Projeto Grua Final

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FACULDADE
CATÓLICA SALESIANA DO ESPÍRITO SANTO
ENGENHARIA CIVIL
CHRISTIAN DE SOUZA COSTA
DAYANA MUNIZ COCO GERHARDT
LAURIANO LUIS DE OLIVEIRA
PATRICIA SIQUEIRA DA SILVA
RELATÓRIO FINAL DO PROJETO INTEGRADOR – CONSTRUÇÃO DE
GRUA COM PALITOS DE MADEIRA
VITÓRIA
2014
CHRISTIAN DE SOUZA COSTA
DAYANA MUNIZ COCO GERHARDT
LAURIANO LUIS DE OLIVEIRA
PATRICIA SIQUEIRA DA SILVA
RELATÓRIO FINAL DO PROJETO INTEGRADOR – CONSTRUÇÃO DE
GRUA COM PALITOS DE MADEIRA
Trabalho para avaliação de semestre apresentado
às disciplinas de Física I, Desenho Técnico,
Álgebra Linear e Geometria Analítica e
Metodologia da pesquisa, no curso de
Engenharia Civil da Faculdade Católica
Salesiana do Espírito Santo.
Orientadores: Flávio Lucio Santos, Bruna Dias
de Carvalho, Mirian Miyamoto, Tales Costa de
Freitas e Marcus Andrade Covre.
VITÓRIA
2014
RESUMO
O presente trabalho teve como objetivo projetar e construir uma grua
(equipamento
utilizado para elevação e movimentação de cargas pesadas) estruturada com
palitos de
madeira, detalhando os princípios físicos que envolvem a construção desse
equipamento. Através de pesquisa eletrônica foi obtido o embasamento teórico e
ideias
práticas para montagem de toda a estrutura. Sistema de alavancagem e contra
peso e
esquemas de roldanas móveis e fixas foram o embasamento de maior importância,
pois
os cálculos obtidos nestas teorias possibilitaram o planejamento e execução da
estrutura
de forma a suportar a carga e garantir o bom funcionamento do equipamento.
Conforme
testes realizados, o objetivo principal do projeto, o içamento de um objeto de
peso
mínimo 5kg, foi alçando em nível satisfatório.
Palavras-chave: Grua. Palito de Madeira. Sistema de Roldanas. Contra Peso.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Esquema cálculo Alavanca
............................................................................................
7
Figura 2 Esquema poliaexponencial
............................................................................................
8
Figura 3: Vista frontal Grua – Projeto Final (executado)
............................................................ 10
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO
........................................................................................................................
5
2
REFERENCIAL TEÓRICO
..........................................................................................................
6
2.1
GRUA
.............................................................................................................................
6
2.2
VANTAGEM MECÂNICA
.................................................................................................
6
2.2.1
Equilibrio de um corpo ..........................................................................................
6
2.2.2
Torque
...................................................................................................................
7
2.2.3
Alavanca e Contra Peso .........................................................................................
7
2.2.3.1
2.2.4
2.2.4.1
Cálculo Aplicado à Grua.
...................................................................................
8
Polias ou Roldanas.................................................................................................
8
Polia
Exponencial...............................................................................................
8
3
METODOLOGIA......................................................................................................................
9
4
RESULDADO E DISCUSSÃO
..................................................................................................
10
5
CONCLUSÃO........................................................................................................................
11
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
...........................................................................................
12
7
ANEXOS
...............................................................................................................................
13
7.1
ANEXO A
......................................................................................................................
13
7.2
ANEXO B ......................................................................................................................
13
7.3
ANEXO C
......................................................................................................................
13
7.4
ANEXO D ......................................................................................................................
13
7.5
ANEXO E
......................................................................................................................
13
5
1
INTRODUÇÃO
O objetivo do presente trabalho e projetar e construir uma grua estruturada com
palitos
de madeira, detalhando os princípios físicos que envolvem a construção desse
equipamento, seguindo os seguintes critérios de construção: dimensões 80 cm de
altura
e 80 cm de braço; Base fixa; carga inicial 5 kg; propulsão mecânica manual.
Este
projeto será realizado por alunos do curso Engenharia Civil 2º período e
supervisionado
pelas disciplinas de Física I, Desenho Técnico, Álgebra Linear e Geometria
Analítica e
Metodologia da pesquisa, sendo submetido um teste de desempenho.
