Engenharia braço mecânico hidraulico

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Engenharia- ciclo Básico
Atividades Práticas Supervisionadas
Tema: Braço Mecânico Hidráulico
3º e 4º Semestre-2014
Sumario
Objetivo................... ............................................................. 03
Introdução..............................................................................04
Desenvolvimento Teórico......................................................05
Materiais Utilizados...............................................................07
Etapas de Construção...........................................................08
Cálculos ...............................................................................09
Fotos.....................................................................................10
Desenho técnico...................................................................11
Conclusão.............................................................................12
Referencias Bibliograficas....................................................13
Objetivo
 O trabalho tem como objetivo inserir os conhecimentos e estudos adquiridos nas aulas interdisciplinares. Tem-se como objetivo projetar e construir um Guindaste Hidráulico com Seringas, que permita o levantamento e transporte de uma massa para as posições pré-estabelecidas pela UNIP. Para o desenvolvimento deste trabalho foi utilizado os conhecimentos adquiridos das disciplinas: Fenômenos de transporte e Estática dos fluidos. A estrutura desenvolvida faz com que o protótipo experimental tenha, além das duas articulações movidas pelos comandos hidráulicos, a análise dos resultados que permita o estudo com a engenharia, demonstrando a relação do assunto com o funcionamento de outros sistemas hidráulicos, como outros meios parecidos. Uma coisa interessante sobre o guindaste é que ele é movimentado através da força da água que sai da seringa e vai sendo passada pelos tubinhos de aquário até chegar à próxima seringa que está em baixo das dobradiças fazendo com que as tábuas de madeira se movimentem tanto nos braços do guindaste quanto na base.
Introdução
 
 Neste trabalho será feito todos os passos necessários para a construção do guindaste hidráulico com um eletroímã em sua extremidade, contendo seringas em sua estrutura servindo como controles para sua movimentação que deverá ser capaz de fazer movimentos (em 3 dimensões) nos eixos x, y, z, possibilitando assim o transporte de objeto de um ponto a outro. Os princípios físicos que envolvem neste trabalho é a hidrostática, o princípio de Pascal que mostra que em um líquido a pressão se transmite igualmente em todas as direções. O Princípio de Pascal é uma das aplicações tecnológica mais interessante na Física. Com ele, podemos aplicar uma força em uma situação, e a força pode ser multiplicada muitas vezes, dependendo da área de sua aplicação. 
(No caso do guindaste hidráulico cada articulação tem uma força (Newton) feita e o fluido é água) fazendo pressão.
 Uma aplicação simples deste princípio é a prensa hidráulica que já aprendemos em sala em estática dos fluidos, sendo assim a prensa é um dispositivo com dois vasos, que possui dois êmbolos de diferentes áreas sobre a superfície do líquido. Veja como funciona uma prensa hidráulica no desenho abaixo:
Este trabalho também explica o funcionamento hidráulico, como freios de automóveis, direção hidráulica e braço mecânico hidráulico
Desenvolvimento teórico
