MATERIAIS E MÉTODOS

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3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Métodos 
 Para a realização deste trabalho de pesquisa utilizou-se os métodos qualitativo, descritivo e exploratório, com aplicações práticas e com o objetivo de solucionar o problema de pesquisa identificado, qualificando e comprovando as hipóteses levantadas anteriormente.
3.1.1 Procedimentos
 Para esse trabalho foi estudada a composição do tijolo solo cimento bem como os vários tipos de prensas encontradas no mercado, desde as prensas manuais até as poderosas prensas hidráulicas industriais. Buscou-se um equipamento que fosse um meio termo entre as pequenas prensas manuais e as grandes unidades industriais. Se por um lado as prensas manuais tem a vantagem do baixíssimo custo de aquisição e manutenção praticamente nula, apresentam baixa produtividade e , devido a baixa pressão de conformação do tijolo, requerem uma mistura mais rica em cimento, tornando seu produto final menos econômico. Já as grandes prensas hidráulicas industriais apresentam alta produtividade e, devido as altas pressões de conformação, podem utilizar uma mistura mais pobre em cimento. Em contrapartida apresentam o óbvio inconveniente do elevado custo de aquisição e manutenção, além de não contar com a flexibilidade de poder ser transportada e instalada no próprio canteiro de obras. 
 Ao final dessas análises optou-se por um equipamento que, embora de pequeno porte e custo acessível, contasse com uma unidade hidráulica capaz de fornecer uma pressão de conformação da ordem de 6 Mpa, pressão essa que é compatível com as grandes máquinas industriais, muito maiores e muito mais caras. Outro diferencial é o fato do equipamento contar com um homogeneizador para a mistura já acoplado em sua estrutura, vantagem que apenas máquinas muito maiores possui. 
 O equipamento foi desenhado (desenho 01) de forma a ser o mais compacto possível, tornando seu eventual transporte e instalação no canteiro de obras uma operação fácil e rápida pois a maquina completa possui dimensões e peso similares a uma betoneira comum de 500 litros. Podendo, portanto, ser transportado em qualquer utilitário leve e carregada e descarregada por quatro pessoas.
Desenho 01
 Para o desenvolvimento do projeto, foi selecionada uma mistura padrão de solo peneirado duas vezes, na primeira por uma peneira de malha... que separa os detritos maiores e torrões e na segunda por uma peneira de malha de abertura 2,4 mm. Após o solo ser misturado a cimento Portland na proporção de dez partes de solo para 1 parte de cimento. A humidade deve ser determinada empiricamente. Após isso a mistura está pronta para ser homogeneizada e conformada.
3.2.1 Levantamento das forças para homogeneização da mistura
 A homogeneização da mistura é realizada em uma cuba cilíndrica. A cuba conta com uma capacidade total de 78,5 litros, sendo que durante a operação, apenas metade desse volume será preenchido pela mistura. 
 Para o correto funcionamento do homogeneizador foi necessário calcular a densidade da mistura solo-cimento. A massa especifica mede o grau de concentração de massa em determinado volume, portanto a densidade de qualquer produto é a razão entra sua massa e seu volume que é dado pela equação 1:
Equação 1
 Para determinar o peso e o volume da mistura foi utilizado um recipiente cilíndrico com altura de 0,05 m e diâmetro de 0,20 m que veio a fornecer segundo a equação 2 o volume de 0,0339 m³ de mistura.
Equação 2:
 O peso da mistura, que foi determinada em balança eletrônica com precisão em gramas, foi de 2,153 kg.
Ao utilizarmos a equação 1 obtemos a massa especifica da mistura que é de 1.371,34 kg/ m³.
 Levando em consideração que, por questões de segurança, o homogeneizador será preenchido apenas até a metade de sua capacidade total pela referida mistura, podemos concluir pela mesma equação 01 que ele acomodará uma massa de 53,85 kg. 
