comparado aos demais tipos de mancais. Figura 22 - Representação esquemática de um mancal de escorregamento. Fonte: Adaptado de MANCAIS (1998). 38 b) Mancais de Rolamento: são mancais compostos de dois anéis concêntricos e entre eles são acoplados elementos rolantes, tais como roletes, esferas, agulhas, figura 22. Estes tipos de rolamentos são aplicados em projetos que necessitam de menor atrito e maior velocidade durante seu trabalho. Figura 23 - Demonstração de mancais de rolamento. Fonte: Adaptado de MANCAIS (1998). 2.6.3.3 Molas Segundo Juvinall (2013), as molas são elementos elásticos que tem como principais características exercerem força, torque e absorverem energia e posteriormente liberando – a. É qualquer aparato elástico que tem como finalidade de converter em trabalho mecânico energia potencial e reconverte – lô de volta em energia mecânica, (ARANHA, 2016). Geralmente são fabricadas de metal, porém em casos que sua aplicação não requer cargas altas, podem ser utilizadas de plástico. Atualmente os materiais compostos modernos veem sendo utilizados em algumas aplicações quando a aplicação da mola requer que a mesma tenha uma massa mínima. De acordo com Souza Cruz (2008), as molas podem ser classificadas por vários tipos, os quais são eles, como representado na figura 24: a) Forma do material: arame (redondo, quadrado e especial), plana (plana e disco cônico). b) Forma da mola: helicoidais, helicoidais cônicas, espirais, em balanço, feixe de molas e outras formas especiais. c) Quanto ao esforço: são molas de tração, molas de compressão, molas de torção e molas de flexão. 39 Figura 24 - Exemplos de alguns tipos de mola. Fonte: Adaptado de Souza Cruz (2008). Dando continuidade a referência bibliográfica de molas, será tratado com ênfase a mola do tipo helicoidal sujeita a compressão, pois a mesma será utilizada ao longo do desenvolvimento do projeto e consequentemente tratada com prioridade na metodologia. Segundo Souza Cruz (2008), molas helicoidais são as mais utilizadas em aplicações voltadas para o ramo mecânico, a mesma é constituída por uma barra enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica, podendo ter seção retangular, circular, quadrada entre outras. Molas helicoidais, podem ser fabricadas com vários tipos de seções, mas, em sua maioria, as mesmas são fabricadas em aço redondo. Quando sujeita a algum tipo de força, o espaço entre as espiras diminui, tornando então o comprimento da mola menor. Na figura 24, é ilustrado as principais dimensões de uma mola helicoidal sujeita a compressão. 40 Figura 25 - Principais dimensões de uma mola, sujeita a compressão. Fonte: Adaptado de Souza Cruz (2008). De acordo com Souza Cruz (2008), as molas helicoidais de compressão possuem quatro tipos de acabamentos em suas extremidades (Figura 25): Figura 26 - Demonstração dos tipos de acabamentos das extremidades de molas helicoidais, sujeitas a compressão. Fonte: Adaptado de Souza Cruz (2008). Na figura 26, a seguir, adaptada de Souza Cruz (2008), é apresentado os tipos de acabamentos, mostrando as principais dimensões da mola para classificarmos de acordo com aplicação, através de estudo específico do caso e conhecer suas características principais. Figura 27 - Dimensões de acordo com tipo de acabamento das extremidades da mola. Fonte: Adaptado de Souza Cruz (2008). 41 As espiras ativas (Na), são as espiras que deformam quando a mola está sujeita a algum carregamento, enquanto as inativas em cada extremidade não sofrem deformação. Sujeita a compressão, quando se tem um carregamento aplicado na mola com intuito de comprimi-la, o ângulo de hélice (λ) representa a inclinação da mola. Logo se analisarmos, em qualquer ponto da seção transversal da mola os esforços para equilibra-la serão uma força cortante, pra que não ocorra movimento linear, e também ocorre torque, para que não haja rotação devido ao deslocamento do diâmetro (D) entre a força de atuação e a forca que equilibra o fio da mola. Na Figura 27, será ilustrado os esforços atuantes sobre a mola de compressão. (ANTUNES, 2001). Figura 28 - Mola helicoidal solicitada a compressão. Fonte: Adaptado de Antunes (2001). Quando se tem um carregamento aplicado o torque na mola torce o fio, logo para que haja deformação linear da mola, deverá haver deformação angular do fio. 2.6.3.4 Polias Segundo Lino (2013), as polias são caracterizadas como elementos mecânicos circulares, qual pode ser movimentada pela rotação de um motor ou por correias que se acoplam a elas. Para uma polia exercer sua função deve-se estar ligada a uma correia, no qual, devem se adaptar a superfície de contato com a correia. A escolha 42 depende da