6
2
2.1
REFERENCIAL TEÓRICO
GRUA
Grua (também chamado Guindaste) é um equipamento utilizando para elevação e
movimentação de cargas pesadas, com
base nos princípios da Física criando
vantagem mecânica. O Guindaste foi criado pelos gregos e era movido por força
humana ou por animais de carga. Noprincipio os Guindastes eram feitos de
madeira,
somente após a Revolução Industrial passaram ser confeccionados de ferro
fundido e
aço. Atualmente a Grua (Guindaste Universal de Torre) é um dos mais variados
tipos de
guindastes, constituído por uma torre em estrutura metálica que pode variar de
10 m a
150m de altura ou mais, um braço equipado com cabos de aço e roldanas que tem
capacidade de movimentar a carga na vertical e na horizontal, além de motores
elétricos
e sistemas de controle. A grua é muito utilizada pela indústria da construção
civil e
portos. Varias normas vem regulamentar o manuseio e utilização desse tipo de
equipamento. Dentre elas podemos citar as normas da Associação Brasileira de
Normas
Técnicas NBR 4309:2009 regulamenta o manuseio, conservação, instalação,
inspeção e
descarte de cabos de aço; e NBR 13129:1994 regulamenta como calcular a força do
vento em guindastes e estabelece limites para a operação do equipamento.
2.2
VANTAGEM MECÂNICA
Vantagem mecânica é a razão entre a força exercida por um mecanismo e a força
aplicada sobre o mesmo. Entre as vantagens mecânicas utilizadas na construção
de uma
Grua, cita-se:
2.2.1 Equilibrio de um corpo
O equilíbrio de um corpo se dá quando o somatório das forças resultantes que
atuam
sobre ele for nula (igual à zero) – conforme 1ª lei de Newton: “Todo objeto
permanece
em seu estado de repouso ou de rapidez uniforme em uma linha reta a menos que
uma
força resultante não nula seja exercida sobre ele”. Portanto, um objeto ou
sistema em
equilíbrio pode está em repouso ou em movimento. ∑F=0
7
2.2.2 Torque
Torque (T) (momento de alavanca) é a medida de quanto uma força (F) que age em
um
objeto faz com que o mesmo gire em torno de um eixo (ponto de rotação).Torque
está
diretamente relacionada à intensidade da força que o está gerando, somado a
direção
desta força em relação ao ponto central. Adistância do ponto de rotação ao
ponto onde
atua a força (F) é denominada braço de alavanca (D). Na Grua, o equilíbrio
desta força
permite um movimento suave e preciso, evitando rotação e movimento brusco na
carga.
T=FxD
Aplicação no projeto:
T= F x D
T= 53,40 x 0,44
T= 23.50 N.m
2.2.3 Alavanca e Contra Peso
Alavanca, na Física é um objeto rígido que é utilizado com um ponto fixo
(fulcro) para
melhorar a força mecânica a ser aplicada a outro objeto (resistência) a ser
içado. Todas
as alavancas seguem o mesmo princípio: com uma força P aplicada no braço maior
(b) é
possível equilibrar uma força maior, R, que esteja na ponta do braço menor (a),
já que o
produto P x b é igual ao produto R x a (veja esquema). No equipamento esse
conhecimento permite que seja calculado o peso a ser içado e o contra peso a
ser
utilizado, evitando sobrecarga e possíveis acidentes.
Figura 1: Esquema cálculo Alavanca
Fonte:
http://brincandocomafisicaequimica.blogspot.com.br/2011/11/alavanca-de-arquimedes.html
8
2.2.3.1 Cálculo Aplicado à Grua.
Pxb=Rxa
Onde:
P= Peso a ser inçado pela grua
b= distância do peso a ser inçado ao ponto de apoio
R=Peso do contrapeso
a= distância do contrapeso ao ponto de apoio
Obs.: Cálculo do contrapeso para inçar um objeto de 5.340 kg.
5.340 x 0.44 m = 0.34m x R
R= 2.35/0.34
R= 6.912 kg
2.2.4 Polias ou Roldanas
As polias ou Roldanas servem para mudar a direção e o sentido da força com que
puxamos um objeto (força de tração), dependendo da maneira como elas são
interligadas. Existem os tipos de polia móvel, polia fixa e polia exponencial,
para tal
projeto será utilizado a polia exponencial.