 Guindaste Hidráulico foi construído com uma estrutura de madeira e dobradiças de metal. Seu funcionamento é com base nos princípios de pascal, onde demonstra que uma variação na pressão aplicada em um fluído ideal é transmitida para todas as posições do fluído e para as paredes do recipiente 
 No guindaste cada articulação foi montada com uma seringa, à força (N) feita é proporcional à sua área. Quando o fluido (água) é pressionado para o outro êmbolo, ele produz uma força (N) também proporcional a esta área, de modo que a força será tanto maior quanto maior for a tal área. Quando se pressiona o êmbolo da seringa, é extremamente difícil de impedir que a seringa na outra extremidade suba assim criando um controle sobre seus movimentos.
Como Funciona Um Guindaste hidráulico
 A maioria dos guindastes reais são formados na ponta por um gancho, que diferente na construção do nosso trabalho no caso é um eletroímã, mas não apenas isso se diferencia. Mas apesar de um guindaste mecânico de construído diferente de um guindaste hidráulico,suas funções são quase as mesmas. Para entendermos seu funcionamento, primeiro temos que saber quais as partes que o compõe comparando com o hidraulico. Que são:
Base: Suporta o guindaste; Fica fixada em uma enorme base de concreto. Interessante é como super-máquinas como essa se mantém estáveis sem haver nenhum cabo de sustentação. O principal elemento que garante essa sustentação é a base, assim como no hidráulico que também é sustentada pela base,
Mastro: É a algo que dar altura ao guindaste;
Braço Horizontal Menor: É a parte onde fica os contrapesos (feitos de concreto) e que possui o motor e o sistema eletrônico do guindaste;
Lança: fica no meio de seu comprimento, é a parte do guindaste que suporta a carga;
Unidade Giratória e Cabine do Operador: No nosso trabalho a altura máxima é de, para uma base giratória de 70x55x1,8.Já para os guindastes comuns, a altura máxima sem carga é 80 m; sua altura pode ser maior caso o guindaste seja escorado no prédio à medida que ele sobe ao redor do guindaste, para assegurar que a carga máxima está sendo respeitada, o guindaste utiliza dois limitadores de carga,que são: O controle de carga máxima monitora a tração no cabo e não deixa a carga ultrapassar 18 toneladas e um dispositivo controla o momento da carga e não deixa o operador exceder a relação 
Os guindastes são montados e são colocados os contrapesos. A partir dessa base formada, o guindaste torre chega a sua altura máxima da seguinte forma: Ele vai erguendo sua própria estrutura, primeiro a equipe responsável pela estrutura ergue um peso na lança e equilibra com o contrapeso, A base giratória do topo do mastro é solta da estrutura. o operador usa o guindaste para levantar outra seção do mastro depois de aparafusada, o guindaste fica mais alto.
Como funciona um Eletroímã
O eletroímã é um dispositivo que utiliza corrente elétrica para gerar um campo magnético, semelhantes àqueles encontrados nos ímas naturais. É geralmente construído com um fio elétrico enrolado ao redor de um núcleo de ferro, aço, níquel ou cobalto, (que no caso do nosso trabalho foi um parafuso).
 Quando o fio é percorrido por uma corrente elétrica.
 A espira fica com uma tensão, o que gerará um campo magnético, (a intensidade do campo e a distância que ele atingirá a partir do eletroíma dependem da intensidade da corrente aplicada e do número de voltas da espira).  A passagem de corrente elétrica por um condutor causa a indutância eletromagnética, porém o campo magnético é muito pequeno.  O pedaço de ferro toma as características de um imã permanente. . 
 