aplicação, e para isso existem variados tipos de polia no mercado, que busca atender a aplicação com eficiência e segurança. Os tipos de polias são definidos pelos formatos das correias. Sendo assim, tem- se: (LINO, 2013). a) Polias planas: sua superfície pode ser plana ou abaulada conforme figura 29, sendo que a polia plana se adequa por preservar a integridade das correias. E as polias abauladas ajusta-se melhor com a correia mantendo centralizada. Figura 29 - Demonstração de polias com superfície plana e abaulada. Fonte: Adaptado de Moro e Auras (2006). b) Polia trapezoidal ou em "V": distingue -se este nome devido a sua superfície em "V". Essas polias devem possuir canais conforme figura 30, estes canais são determinados de acordo com a confecção da correia. Para um funcionamento oportuno a superfície dos canais deve-se ser desprovido de trincas, empenamentos, oxidações, pinturas e óleos lubrificantes, resíduos em gerais. A polia em formato "V" em seu funcionamento possui baixas tensões, não prejudicando os mancais e possui a característica de difícil deslize da correia em seu corpo durante o movimento. 43 Figura 30 - Demonstração polias em "V". Fonte: Adaptado de Moro e Auras (2006). c) Polia dentada: polia dentada é composta por dentes em seu corpo conforme figura 31, é necessária uma correia que se encaixe entre os dentes, portanto, está polia é utilizada onde não se permite o deslize da correia, no caso, utiliza- se correias dentadas. Figura 31 - Demonstração polia dentada. Fonte: Adaptado de Polias... (1998). 2.6.3.5 Correias De acordo com Shigley (2011), as correias podem ser definidas como um elemento de máquina flexível onde são capazes de transmitir movimento e potência por contato indireto entre duas ou mais árvores, motora e movida, por meio do atrito existente no conjunto de polias e correias. Usualmente as correias são inseridas em projetos mecânicos onde apresenta uma distância consideravelmente extensa entre 44 eixos para simplificar o mesmo, tornando inviável a utilização de outro meio de transporte de potência, como um conjunto de engrenagens, mancais e eixos. Em diversos casos o uso de correias, simplifica o projeto do maquinário, e reduz o custo consideravelmente. As correias podem apresentar variação em sua seção transversal quanto ao tipo de material que ela é constituída, diversificando de acordo com o tipo de aplicação. As seções transversais mais comuns entre as correias são: correias planas ou de seção retangular, correias trapezoidais ou em V e correias dentadas. Por ser formada por um material bastante flexível e longo, as correias atuam como amortecedores para as máquinas, amenizando a transmissão de choques mecânicos e vibrações entre eixos gerado pelo movimento. (SHIGLEY, 1984). 2.6.3.5.1 Correias de seção retangular De acordo com Shigley (2005), as correias de seção retangular também conhecida como correias planas ou chatas são usualmente fabricadas por uretano ou por tecido como algodão e raiom, revestido com borracha com reforço de fios de aço ou cordas de náilon, responsável pela absorção de cargas mecânicas de tensão. São modelos mais simples em relação aos outros dois tipos, porém as correias planas conseguem transmitir potência tanto para polias no mesmo plano quanto em polias fora do plano, Figura 32, neste segundo arranjo é necessário que as polias estejam dispostas de maneira que a correia deixe a polia no ponto médio. Este tipo de correia possui características em ser silenciosa, eficiência de aproximadamente de 98% a altas velocidades e conseguir transmitir potência por distâncias longas entre eixos. Além disso, esse tipo de correia pode ser assentado nas polias de duas maneiras como ilustra na Figura 33. O sistema de transmissão por correias abertas responsável por transmitir movimento no mesmo sentido de giro (a), e o sistema de transmissão por correias cruzadas responsável pela reversão do sentido de giro nas polias (b). 45 Figura 32 - Transmissão de potência entre eixos fora do plano. Fonte: Adaptado de Shigley (2005). Figura 33 - Transmissão não reversível, correias abertas (a) e reversível, correias cruzadas (b). Fonte: Adaptado de Shigley (2005). 