Mecanica Agrícola aula 1e 2

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06/01/2016 
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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Prof. Flávio Castro da Silva 
D. Sc.Engenheiro Agrícola 
Ementa de Mecânica Agrícola 
Ementa 
Introdução aos elementos de máquinas 
Transmissão de energia 
Mecanismo; Mancais e Aplicações da força de atrito 
Frenagem; Lubrificantes; Engrenagens 
Estudos das máquinas simples 
Dimensionamento de Engrenagens 
Mecanismos de Transmissão de Potência 
Máquinas elevadoras 
Regularização do movimento nas máquinas motrizes 
Tecnologia das máquinas usadas em terraplanagem 
Generalidade sobre o escoamento permanente 
Queda hidráulica e Choque 
MECÂNICA 
 
 
É o ramo da física que estuda os movimentos, 
suas causas e seus efeitos. 
 
ESTÁTICA 
 
 
Estudo das forças independente dos 
movimentos que as causam; 
 
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CINEMÁTICA 
 
Estudo dos movimentos independente de suas 
causas; 
 
DINÂMICA 
 
 
 Estudo das forças e dos movimentos que elas 
causam. 
 
FORÇA 
 Ação que um corpo exerce sobre outro, 
tendendo a mudar ou modificar seus 
movimentos, posições, tamanhos ou formas. 
Intensidade = massa [m] x aceleração[ ] 
Direção: a mesma de 
Sentido: a mesmo de 
a

a

a

UNIDADES 
MKS absoluto:  [N] 
MKS clássico:  [kgf] 
CGS:  [Dina] 
TRABALHO 
Toda vez que uma força atua sobre um corpo 
produzindo movimento, diz-se que foi 
produzido um trabalho mecânico sobre este 
corpo. 
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TORQUE 
Momento de uma força que tende a produzir ou 
produz rotação. 
 
 
 
ENERGIA 
Capacidade de um corpo em realizar trabalho. 
• Energia Potencial Gravitacional = EPG = m*g*h 
• Energia Potencial Elástica = EPE = k * x
2/2 
• Energia Cinética de Translação ECT = m * v
2/2 
• Energia Cinética de Rotação EPE = I * w
2/2 
 
POTÊNCIA 
Quantidade de trabalho realizado por uma 
máquina na unidade de tempo. Ou também, 
pode-se expressar pela variação da energia no 
tempo. 
POTÊNCIA 
Quantidade de trabalho realizado por uma 
máquina na unidade de tempo. Ou também, 
pode-se expressar pela variação da energia no 
tempo. 
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UNIDADES DE MEDIDA 
 
POTÊNCIA 
75 Kgf 76 Kgf 
Cavalo Vapor (Cv) Horse Power (Hp) 
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RENDIMENTO 
Relação entre energia fornecida e energia 
consumida. 
 
Homens ou animais de tração: relação entre a energia 
consumida nos alimentos e a energia fornecida nos 
trabalhos. 
 
R = Energia dos alimentos 
 energia fornecida trabalho 
 
Homem: 10% 
Cavalo: 10 – 12% 
Bovino: 9 – 10% 
 
 
RENDIMENTO 
Relação entre energia fornecida e energia consumida. 
 
Motores térmicos: relação entre a energia calorífica 
química disponível nos combustíveis e a energia 
mecânica gerada. 
 
R = Energia Combustível 
 Energia Mecânica Fornecida 
 
Ciclo Otto: 25% 
Ciclo Diesel: 30% 
RENDIMENTO 
Relação entre energia fornecida e energia consumida. 
 
Motores térmicos: relação entre a energia calorífica 
química disponível nos combustíveis e a energia 
mecânica gerada. 
 
R = Energia Combustível 
 Energia Mecânica Fornecida 
 
Ciclo Otto: 25% 
Ciclo Diesel: 30% 
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RENDIMENTO 
Relação entre energia fornecida e energia consumida. 
 
