APS GUINDASTE HIDRAULI ELETROIMA

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TRABALHO DE ATIVIDADE PRÁTICA 
SUPERVISIONADA – APS 
 
 
GUINDASTE HIDRÁULICO COM ELETROIMÃ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Araraquara, 2016 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO 3 
2. OBJETIVO 4 
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 4 
 3.1. Sistema hidráulico 4 
 3.2. Pressão Hidráulica (Princípio de Pascal) 4 
 3.3. Eletroímã 5 
4. MATERIAIS 6 
5. CÁLCULOS 6 
 5.1. Fórmula da pressão 7 
 5.2. Fórmula da área de um cilindro 7 
 5.3. Cálculo da pressão no projeto 7 
6. PROJETO 8 
 6.1. Esquema hidráulico 8 
 6.2. Esquema elétrico (eletroímã) 8 
 6.3. Desenho técnico do guindaste 9 
7. CONSTRUÇÃO 10 
 7.1. Pista de prova e estrutura 10 
 7.2. Hidráulica e eletroímã 12 
8. PLANILHA DE CUSTOS 15 
9. CONCLUSÕES 16 
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 17 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
 O primeiro guindaste conhecido foi construído pelos gregos ou romanos em 
meados do século 6 a.C., com o propósito de mover cargas pesadas, as quais a 
força humana não era suficiente. 
 A maior parte do conhecimento dos guindastes antigos vem de registros do 
arquiteto romano Vitrúvio (século I A.C.) e de Héron de Alexandria (século I D.C.). O 
mecanismo mais simples era composto apenas de uma estaca fincada no chão que 
era erguida e sustentada por um par de cabos amarrados em sua extremidade 
superior. No topo era presa uma roldana por onde corria a corda utilizada para 
suspender os materiais. Apesar de ser uma ferramenta útil, ainda havia sérias 
limitações, como desequilíbrio devido a certos ângulos de giro e também a força 
humana ainda ser insubstituível para o funcionamento do equipamento. 
 Atualmente, grande parte dos guindastes não depende mais da força humana 
para o içamento de cargas, graças a William George Armstrong, que em 1846 foi 
responsável pelo uso do poder hidráulico para operação de diversas máquinas. Seu 
primeiro guindaste foi bem sucedido, ele usou água como fonte de energia para um 
motor hidráulico giratório, depois, também movido à água, inventou o motor a pistão. 
A única dificuldade era que a água tinha que ser fornecida por dutos e caixas de 
água elevadas, porém Armstrong inventou o acumulador hidráulico, um dispositivo 
que usava um êmbolo dentro de um grande cilindro, para gerar a pressão 
necessária. 
 Outro ponto fundamental deste equipamento são os métodos usados para 
fixação dos objetos a serem transportados. Além do conhecido gancho, existe 
também o eletroímã, dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo 
magnético, sendo assim muito eficaz para içar peças construídas com ferro, aço, 
níquel, cobalto ou qualquer material ferromagnético. 
 Com o avanço da tecnologia, os guindastes têm sido melhorados e adaptados 
de acordo com as necessidades de cada projeto, assim continua sendo um 
equipamento de suma importância para muitas áreas da engenharia. 
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2. OBJETIVOS 
 Estudar os princípios básicos de funcionamento de um guindaste hidráulico, e 
assim, projetar e construir um protótipo utilizando seringas com fluido para realizar 
os movimentos horizontais, verticais e circulares que alcancem posições 
determinadas, e um eletroímã para içar e transportar uma massa padrão. 
 
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
 3.1. Sistema hidráulico 
 O sistema hidráulico consiste basicamente em gerar movimento ou força 
através da pressurização de um fluído incompressível, resultando no que chamamos 
de força mecânica. Todo o sistema composto recebe o nome de circuito e são 
dispostos da seguinte maneira: uma bomba é utilizada para fazer a compressão do 
fluído que será transportado através de tubulações, chegando a um cilindro onde o 
fluído será bombeado para movimentar um pistão, exercendo sua força resultante. O 
sistema hidráulico pode ser atuado em eixos para gerar energia em motores ou 
transportadores. 
O circuito hidráulico possui um processo de instalação eficiente, atuando em 
locais que exigem trabalho mais bruto e, além disso, suportam cargas extremamente 
pesadas. Um sistema versátil e que facilita a vida do homem moderno em diversas 
situações. Este fato do sistema hidráulico ser capaz de multiplicar ou dividir forças 
transmitidas de um ponto a outro, é explicado pela lei de Pascal. 
 