2.6.3.5.2 Correias dentadas São correias também conhecidas como correias de tempo. As correias dentadas possuem dentes ao longo de sua circunferência que se adapta em polias especiais contendo canais em sua periferia, o sulco presente nas rodas denteadas possui o mesmo perfil dos dentes da correia onde permite assim o encaixe e uniformidade entre o conjunto. De acordo com Shigley (2005), essas correias normalmente são feitas de um tecido emborrachado em que é coberto por um tecido 46 de náilon, possuindo em seu interior fios de aço, responsável em resistir a carga de tensão. Por conter encaixe entre os dentes da correia e canais das polias neste tipo de conjunto não ocorre escorregamento ou deslizamento entre os componentes, precisando de pouca tensão inicial para transmitir movimento, devido a isso estas correias conseguem conduzir potência em uma velocidade angular constante. Estas correias podem operar tanto em altas ou baixas rotações, possuindo uma eficiência entre 97 a 99%. (SHIGLEY, 2005). 2.6.3.5.3 Correias trapezoidais São correias também conhecidas como correias em V, devido ao seu formato na seção transversal. Segundo Shigley (1984), essas correias normalmente são fabricadas por tecido ou cordões, feito de algodão, cânhamo ou raiom e impregnado de borracha, em seu interior possui cordonéis vulcanizados responsáveis por suportar os esforços de tração. Devido ao seu formato trapezoidal essas correias estão sujeitas a variação de força de tração em seu interior devido a sua largura conjunto com o efeito de cunha presente nos canais mais estreitos das polias. Este tipo de correia muito comum em máquinas industriais possui cinco perfis padronizados pelos fabricantes, ilustrado na figura 34, a identificação do tipo de seção utilizada é feita por meio de uma letra do alfabeto para representar as dimensões em polegadas. (SHIGLEY, 2005). Figura 34 - Padronização das correias trapezoidais. Fonte: Adaptado de Shigley (2005). A especificação de uma correia trapezoidal é feita por meio da identificação da letra correspondente a cada seção seguido por uma numeração que representa o tamanho da circunferência interna em polegadas. O dimensionamento do 47 comprimento das correias geralmente é feito com base no comprimento de passo primitivo. Este comprimento de passo primitivo em polegadas corresponde ao comprimento da circunferência interna da correia com a adição de um número tabelado de conversão, correspondente para cada seção ilustrado na figura 35. Figura 35 - Conversão de comprimento. Fonte: Adaptado de Shigley (2005). 2.7 Normas técnicas As normas técnicas especificam parâmetros a serem seguidos para garantir uma uniformização das análises. Neste sentido apresenta se as normas utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho. 2.7.1 Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos (NR12) A Lei nº 6.514 de 22 de dezembro de 1977, alterou o Capítulo V da Consolidação das Leis do Trabalho, relativo à Segurança e Medicina do Trabalho. A Seção XI - Das máquinas e equipamentos do novo texto legal, trazem os artigos 184, 185 e 186, cuja redação é a seguinte: Art. 184. As máquinas e os equipamentos deverão ser dotados de dispositivos de partida e parada e outros que se fizerem necessários para a prevenção de acidentes do trabalho, especialmente quanto ao risco de acionamento acidental. Parágrafo único. É proibida a fabricação, a importação, a venda, a locação e o uso de máquinas e equipamentos que não atendam ao disposto neste artigo. Art. 185. Os reparos, limpeza e ajustes somente poderão ser executados com as máquinas paradas, salvo se o movimento for indispensável à realização do ajuste. Art. 186. O Ministério do Trabalho estabelecerá normas adicionais sobre proteção e medidas de segurança na operação de máquinas e equipamentos, especialmente quanto à proteção das partes móveis, distância entre elas vias de acesso às máquinas e equipamentos de grandes dimensões, emprego de ferramentas, sua adequação e medidas de proteção exigidas quando motorizadas ou elétricas. (BRASIL, 1978). 48 Conforme depreendemos do artigo 186 da CLT, é competência do Ministério do Trabalho desenvolver normas adicionais que visem à proteção e medidas de segurança de máquinas e equipamentos de modo geral. Deste modo, foi introduzida no ordenamento jurídico pela Portaria GM nº 3.214 de 8 de junho de 1978, a Norma Regulamentadora 12, tratando exclusivamente de Máquinas e Equipamentos, atualizada em 17 de dezembro de 2010, pela portaria SIT nº 197. Segundo aduz o item 12.1: Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas, sem prejuízo da observância do disposto nas demais Normas Regulamentadoras - NR aprovadas pela Portaria n.