3.2.2 Levantamento das forças para movimentação da caixa de alimentação
 Após a homogeneização a mistura deve alimentar o molde do tijolo para que o mesmo possa ser prensado, para isso o misturador foi montado sobre uma subestrutura localizada logo acima da caixa alimentadora. A caixa alimentadora por sua vez pode se deslocar horizontalmente por 350 mm, o deslocamento ocorre sobre trilhos que foram montados na estrutura principal e por meio de barras de tecnil localizados na caixa alimentadora.
 No fundo da cuba do misturador localiza-se a abertura responsável por prover o alimentador de mistura. Essa abertura é acionada manualmente quando se encontra em posição de abastecer a caixa alimentadora. A caixa alimentadora é movida por um cilindro hidráulico de duplo efeito.
3.2.3 Levantamento das forças para conformação do tijolo
 Para que se consiga uma força de prensagem de 6 Mpa, que é análoga à força das maquinas industriais, foi utilizado um cilindro hidráulico de duplo efeito.
 Tanto o cilindro que move o misturador quanto o cilindro de conformação do tijolo são acionados por uma unidade hidráulica que é composta por um motor elétrico de 3cv, uma bomba tipo submersa com acionamento por paleta com vazão de 60 litros/minuto, um tanque de óleo com capacidade para 50 litros de óleo hidráulico e comando com 3 válvulas direcionais de acionamento, válvulas essas que são do tipo 4/3 vias com posição central bloqueada e capacidade máxima de pressão de 350 atm.
 Todos esses equipamentos estão instalados em uma estrutura principal confeccionada em cantoneiras de aço astm a-36 de 76,2 mm por 6,35 mm.
4 Materiais
A figura 01 representa a prensa com todos os seus subcomponentes, sendo eles:
Homogeneizador de mistura
Caixa alimentadora
Molde
Unidade hidráulica
Pistão hidráulico para movimentação da caixa alimentadora
Pistão hidráulico para prensagem do tijolo 
Estrutura 
 Figura 01
4.1 Homogeneizador de mistura (desenho 02).
Desenho 02
 Trata-se de uma cuba cilíndrica com 0,5 m de diâmetro externo por 0,4 m de altura, construída em chapas de aço carbono astm a-36 com espessura de parede de 3,18 mm. Suas paredes foram conformadas por calandramento e teve suas partes unidas por solda mig.
 Em sua borda superior, preso por quatro parafusos M6, encontram-se duas seções de cantoneiras de aço carbono astm a-36 com 25,4mm de aba por 12,7 mm de espessura que servem de berço para o moto redutor usado para mover o eixo do agitador.
 A mistura é homogeneizada por meio de um agitador tripá, representado no desenho 03, excêntrico ligado a um redutor com fator de redução de 1:39 que por sua vez é movido por um motor elétrico de 0,5 cv e que gira a máximos 1.700 rpm. Portanto pela equação ...é possível notar que a rotação transmitida ao eixo do batedor é de 43,6 rpm.
Desenho 03
 A finalidade do homogeneizador é fazer com que os componentes da mistura, sendo eles: o solo, a água e o cimento Portland, sejam aglutinados de maneira uniforme, fazendo com que a humidade se distribua por igual pela mistura e evite a formação de pequenos torrões que possam se transformar em pontos fracos e consequentes pontos de propagação de trincas pelo tijolo. O fundo da cuba, que é feito de chapa plana de espessura idêntica a parede, conta com uma abertura retangular de medidas 370 mm de comprimento por 175 mm de largura. Sua finalidade, quando na posição aberta, é deixar que a mistura homogeneizada flua por gravidade e abasteça a caixa alimentadora.
 O conjunto completo do homogeneizador é apresentado no desenho 04.
Desenho 04
4.2 Caixa alimentadora
 A caixa alimentadora (desenho 05) é confeccionada em aço carbono astm a-36 com espessura de parede de 3,18mm e unida por solda mig. Sua função é receber a mistura já pronta do homogeneizador e transferi-la por gravidade para o molde. 