Motores elétricos: relação entre a energia 
consumida e a energia mecânica gerada 
 
R = Elétrica Gasta 
 Energia Mecânica Fornecida 
 
 Motores elétricos R = >75% 
Introdução aos elementos de 
máquinas 
• Introdução 
• Definições importantes 
• Elementos de máquinas 
Introdução 
• Um projeto de maquina surge sempre para 
satisfazer uma necessidade, seja ela 
industrial, comercial, para lazer, etc. 
• Nasce da habilidade de alguém ou de um 
grupo de pessoas “transformar” uma idéia 
em um projeto de um mecanismo que se 
destina a executar uma tarefa qualquer. 
 Os elementos de maquinas podem ser classificados em 
grupos conforme sua função, como: 
 
• os elementos de fixação (parafuso) 
• de apoio (rolamentos e mancais) 
• transmissão (correias e engrenagens) 
• Vedação (anéis e borrachas) 
• sistemas de lubrificação. 
Existem algumas características ou considerações que influenciam a seleção de um 
elemento de maquina, tais como resistência, confiabilidade, utilidade, custo e peso 
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Conhecimentos básicos a serem desenvolvidos 
• Conhecimentos de resistência dos materiais e 
dos conceitos de mecânica aplicada para 
poder analisar corretamente os esforços que 
agem sobre as peças e determinar sua forma e 
dimensões para que sejam suficientemente 
fortes e rígidas. 
Conhecer as propriedades dos materiais. 
• O dimensionamento entende a determinação 
das dimensões de um elemento de maquina de 
tal forma que ele possa resistir e garantir o bom 
funcionamento da peça ou equipamento 
durante o trabalho. 
 
• Para tanto, e necessário o conhecimento dos 
fundamentos da Resistência dos Materiais e 
das propriedades dos Materiais. 
Definições Importantes 
Mecânica Aplicada: 
 É um ramo da Engenharia que procura estabelecer fórmulas e coeficientes compatíveis com a natureza e condição de cada material, 
com base nos princípios e leis básicas da mecânica teórica. 
 
Força: 
 É definida como a ação que um corpo exerce sobre outro, tendendo a mudar ou modificar seus movimentos, posição, tamanho ou forma. 
 
F = m.a 
Trabalho 
 O trabalho está associado a um movimento e a uma força. Toda vez que uma força atua sobre um corpo produzindo movimento, 
realizou-se trabalho. 
T = F.d 
Torque 
 É um momento de força que tende a produzir ou que produz rotação. É o produto de uma força por um raio. 
 
τ = F.r 
Potência 
 É definido como a quantidade de trabalho realizado numa unidade de tempo. 
 
P = W / t = (F d) / t = F.v 
Inércia 
 É a resistência que todos os corpos materiais opõem a uma mudança de movimento 
 
Peso (carga) 
 É a força gravitacional de atração exercida pela terra sobre um corpo. Força na vertical (carga). 
 
 P = m.g ;g = 9,8 m/s2 
Força Centrífuga 
 É a força que aparece na direção radial, quando um corpo está em movimento curvilíneo. 
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Elementos de fixação 
Elementos de união 
 Parafusos 
 Chavetas e estrias 
 Pinos e anéis 
 Rebites 
Cavilhas 
Cupilhas ou contrapinos 
Porcas 
Arruelas 
Elásticos 
Chavetas 
 
Características: 
• são, geralmente, os componentes mais frágeis da 
máquina. 
• é preciso escolher o elemento de fixação 
adequado ao tipo de peças que irão ser unidas ou 
fixadas. Ex.: evitar elementos fracos com peças 
robustas. 
• planejar e escolher corretamente os elementos de 
fixação usados para evitar concentração de tensão 
nas peças fixadas. Essas tensões causam rupturas 
nas peças por fadiga do material. 
 A união de peças feita pelos elementos de 
fixação pode ser de dois tipos: móvel ou 
permanente. 
• UNIÃO MÓVEL, os elementos de fixação podem 
ser colocados ou retirados do conjunto sem 
causar qualquer dano às peças que foram unidas. 
Ex.:uniões feitas com parafusos, porcas e 
arruelas. 
• UNIÃO PERMANENTE, os elementos de fixação, 
uma vez instalados, não podem ser retirados sem 
que fiquem inutilizados. Ex.: uniões feitas com 
rebites e soldas. 
Alguns elementos: 
• Rebites 
 O rebite é formado por um corpo cilíndrico 
e uma cabeça. É fabricado em aço, alumínio, 
cobre ou latão. 
 É usado para fixação 
permanente de duas ou 
mais peças. 
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 • Pinos 
 O pino une peças articuladas. 
 Nesse tipo de união, uma 
 das peças pode se 
 movimentar por 
 rotação. 
• Cavilha 
 A cavilha une peças que não são articuladas 
entresi. 
 