 3.2. Pressão Hidráulica (Princípio de Pascal) 
Muitos líquidos podem ser considerados incompressíveis, logo apresentam 
forças reativas às forças de compressão através de variações imperceptíveis no 
espaçamento entre suas moléculas. A força de compressão a que nos referimos 
relaciona-se à pressão sofrida pelo líquido que é dada pela fórmula geral p=∆F/∆A, 
onde pé a pressão, ∆F é a variação da força aplicada no sistema e ∆A é a superfície 
de interesse. Em 1652, o físico e matemático francês Blaise Pascal (1623-1662) 
propôs que: “A pressão aplicada a um fluido enclausurado é transmitida sem 
atenuação a cada parte do fluido e para as paredes do reservatório que o contém.”. 
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Uma aplicação para este princípio são as prensas hidráulicas, que permitem 
multiplicar as forças em um sistema, utilizando êmbolos de diferentes seções de 
área movidos por líquidos compressíveis, conforme ilustrado na figura 1. Podemos 
ver esse princípio físico nos elevadores de postos de gasolina e de oficinas 
mecânicas, para troca de óleo, e em acionadores de caminhões basculantes e 
prensas industriais de diversas aplicações. 
 
Figura 1: Aplicação do teorema de Pascal. 
 
Fonte: http://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/principio-de-pascal-teoria-e-aplicacoes.htm 
 
 3.3. Eletroímã 
 O eletroímã é um dispositivo formado por um núcleo de ferro envolto por um 
solenoide (bobina). Quando uma corrente elétrica passa pelas espiras da bobina, 
cria-se um campo magnético, o qual faz com que os imãs elementares do núcleo de 
ferro se orientem, ficando assim imantado e, consequentemente, com a propriedade 
de atrair outros materiais ferromagnéticos. 
 Observe na figura 2, que no eletroímã as linhas de campo entram em uma 
extremidade e saem na outra, já no imã, elas entram em um polo (polo sul) e saem 
no outro (polo norte) de maneira praticamente igual. Foi por esse motivo, de 
apresentar comportamento semelhante ao de um imã quando percorrido por uma 
corrente elétrica, que esse dispositivo ficou conhecido como eletroímã. 
 
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Figura 2: Linhas de campo de um eletroímã e de um imã. 
 
Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletroima.htm 
 O fato de ter um núcleo (barra de ferro) no interior da bobina gera um 
campo magnético muito intenso e devido a essa propriedade os eletroímãs têm 
muitas aplicações, dentre elas, podemos destacar: nos motores, nas campainhas, 
nos telefones, na indústria de construção naval e no guindaste eletromagnético. 
 
4. MATERIAIS 
 Para construção do guindaste foram utilizados diversos tipos de materiais, 
todos foram escolhidos com o intuito de que o protótipo fique leve, com uma boa 
estética e não tenha um custo alto. Abaixo segue a lista do que foi utilizado. 
Material Quantidade 
Placa de Compensado (1 m x 1,5 m) 1 
Seringas (20 ml) 6 
Mangueiras de silicone 3 
Abraçadeira 1/2" com cunha 6 
Barra roscada (Ø 5 mm) 1 
Bateria 12 Volts 1 
Solenoide 1 
Parafusos (Diversos) 30 
Porcas e Arruelas (5 mm) 20 
Chave Liga/Desliga 1 
Rolamentos (17x47x14mm) 4 
Fio paralelo (1 m) 1 
Conduite 1/4" (1 mm) 1 
Cantoneira Alumínio 1/2" (3 m) 1 
 