Desenho 05
 A parte superior da caixa alimentadora está alinhada ao alçapão corrediço localizado no fundo da cubahomogeneizadora e que é aberto quando se deseja abastecer a caixa com a mistura purgada do homogeneizador, esse alçapão permanece aberto até que se esgote todo material da cuba. Antes de se iniciar a homogeneização de uma nova mistura, esse alçapão deve ser fechado, para ser reaberto somente ao se iniciar um novo ciclo de prensagem. Essa operação de abertura e fechamento do alçapão é totalmente manual.
 A caixa alimentadora possui dimensões de 330 mm de comprimento por 150 mm de largura por 175 mm de altura e capacidade para 8 litros de mistura, essa é a medida exata necessária para que, depois de submetida a compressão, o tijolo resultante fique com as medidas exigidas pela norma ABNT.
 A caixa alimentadora é assentada sobre trilhos feitos de chapas de aço 12,7 mm para que possa se mover no sentido horizontal em um percurso de 350 mm. 
 Esse movimento é proporcionado por um cilindro hidráulico que será posteriormente descrito e tem por objetivo, em um dos extremos carregar a caixa com mistura oriunda do homogeneizador e no outro extremo descarregar essa mistura no molde.
Figura 03
4.3 Molde
 As matrizes (superior e inferior) são confeccionadas em alumínio nas medidas e formas padrões exigidos pela ABNT e foram adquiridos prontos (desenhos 06 e 07 respectivamente). 
Desenho 06
Desenho 07
 As duas matrizes em conjunto com a caixa de moldagem formam o molde completo do tijolo (desenho 08). A caixa de moldagem possui dimensões internas de 250 mm de comprimento por 125 mm de largura por 150 mm de altura e foi confeccionada em aço carbono astm-36 com 9,5 mm de espessura de chapa tendo suas junções unidas por solda mig.
 Tanto a matriz superior quanto a matriz inferior foram fixadas em dois suportes retangulares de chapa de aço carbono de 12,7 mm de espessura e do mesmo comprimento e largura das matrizes. 
 As matrizes foram fixadas à esses suportes por meio de parafusos tipo allen 3/8 escareados, sendo seis parafusos para cada matriz. 
 No caso do conjunto matriz/suporte superior, eles estão fixados diretamente na haste do cilindro hidráulico responsável pela prensagem do tijolo. Já o conjunto matriz/suporte inferior é fixado em uma subestrutura que, ao final da prensagem, é elevada pelo movimento de recuo do mesmo cilindro usado na conformação. Esse movimento é o responsável por trazer à luz o tijolo recém conformado, libertando-o da caixa de moldagem. 
 Todo conjunto do molde é apresentado no desenho 09.
Desenho 09
4.4 Unidade Hidráulica
 A unidade hidráulica (foto)usada no equipamento conta com um motor elétrico trifásico com potência de 3cv que é incumbido de acionar uma bomba do tipo submersa com acionamento por paletas, com rendimento de 0,93 e vazão de 60 litros/minuto. A bomba encontra-se submersa em um reservatório de óleo hidráulico que possui forma retangular nas medidas .., possui ainda capacidade para 50 litros de óleo hidráulico e foi confeccionado em aço carbono astm-36 com paredes com ........de espessura e partes unidas por solda mig. As juntas entre o motor e o reservatório são ....por papelão hidráulico tipo....Possui filtro de óleo...x...x.... Por sua vez a bomba é assistida por três válvulas direcionais de acionamento, válvulas essas que são do tipo 3/2 vias com posição central bloqueada e acionamento elétrico e capacidade máxima de pressão de 350 atm. Essas válvulas são responsáveis por direcionar o fluxo pressurizado para os cilindros de prensagem e movimentação através de mangueiras de 0,5 in com capacidade máxima de pressão fixada em 27,5 Mpa.