• Contrapino ou cupilha 
 O contrapino ou cupilha é uma haste ou arame 
com forma semelhante à de um meio-cilindro, 
dobrado de modo a fazer uma cabeça circular e tem 
duas pernas desiguais. 
Utilização: Introduz-se o contrapino ou cupilha num furo na extremidade de um pino ou 
parafuso com porca castelo. As pernas do contrapino são viradas para trás e, assim, 
impedem a saída do pino ou da porca durante vibrações das peças fixadas. 
• Parafuso 
 O parafuso é uma peça formada por um 
corpo cilíndrico roscado e uma cabeça, que 
pode ter várias formas. 
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• Porca 
 A porca tem forma de 
prisma, de cilindro etc. 
Apresenta um furo roscado. 
Através desse furo, a porca é 
atarraxada ao parafuso. 
 
• Arruela 
 A arruela é um disco 
metálico com um furo no 
centro. O corpo do parafuso 
passa por esse furo. 
• Anel elástico 
 Anel elástico é usado para 
impedir deslocamento de eixos. 
Serve, também, para posicionar ou 
limitar o movimento de uma peça 
que desliza sobre um eixo. 
 
• Chaveta 
 A chaveta tem corpo em forma 
prismática ou cilíndrica que pode 
ter faces paralelas ou inclinadas, 
em função da grandeza do esforço 
e do tipo de movimento que deve 
transmitir. 
Elementos de apoio 
• Buchas 
• Guias 
• Rolamentos 
• Mancais 
 
• Bucha 
 Anel de metal entre o eixo e a roda. Com a 
introdução das rodas de aço manteve-se o 
problema com atritos. A solução encontrada 
foi a de colocar um anel de metal entre o eixo 
e as rodas. Esse anel, mais conhecido como 
bucha, reduz bastante o atrito, passando a 
constituir um elemento de 
 apoio indispensável. 
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• Guias 
 A guia tem a função de manter a direção 
de uma peça em movimento. Por exemplo, 
numa janela corrediça, seu movimento de 
abrir e de fechar é feito dentro de trilhos. 
Esses trilhos evitam que o movimento saia da 
direção. A guia tem a mesma função desses 
trilhos. 
• Rolamentos e Mancais 
 Os mancais como as buchas têm a função de servir 
de suporte a eixos, de modo a reduzir o atrito e 
amortecer choques ou vibrações. Eles podem ser de 
deslizamento ou rolamento. 
 
 
 
 
 
 Os mancais de deslizamento são constituídos de 
uma bucha fixada num suporte. São usados em 
máquinas pesadas ou em equipamentos de baixa 
rotação. Os mancais de rolamento dispõem de 
elementos rolantes: esferas, roletes e agulhas. 
Elementos elásticos 
 Peças fixadas entre si com elementos elásticos podem ser 
deslocadas sem sofrerem alterações. Assim, as molas são muito 
usadas como componentes de fixação elástica. Elas sofrem 
deformação quando recebem a ação de alguma força, mas 
voltam ao estado normal, ou seja, ao repouso, quando a força 
pára. 
 As uniões elásticas são usadas para amortecer choques, 
reduzir ou absorver vibrações e para tornar possível o retorno 
de um componente mecânico à sua posição primitiva. 
Elementos transmissão 
Transmissão de potência 
• Parafusos e acionamento 
• Correias chatas, trapezoidais e dentadas 
• Corrente de rolos 
• Cabos de aço 
• Árvores de transmissão 
• Engrenagens 
• Rodas de atrito 
• Roscas 
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 Os sistemas 
de transmissão 
transferem 
potência e 
movimento a um 
outro sistema. 
• Correias 
 São elementos de máquina que 
transmitem movimento de rotação 
entre eixos por intermédio das 
polias 
• Correntes 
 São elementos de transmissão, 
geralmente metálicos, constituídos 
de uma série de anéis ou elos. 
• Engrenagens 
 Também conhecidas como 
rodas dentadas, as engrenagens 
são elementos de máquina usados 
na transmissão entre eixos 
Elementos vedação 
 Elementos de vedação são peças que 
impedem a saída de fluido de um ambiente 
fechado (tubulação, depósito etc.) e evitam que 
esse ambiente sejapoluído por agentes externos. 
 Esses elementos, geralmente, localizam-se 
entre duas peças fixas ou em duas peças em 
movimento relativo. As junções cujas peças 
apresentam movimento relativo se subdividem 
em girantes, quando o movimento é de rotação,e 
deslizantes, quando o movimento é de 
translação. 
 Muitas vezes, a vedação requer atenção aos seguintes 
aspectos: 
 