Nas pontas do fio se coloca uma bateria.
 É possível criar todos os tipos de coisas, incluindo motores, cabeçotes de leitura/gravação para discos rígidos e toca-fitas, alto-falantes e outras coisas mais. Os ímãs têm 2 lados, normalmente marcados com "norte" e "sul", e eles atraem coisas feitas de ferro ou aço, se tiver 2 barras de ímãcom extremidades marcadas "norte" e "sul", a extremidade norte de um ímã irá atrair a extremidade sul do outro então um eletroimã é muito semelhante, exceto pelo fato de que é "temporário", ou seja, o campo magnético só existe quando a corrente elétrica está passando.
Para criar um eletroímã e fazer uma experiência para poder verificar o seu campo magnético apenas basta esse materiais:
Uma pilha
Um prego
Fio de cobre
Clipe
 O clipe é para, quando vocêtiver acabado de construir o eletroímã, encoste-o perto dos clipes e verá que todos se atraem no eletroímã, assim concluindo que Quando encostamos o prego no clipe, o clipe é atraido. Isso acontece porque a pilha fornece energia para que uma corrente eletrica que, ao passar pelo fio condutor, forma um campo magnético semelhante ao de um imã natural, que atrai o clipe. 
 
Curiosidade
Muitas pessoas ficam impressionadas com a capacidade de certos eletroímãs carregarem centenas de quilos de metal. O eletroímã é muito utilizado em empresas que reciclam metais, para separar o ferro e carregá-lo até um lugar apropriado. 
Funções de cada parte do guindaste
 Base plana: fixar e manter as partes do braço equilibrado sobre a articulação e também fixar as seringas de comando.
 A base de giro liga a base horizontal com a base vertical, e tem como finalidade proporcionar o movimento circular. 
 A base vertical está ligada com outra onde tem uma seringa. Tem por função prender a seringa que faz o movimento horizontal.
 O antebraço que é responsável pelo movimento horizontal, está preso na articulação da base vertical, e prende uma seringa para o movimento do antebraço.
 O braço faz articulação com o antebraço, que prende o imã.
 O imã está preso no braço e tem por função agarrar pequenos objetos. 
 As seringas têm por tarefa gerar os movimentos do conjunto..
 As mangueiras fazem a transmissão da água de uma seringa para outra.
 As dobradiças são responsáveis de prender as seringas nos braços.
 Sendo assim o funcionamento é simples basta pressionar as seringas e verificar que, cada uma, é capaz de realizar movimento em certa direção (horizontal ou vertical), também do suporte giratório.
Materiais utilizados
Material Medida 
 6 seringas (Plástico) 20mm
3 mangueiras (Silicone) 70cm ; 45cm ; 60cm
 Madeiras
Base 70x55x1,8 cm
Base Giratória 35x2,5x2,5 cm 
Braço 1 30x2,5x2 cm
Braço 2 47x2,5x2 cm
1 Garrafa pet (plástico) 600ml
2 Dobradiças pequenas
Caixinha de controle 15x15x23 cm
Parafusos de diversos tamanhos 
Fita isolante para a fixação da seringa 
Bateria 9 Volts 
Fio de cobre
Interruptor 
 
Etapas de construção
 Primeiro passo foi verificar os fluidos para ver onde as seringas foram deslocadas com determinados volumes para, em seguida, analisar as distâncias atingidas. Nessa parte, foi necessário para ter a relação entre seringas ainda no primeiro passo fizemos também a medição e cortes das madeiras
 Segundo fazer a Fixação da tampa da garrafa que no caso será o que fará guindaste girar, que também usado em automóveis para fazer o movimento do braço como um todo na direção horizontal, na base de madeira compensada.
 Terceiro depois de colocado a tampa de garrafa, foi fixada uma base secundária para possibilitar o movimento do braço na tampa, para isso foi usado um parafuso passante entre a base abaixo e a base acima, parafusando a parte cortada da garrafa com a tampa sobre a área plana de madeira que utilizamos para a base de madeira, assim tendo estabilidade no guindaste. 
 
Quarto passo fez-se a junção das partes do braço em madeira mdf com dobradiças parafusadas no mdf.
 Quinto passo Para possibilitar o movimento vertical integrado por duas partes do braço foram usadas duas dobradiças comuns fixadas cada com 4 parafusos, para poder juntar os braços do guindaste e ter uma melhor movimentação.
 Sexto passo, as seringas de 10 e 20 mm foram fixadas com com fita isolante e também parafusadas a madeira com um cano pvc. para possibilitar o movimento do eletroímã, uma seringa colada foi fixada na extremidade
do braço. 
Nono passo, fizemos a Fixação das mangueiras nas seringas, antes de colocar a água entro da seringa, para poder formar certo controle sobre o guindaste.
Décimo Passo, criamos um controle para que funcione o Eletroímã, com a ajude de um interruptor.
Cálculos
A = área 
D = diâmetro
H = Altura
P = Pressão (Pa)
F = Força (N)
Calculo da pressão das seringas no movimento vertical e horizontal
Seringas de 10 ml e 20 ml
Diâmetro 
Altura
Área do cilindro (Ac) = 2* r * h
Calculo da pressão (força adotada de 10N)
Pressão (Pa)
Força (Pa)
Área (Cm²)
F=P*a P = F/A
Seringa 10ml
Seringa 20ml
Como já calculado a pressão e a área, Calcula-se a Força.
F = P*A
Fotos
Antes de colocar a seringa
Após colocar a seringa
 
Braços do Guindaste
 
 
Braços
Desenho
Conclusão
 Concluímos que o projeto guindaste hidráulico consegue se movimentar verticalmente e horizontalmente, aplicando uma pequena força nas seringas, e com o objetivo de atingir 90º graus para poder alcançar o objeto imposto (imã) pela faculdade, e que é puxado pelo eletroímã montado na ponta do braço. Foi adotado uma força para o cilindro menor, e encontrou-se o valor da pressão, com este valor foi calculado a força do cilindro maior e foi constatado que de fato houve um aumento da força nos cilindros de maior área. 
Bibliografia
http://ciencia.hsw.uol.com.br/guindastes-hidraulicos.htm
http://construcaocivilpet.wordpress.com/2012/12/22/como-funcionam-os-guindastes-torre/
http://www.brasilescola.com/fisica/eletroima.htm