 Esquematicamente, este circuito é mostrado na figura a seguir. Nos esquema da figura, foi também colocado um filtro de sucção.
Esquema Hidráulico 
Foto
Cálculos da Bomba:
O volume de absorção da bomba ou cilindrada de bomba, corresponde ao volume de óleo hidráulico deslocado a cada revolução e foi calculado em 35,84 cm³/rotação pela equação 03.
Equação 03
A bomba hidráulica é usada para conduzir o fluido, por sua vez a pressão é determinada pela resistência da marca acoplada ao motor hidráulico. Esta carga corresponde ao momento de torção exigido no eixo que é dado pela equação 04 onde o resultado final é de 92,78 N x m.
Equação 04
A potência absorvida, (BHP) de uma bomba é a energia que ela consome para transportar o fluído na vazão desejada, altura estabelecida, com o rendimento esperado. O BHP (Brake Horse Power) é dada pela equação 05 e resulta no valor de 17,49 KW.
Equação 05
 Todo conjunto da unidade hidráulica é apresentada na figura 05.
(todas as informações referentes a unidade)
Figura 05
4.5 Pistão hidráulico para movimentação da caixa alimentadora
 Como dito anteriormente, a caixa alimentadora é movida por um cilindro hidráulico de duplo efeito representado no desenho 10 e na foto.
Desenho 10
Foto
 O referido cilindro (figura 06) possui curso do pistão de 350 mm, velocidade de avanço de 0,175 metros/segundo, velocidade de retorno de 0,116 metros/segundo, diâmetro externo do cilindro de 50,8 mm e diâmetro interno de 38,1 mm, haste de diâmetro de 22,2 mm.
Figura 06
4.5.1 A força de avanço do pistão ou força efetiva (Fa) é a força que o atuador hidráulico deve desenvolver a fim de realizar o trabalho para que foi projetado. É calculada de acordo com a equação 06 e é da ordem de 20.350,6 N.
Equação 06
4.5.2 A pressão de trabalho do pistão é dada pela pressão nominal menos uma perda de carga estimada. É calculada de acordo com a equação 07 e resulta no valor de 178,5 bar.
Equação 07
4.5.3 O diâmetro da haste do cilindro é calculada de acordo com a equação 08 e deve ser igual ou maior que 12,1 mm para que não ocorra deformação por flambagem. A fim de se evitar esse tipo de  instabilidade elástica deve-se adotar a medida comercial igual ou imediatamente superior à calculada.
Equação 08
4.5.4 A velocidade de avanço da haste é a velocidade com que ela é capaz de executar o serviço para a qual foi dimensionada e é calculada de acordo com a equação 9, resultando no valor de 0,175 m/s.
Equação 9
4.5.6 A velocidade de retorno da haste é a velocidade com a qual a haste retorna ao seu ponto inicial, podendo ou não realizar algum trabalho durante o recolhimento, é calculada de acordo com a equação 10 e resulta no valor de 0,116 m/s.
Equação 10
4.5.7 A vazão de avanço do cilindro é a vazão que deve ser fornecida pela bomba para que a haste do cilindro possa percorrer o curso em tempo ou velocidade necessária . O calculo da vazão de avanço é realizado de acordo com a equação 11 e é da ordem de 2 x 10-4 m³/s.
Equação 11
4.5.8 A vazão de retorno do cilindro é a vazão que deve ser fornecida pela bomba para que a haste do cilindro possa se recolher no tempo ou velocidade necessária pelo percurso definido. Deve ser calculada de acordo com a equação 12 e é da ordem de 1,96 x 10-4 m³/s.
Equação 12
4.5.9 O valor de é necessário para se chegar à vazão induzida de avanço e de retorno do cilindro e é calculada de acordo com a equação 13 resultando no valor de 1,11.