 temperatura - no caso de se trabalhar em ambiente com 
temperatura muito elevada, a vedação torna-se mais difícil; 
 
 acabamento das peças - uma boa vedação requer bom 
acabamento das superfícies a serem vedadas; 
 
 pressão - quanto mais elevada for a pressão do fluido, tanto 
maior será a possibilidade de escapamento, ou seja, a 
vedação torna-se mais difícil; 
 
 estado físico - os fluidos líquidos são mais fáceis de serem 
vedados do que os fluidos em estado gasoso. 
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Tipos de vedação 
• Vedação em ogiva, para baixas 
pressões - a vedação se efetua em 
uma superfície tronco-cônica com 
esfera. 
• Vedação em faca, para médias 
pressões – efetuada mediante a 
aproximação de uma coroa circular 
a um plano. 
• Vedação cônica, para altas 
pressões – é o melhor tipo de 
vedação e se efetua entre duas 
superfícies cônicas que têm 
geratrizes coincidentes. 
Sistemas de lubrificação 
 No deslocamento de duas peças entre si ocorre atrito. 
O atrito causa vários problemas: 
 aumento da temperatura, 
 desgaste das superfícies, 
 corrosão, 
 liberação de partículas e, 
 formação de sujeiras. 
 
 Para evitar esses problemas usam-se o lubrificantes que 
reduzem o atrito e formam uma superfície que conduz calor, 
protege a máquina da ferrugem e aumenta a vida útil das 
peças. 
 Todos os fluidos são, de certa forma, 
lubrificantes, porém, enquadram-se melhor nessa 
classificação as substâncias que possuem as 
seguintes características: 
 
capacidade de manter separadas as superfícies 
durante o movimento; 
estabilidade nas mudanças de temperatura e não 
atacar as superfícies metálicas; 
capacidade de manter limpas as superfícies 
lubrificadas. 
Tipos de lubrificantes 
 Os lubrificantes podem ser líquidos (óleos), 
pastosos (graxas) ou sólidos (grafita, parafina etc.). 
 
 Podem ser de origem orgânica (animal ou 
vegetal) e de origem mineral (produtos extraídos do 
petróleo). 
 Na lubrificação de máquinas, utilizam-se 
principalmente óleos e graxas minerais. 
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Óleos minerais 
 São baratos e oxidam pouco. São obtidos 
principalmente do petróleo e, em menor escala, do 
carvão, de pedra lignita e do xisto betuminoso. Os óleos 
minerais podem ser classificados como segue. 
 Segundo a aplicação: óleos de caixas de engrenagens, 
óleos para turbinas e corte. 
 
Graxas minerais 
 Quando comparadas aos óleos minerais, distinguem-
se pela maior consistência plástica. Normalmente, as 
graxas são compostas à base de sódio ou de potássio. No 
entanto, conhecem-se também, graxas minerais puras, 
como a vaselina. 
 Segundo a aplicação: graxas para máquinas, veículos, 
rolamentos e mancais em trabalho a quente. 
Próxima aula: 
 Transmissão de energia e mecanismo