2.2.4.1 Polia Exponencial
Uma polia fixa e varias polias móveis, também utilizadas para reduzir a força
para
levantar um objeto muito pesado. A força (F) exercida para puxar o objeto (P –
peso)
corresponde a 2n do peso do objeto, sendo n o numero de polias móveis.
Pararealização
do projeto serão utilizadas 2 polias móveis e 2 fixas.
F = Peso
2n
F = Peso =
2²
5 kg =
2²
F= 5 kg = 1.25 N
4
Figura 2 Esquema polia exponencial
Fonte: http://www.fisicaevestibular.com.br/Dinamica7.htm
9
3
METODOLOGIA
Os conteúdos teóricos foram colidos em pesquisa eletrônica (Internet).
Identificando os
princípios físicos e suas fórmulas, base dos cálculos necessários para o
desenvolvimento
do projeto, além do modelo básico estrutural do equipamento. A torre da grua
foi
composta por 5 cubos feitos com palitos de madeira, unidos e totalizando altura
de 77,7
cm. O braço da grua é contínuo, com 33,85 cm da extremidade do contra peso ao
eixo
central da torre e 43,85 cm do eixo central a extremidade do içamento do peso
submetido, calculando conforme formula: P x b = R x a (Alavanca e Contra Peso)
com
peso de içamento 5.340 Kg e contra peso 6.440 Kg. O contra peso ficou 0,472g a
menor
do que foi calculado (P x b = R x a – calculo de Alavanca e Contra Peso). A propulsão
manual foi estabelecida por um carretel confeccionado com espetos e palitos de
madeira. O sistema de roldanas móveis foi instalá-lo na extremidade do
içamento,
baseado na formula F = Peso/2n sendo n o numero de roldanas moveis. No sistema
de
roldanas e suporte do braço foi utilizado barbante, sendo necessário utilizar 4
fios de
barbante unidos e trançados formando uma única corda, suportando adequadamente
o
peso proposto. Em toda Grua foi utilizado cola instantânea e verniz para
finalizar. As
atividades foram realizadas conforme estipulado no regulamente do Projeto
Integrador
(ANEXO A) e demonstrado no Cronograma de Atividades (ANEXO B). A figura 4
ilustra o projeto final com as descrições acima.
10
Figura 3: Vista frontal Grua – Projeto Final (executado)
4
RESULDADO E DISCUSSÃO
Os testes foram realizados com peso de içamento 5.340 Kg e contrapeso 6.440 Kg,
semqualquer prejuízo a estrutura, no que se refere a equilíbrio, estabilidade e
resistência.
Durante o içamento o peso se manteve estável. Após vários testes de
funcionamento foi
observada a necessidade de instalação de mão-francesa também confeccionada com
palitos de madeira na base da torre, para maior estabilidade. O sistema de
roldanas
funcionou corretamente, facilmente observado redução do peso nos espetos que
suportam as roldanas fixas e no carretel onde a propulsão é totalmente manual.
O
barbante reforçado utilizado no sistema de roldanas e no suporte do braço
também
demonstrou resistência satisfatória, e facilitou o manuseio, diferentemente do
cabo de
aço que a principio estava inserido no pré-projeto. De modo geral o
funcionamento da
Grua foi conforme projetado.
11
5
CONCLUSÃO
O equipamento Grua otimiza os trabalhos ao qual está sendo empregado,
proporcionando muita agilidade é segurança. A tecnologia cada vez mais vem
aperfeiçoar essa otimização. Mas esse bom desempenho depende muito do
conhecimento dos princípios básicos e um adequado manuseio do equipamento,
desde a
instalação até a utilização (içar), respeitando as normas de segurança e
conservação.
12
6
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ï‚· http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Torque
ï‚·
http://brincandocomafisicaequimica.blogspot.com.br/2011/11/alavanca-dearquimedes.html
ï‚· http://www.sorocaba.unesp.br/Home/Extensao/Engenhocas/bazinga.pdf
ï‚· http://www.infoescola.com/mecanica/polias-roldanas
ï‚· ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 13129:1994.
Calculo da carga do vento em guindastes. Rio de Janeiro: ABNT, 1994.
ï‚· ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TECNICAS. NBR 4309:2009
Equipamentos de movimentação de carga - Cabos de aço - Cuidados,
manutenção, instalação, inspeção e descarte. Rio de Janeiro: ABNT, 2009.
13
7
ANEXOS
7.1
ANEXO A
7.2
ANEXO B
7.3
ANEXO C
7.4
ANEXO D
7.5
ANEXO E