5. CÁLCULOS 
 A pressão mede a razão entre o módulo de uma força F, aplicada 
perpendicularmente sobre uma superfície e a área A da superfície. 
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 5.1. Fórmula da pressão 
P = F/A 
Onde, 
P=Pressão (Pa)F= Força (N) 
A= Área (cm²) 
 
 5.2. Fórmula da área de um cilindro 
A = (π.d²) / 4 
Onde, 
A= Área 
d= Diâmetro 
 
 5.3. Cálculo da pressão no projeto 
Cilindro de 20 ml : 
Diâmetro= 21,80mm = 2,18 cm 
A = 𝜋.𝑑²/4 
A = 𝜋.2,18²/4 
A = 3,73 cm² 
 Para calcular a pressão e a força exercida pelos cilindros para movimentar o 
guindaste hidráulico, usaremos como base uma Força de 10 N. 
P = F/A 
P = 10/3,73 
P = 2,68 N/cm² 
 Esta pressão será a mesma no cilindro de saída, pois o diâmetro das seringas 
é igual. Isto pode ser afirmado segundo a lei de Pascal. 
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6. PROJETO 
 6.1. Esquema Hidráulico 
 
 6.2. Esquema elétrico (eletroímã) 
 
 6.3. Desenho técnico do guindaste 
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7. CONSTRUÇÃO 
 7.1. Pista de prova e estrutura 
 Após o término do projeto e a compra dos materiais necessários, iniciamos a 
construção do guindaste pela pista de prova, onde será delimitado o percurso que 
ele deve fazer para alcançar os alvos. 
 A pista foi construída utilizando compensado de madeira, medindo 610 mm de 
largura por 680 mm de comprimento. Nela foram marcadas as áreas onde o peso 
deve ser içado e transportado, conforme indicado na figura abaixo. 
Figura 3: Esquema da pista de prova para o guindaste hidráulico. As regiões O, A e B possuem área 
de 10 x 10 cm². 
 
Fonte: Edital de Atividades Práticas Supervisionadas – 2º Semestre 2016 – UNIP. 
 
 No ponto X será centralizado o braço do guindaste, onde foi feito um furo de 
aproximadamente Ø 5 cm e um rasgo semicircular que servirá como referência para 
o mecanismo de rotação. 
 Para rotacionar o braço foi colocado uma base fixa quadrada acima da pista, 
com um furo que serve de guia para o guindaste. A base redonda gira livre, ligada à 
haste da seringa por um parafuso tipo L, como pode ser visto na figura 4. 
 
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Figura 4: Mecanismo de rotação do braço. 
 
Fonte: Imagem própria. 
 Para auxiliar no movimento foram colocados rolamentos verticalmente na 
base do braço, assim diminuindo o atrito e distribuindo o peso do guindaste, 
conforme figura 5. 
Figura 5: Rolamentos na base. 
 
Fonte: Imagem própria. 
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 A próxima etapa foi o corte e furação das peças conforme o desenho do item 
6.3, que formam a estrutura do guindaste. Para articular os braços foi usado uma 
barra roscada (Ø 6 mm x 120 mm) com porcas e arruelas para alinhar cada peça em 
seu lugar, sem travá-las. 
Imagem 6: Estrutura do guindaste montada. 
 
Fonte: Imagem própria. 
 
 7.2. Hidráulica e eletroímã 
 O sistema hidráulico que dará movimento ao guindaste é bem simples, foram 
utilizadas seis seringas, três para controle e três como atuadores conforme indicado 
no esquema hidráulico no item 6.1. 
 As seringas que trabalham como atuadores foram presas em placas de 
compensado, que por sua vez, foram fixadas com apenas um parafuso no centro, 
assim gerando uma mobilidade já que os atuadores devem se deslocar junto com o 
movimento do braço para melhorar o alcance da haste da seringa. 
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 Como não há um grande esforço, o fluido utilizado foi a água e nela 
adicionado um corante azul para melhorar a estética. Na figura 7, é possível ver o 
sistema já montado no braço. 
Figura 7: Sistema hidráulico montado. 
 
Fonte: Imagem própria. 
 As seringas de controle por questão estética foram fixadas com abraçadeiras 
embaixo da pista de prova, como mostra figura 8. 
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Figura 8: Controles do sistema hidráulico. 
 