Equação 13
4.5.10 A vazão induzida de avanço do cilindro é a vazão produzida pela compressão do óleo no lado oposto a vazão fornecida pela bomba. Nesse caso a vazão induzida de avanço é de 9 x 10-4 m³/s calculada de acordo com a equação 14.
Equação 14
4.5.11 A vazão induzida de retorno do cilindro é vazão produzida pela compressão do óleo no lado oposto ao avanço da haste devido a vazão fornecida pela bomba durante o recolhimento da haste. No presente caso a vazão induzida de retorno foi calculada em 1,11 x 10-3 m³/s de acordo com a equação 15.
Equação 15
4.5.12 A pressão induzida de avanço do pistão é a pressão produzida pela compressão do óleo no lado oposto a pressão fornecida pela bomba devido a força de avanço. No presente caso a pressão foi calculada em 166,5 bar, de acordo com a equação 16.
Equação 16
4.5.13 A pressãoinduzida de retorno do pistão é a pressão produzida pela compressão do óleo no lado oposto ao avanço da haste devido a força de retorno. Nesse caso a pressão apurada foi de 135,14 bar sendo calculada de acordo com a equação 17.
Equação 17
Figura
4.6 Pistão hidráulico para prensagem do tijolo
 O tijolo é prensado por um cilindro hidráulico de duplo efeito representado no desenho 11 e na foto 12. O referido cilindro possui curso do pistão de 300 mm, velocidade de acionamento de 0,12 metros/segundo, velocidade de retorno 0,08 metros/segundo, diâmetro externo do cilindro de 76,5 mm e diâmetro interno de 62,03 mm, haste de diâmetro de 38,1 mm, pressão de conformação 178,5 bar, força de 5.500 kgf e coeficiente de segurança 3,5.
Desenho 11
Foto 12
4.6.1 A pressão de trabalho do pistão é de 178,5 bar e é calculada de acordo com a equação 07.
4.6.2 O diâmetro mínimo da haste para que não ocorra flambagem é de 14,3mm e é calculada de acordo com a equação 08.
4.6.7 A velocidade de avanço da haste é de 0,12 m/s e é calculada de acordo com a equação 09.
4.6.8 A velocidade de retorno da haste é de 0,08 m/s, calculada de acordo com a equação 10.
4.6.9 A vazão de avanço do cilindro é calculada de acordo com a equação 11 e é da ordem de 3,62 x 10-4 m³/s.
4.6.10 A vazão de retorno do cilindro é de 2,45 x10-4 m³/s, calculada de acordo com a equação 12.
4.6.11 O valor de , necessário para o calculo da vazão induzida de avanço e de retorno, é calculado de acordo com a equação 13 e seu valor é 1,05.
4.6.12 A vazão induzida de avanço do cilindro é 9,52 x 10-4 m³/s, calculada de acordo com a equação 14.
4.6.13 A vazão induzida de retorno do cilindro é 1,05 x 10-3 m³/s, calculada de acordo com a equação 15.
4.6.13 A pressão induzida de avanço do pistão é 157,5 bar, calculada de acordo com a equação 16.
4.6.14 A pressão induzida de retorno do pistão é 142,8 bar, calculada de acordo com a equação 17.
7 Estrutura
Operação do equipamento
EPI’s para a operação do equipamento
O equipamento deve ser operado fazendo-se uso de EPI’s. Com base na norma NR-6, os seguintes EPI’s devem ser utilizados:
Luva de raspa: durante a operação de retirada do tijolo, para evitar contato da pele com a mistura solo cimento que é irritativa.
Calçado de couro: para evitar escorregões e proteger contra choques físicos e elétricos que possam eventualmente ocorrer;
Óculos de proteção: para proteger os olhos do operador contra a projeção de eventuais partículas de mistura que podem ocorrer durante o processo.
Protetor auricular: apesar de o equipamento apresentar nível de ruído abaixo de 75 dB, considerado aceitável pelos critérios da NR-6, recomenda-se seu uso durante a operação do equipamento.