º 3.214, de 8 de junho de 1978, nas normas técnicas oficiais e, na ausência ou omissão destas, nas normas internacionais aplicáveis. (BRASIL, 1978). Desta forma, cabe aos empregadores adotar as medidas de proteção para o trabalho em máquinas e equipamentos, que são responsáveis de garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores. São consideradas medidas de proteção, a ser adotadas nessa ordem de prioridade: Medidas de proteção coletiva; Medidas administrativas ou de organização do trabalho e Medidas de proteção individual. Ressalta-se que se houver pessoa portadora de algum tipo de deficiência envolvida direta ou indiretamente no trabalho, serão adotadas medidas apropriadas para tal. Em contra partida corroborando para a aplicação da norma cabe aos trabalhadores cumprir as orientações repassadas relativas aos procedimentos seguros de operação, alimentação, abastecimento, limpeza, manutenção dentre outras. Igualmente caberá aos trabalhadores não colocar em risco a sua saúde e integridade física ou de terceiros, realizando alterações nas proteções mecânicas ou nos dispositivos de segurança de máquinas e equipamentos, além de repassar ao superior imediato caso aconteça remoção de uma proteção ou de dispositivo de segurança e por fim participar dos treinamentos oferecidos pelos empregadores, colaborando sempre para a implementação das exigências contidas na NR12. Highlight 49 Ao fazer a correlação da NR 12 no presente trabalho, pode-se destacar a aplicabilidade das seguintes medidas de segurança: a) Instalações e dispositivos elétricos; b) Dispositivos de partida, acionamento e parada; c) Sistemas de segurança; d) Dispositivos de parada de emergência. Por final, pode-se citar as demais medidas preventivas de acidentes relativas aos seguintes itens: a) Arranjo físico e instalações; b) Meios de acessos permanentes; c) Componentes pressurizados; d) Transportadores de Materiais; e) Aspectos ergonômicos; f) Manutenção, inspeção, preparação, ajustes e reparos entre outros. 2.7.2 Ergonomia (NR17) A norma regulamentadora NR 17 do Ministério do Trabalho e Emprego que trata sobre ergonomia, é regulamentada pela Portaria Nº 3.214, de 08 de Junho de 1978, que aprovou as normas regulamentadoras do Capítulo V, Título II, da Consolidação das Leis do Trabalho – CLT, relativas à Segurança e Medicina do Trabalho. (BRASIL, 1978). Avaliando o item 17.1 que traz o objetivo central da presente norma: Esta Norma Regulamentadora visa a estabelecer parâmetros que permitam a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores, de modo a proporcionar um máximo de conforto, segurança e desempenho eficiente. (BRASIL, 1978). Conforme preceitua a norma, as condições de trabalho incluem aspectos relacionados ao levantamento, transporte e descarga de materiais, ao mobiliário, aos equipamentos e às condições ambientais do posto de trabalho e à própria organização do trabalho. 50 Estas condições ambientais de trabalho devem estar adequadas às características psicofisiológicas dos trabalhadores e à natureza do trabalho a ser executado. Em relação ao empregador, lhe caberá realizar a análise ergonômica do trabalho, devendo abordar, no mínimo, as condições de trabalho, conforme estabelecido na norma a fim de avaliar a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores. A importância da Norma Regulamentadora é incontestável, uma vez que é responsável por diminuir ao máximo o risco ergonômico que muitos trabalhadores estão expostos, como doenças decorrentes do labor diário: trabalhos realizados em pé durante o período integral da jornada, LER/DORT (Lesão por Esforços Repetitivos/ Distúrbios Osteomusculares Relacionados ao Trabalho) provocada por movimentos repetitivos ou por posturas inadequadas, levantamentos de cargas; Monotonia, dentre outros. Desta forma a NR-17 visa sempre proporcionar o máximo de conforto, segurança e desempenho eficiente ao trabalhador. A NR-17 tem a seguinte estrutura: a) Levantamento, transporte e descarga individual de materiais; b) Mobiliário dos postos de trabalho; c) Equipamentos dos postos de trabalho; d) Condições ambientais de trabalho; e) Organização do trabalho. Também se verifica a presença de 2 (dois) anexos acerca das condições ergonômicas: no Trabalho dos Operadores de Check outs (Anexo I) e no Trabalho em Teleatendimento/Telemarketing (Anexo II). Conforme pode-se compreender pela NR-17, a aplicação da ergonomia no ambiente de trabalho pode ser estabelecida nas seguintes etapas: 1)Concepção do Programa de Ergonomia (Fase embasada no levantamento dos riscos ergonômicos e na concepção do programa de ergonomia), 2)Conscientização dos Funcionários (Fase de treinamentos e palestras com o fim de conscientizar os funcionários acerca dos riscos ergonômicos e sua prevenção), 3)Correção do Programa de Ergonomia (Fase de correção e no aperfeiçoamento do programa de ergonomia aplicado no ambiente de trabalho). 51 3 METODOLOGIA Neste capítulo apresenta-se a metodologia planejada a ser empregada no trabalho, seguindo o fluxograma apresentado na Figura 36, sendo abordado os temas
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