Fonte: Imagem própria. 
 Para fazer o eletroímã utilizamos a bobina de uma válvula solenoide, 
alimentada por uma bateria 12 Volts com corrente de 4 Ampères, controlada por 
uma chave de contato simples. O circuito foi montado a partir do esquema elétrico 
do item 6.2. O eletroímã foi colocado na barra roscada do ultimo braço do guindaste, 
como mostra a figura 9. 
Figura 9: Eletroímã fixado. 
 
Fonte: Imagem própria. 
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 O resultado final, com toda a parte de acabamento e estética terminados, 
pode ser visto abaixo na figura 10. 
Imagem 10: Guindaste finalizado. 
 
Fonte: Imagem própria. 
 
8. PLANILHA DE CUSTOS 
 Os custos são parte importante a serem considerados no projeto. O foco da 
realização do guindaste estava em comprar materiais e componentes de qualidade 
sem alto custo e principalmente sem desperdícios. Na tabela a seguir estão 
apresentados todos os materiais utilizados e os gastos gerados para o 
desenvolvimento do trabalho. 
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Tabela 1: Custos do Projeto. 
Material Quantidade Valor Unitário Valor Total 
Placa de Compensado (1 m x 1,5 m) 1 R$ 20,00 R$ 20,00 
Seringas (20 ml) 6 R$ 2,70 R$ 16,20 
Mangueiras de silicone 3 R$ 2,00 R$ 6,00 
Abraçadeira 1/2" com cunha 6 R$ 2,20 R$ 13,20 
Barra roscada (Ø 5 mm) 1 R$ 4,00 R$ 4,00 
Bateria 12 Volts 1 R$ 0,00 R$ 0,00 
Solenóide 1 R$ 21,54 R$ 21,54 
Parafusos (Diversos) 30 R$ 0,10 R$ 3,00 
Porcas e Arruelas (5 mm) 20 R$ 0,20 R$ 4,00 
Chave Liga/Desliga 1 R$ 1,68 R$ 1,68 
Rolamentos (17x47x14mm) 4 R$ 4,00 R$ 16,00 
Fio paralelo (1 m) 1 R$ 1,00 R$ 1,00 
Conduite 1/4" (1 mm) 1 R$ 2,00 R$ 2,00 
Cantoneira Alumínio 1/2" (3 m) 1 R$ 20,00 R$ 20,00 
TOTAL R$ 128,62 
 
 Os materiais que não tem valor unitário foram desconsiderados dos custos, 
pois são componentes retirados de produtos que foram reutilizados, não havendo 
assim necessidade de compra. Como mostra a tabela 1, o custo total para 
construção do guindaste foi de R$ 128,62. 
 
9. CONCLUSÃO 
 O desenvolvimento do projeto foi de grande importância, pois proporcionou 
um melhor entendimento sobre conceitos teóricos de pressão, força, fluidos, 
eletromagnetismo, entre outros. Foi possível compreender o princípio básico de 
funcionamento de um guindaste hidráulico industrial, estudar e verificar as leis 
relacionadas à pressão. 
 Nos primeiros testes foi possível verificar as falhas e erros cometidos, assim 
podendo eliminá-los para chegar ao objetivo. Problemas como peso excessivo, 
vazamentos e eletroímã fraco, são exemplos de imprevistos que foram superados 
até a etapa de conclusão. Todo o cuidado na utilização dos materiais, preocupação 
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com alinhamento, vedação das conexões, construção da estrutura gerou um 
resultado satisfatório. O guindaste foi capaz de elevar uma carga superior a de 50 
gramas, especificada nas normas do trabalho, e transporta-la até as áreas 
determinadas. 
 
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 https://pt.wikipedia.org/wiki/Guindaste 
 http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/teorema
depascal.php 
 http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/eletroima.htm 
 https://www.youtube.com/watch?v=Cbhpu8JwBfc 
 https://hpshydraulic.wordpress.com/2013/12/18/como-funciona-o-sistema-
hidraulico/ 
 http://pt.slideshare.net/diegomoreira9/sistema-hidrulico