PTG 3 semestre Ver Final_OLD

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ANHANGUERA EDUCACIONAL
PORTO ALEGRE
ENGENHARIA
ANDRÉ RESENA GOULART
FÁBIO SANTOS DOS SANTOS
KENIA GABRIELI LEOTE DUTRA DA SILVA
RODRIGO DUVAL DE AZEVEDO
SHERON MAIELI FERNANDES LOPES
PRODUÇÃO TEXTUAL EM GRUPO
INTERVENÇÃO EM FALHA DE ELEVADOR
PORTO ALEGRE
2
 
2018
42
ANDRÉ RESENA GOULART
FÁBIO SANTOS DOS SANTOS
KENIA GABRIELI LEOTE DUTRA DA SILVA
RODRIGO DUVAL DE AZEVEDO
SHERON MAIELI FERNANDES LOPES
PRODUÇÃO TEXTUAL EM GRUPO
INTERVENÇÃO EM FALHA DE ELEVADOR
Trabalho de Conclusão de Semestre apresentado ao curso de Engenharia da Anhanguera Porto Alegre como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia.
PORTO ALEGRE
3
 
2018
42
RESUMO
Este trabalho semestral tem como premissa analisar uma situação hipotética de uma falha em um elevador da empresa fictícia HXL. A equipe deve fazer a correção da falha utilizando-se das cadeiras aprendidas no semestre tais como: Desenho técnico, Desenho Assistido por Computador, Cálculo Diferencial e Integral III, Princípios de eletricidade e magnetismo e Física geral e experimental: energia da faculdade Anhanguera de Porto Alegre, e com a utilização destes conhecimentos solucionar o problema da falha apresentada.
Palavras-Chave: Elevador. Manutenção. Desenho, Energia.
ABSTRACT
This semi-annual work has as premise to analyze a hypothetical situation of a failure in an elevator of the fictional company HXL. The team must make the correction of the fault using the lessons learned in the semester, such as: Technical Design, Computer Aided Design, Differential and Integral Calculus III, Principles of electricity and magnetism and general and experimental physics: Anhanguera de Porto Alegre, and with the use of this knowledge solve the problem of failure presented.
Keywords: Elevator. Maintenance. Drawing, Energy.
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Indutor	21
INTRODUÇÃO
A vida é cercada de situações as quais são necessárias a utilização dos conhecimentos adquiridos na vida social, na vida acadêmica e profissional. Este conjunto de situações reforçam a experiência pessoal de cada um e neste trabalho utilizaremos parte destas experiências e aprendizados para resolver uma situação hipotética para o trabalho semestral. Na empresa HXL, empresa a qual oferece soluções para transporte vertical, se encontra com um problema, mais especificadamente, uma falha mecânica em um elevador que necessita de uma intervenção para que seja detectado o problema e resolvido conforme as melhores práticas científicas. A nossa equipe se utilizará de conhecimentos nas diversas áreas da Engenharia, se utilizando dos conhecimentos de Desenho Técnico, Desenho Auxiliado por Computador, Cálculo Diferencial e Integral, Princípios de Eletricidade e Magnetismo e Física Geral e Experimental na área de Energia.
DESENVOLVIMENTO
Após uma avaliação técnica, a equipe verificou que a uma peça foi a causa da falha, mais especificadamente uma polia, que aparentemente não foi bem dimensionada e não suportou os esforços mecânicos. Para o conserto desta polia foi solicitado à engenharia que detalhasse em projeto esta polia, conforme demonstrado abaixo:
DESENHO TÉCNICO
Primeiramente foi solicitado a equipe de engenharia que fizesse um desenho da peça em questão, e que tivesse algumas premissas: papel sulfite A4, orientação paisagem, com margens e legendas em acordo com a NBR-10068 (folha de desenho) da ABNT, vista frontal e corte A-A.
Em conversa com a equipe de projeto foi alterada a orientação para RETRATO pois entendeu-se ter uma melhor visualização e de mais fácil arquivamento do projeto.
Desenho da Polia (ANEXO I).
DESENHO TÉCNICO AUXILIADO POR COMPUTADOR
A utilização de softwares de CAD (computer aided design) são de extrema importância para a engenharia e outras áreas que se utilizam de desenho técnico, pois estes sistemas incluem ferramentas para construção de objetos geométricos planos e tridimensionais.
Alguns exemplos de softwares
AutoCad 2D - Este software é muito utilizado para projetos em 2D, embora tenha também uma plataforma para projetarmos em 3D. AutoCAD possibilita a automatização de diversos comandos e atividades dentro da elaboração dos projetos.
AutoCad 3D - Com ele é possível traçarmos projetos e detalhamento de peças mecânicas em 3D, documentação de projeto e organizarmos quantitativos de materiais para enviarmos à fábrica. Criação de projetos de infraestrutura civil com os recursos da tecnologia BIM (Building Information Modeling)
Autodesk Inventor - O AutoCAD trabalha também como complemento ao Autodesk Inventor, software muito mais completo para o desenvolvimento de projeto mecânicos em 3D. Como ambos são da mesma empresa, o AutoCAD pode auxiliar na documentação dos protótipos desenvolvidos no Inventor. O Inventor por sua vez, é um software CAD para projetos e simulações em 3D. Ele auxilia desde a concepção da peça até sua Prototipagem Digital, permitindo projetar, visualizar e simular um produto antes da sua fabricação. Nele é possível fazer projetos de moldes, chapas metálicas, ferramental, entre outras aplicações, simulando os esforços e permitindo uma pré-visualização em 3D do projeto.
SketchUp - Com uma interface bastante simples e intuitiva, é um software referência entre arquitetos, designers de interiores e engenheiros. Com uma vasta biblioteca de modelos 3D disponíveis, é a ferramenta ideal para profissionais e empresas que trabalham com o detalhamento de projetos e apresentações mais realistas. O software vai desde a representação fiel de planos e elevações simples até um passeio interativo pelo projeto 3D finalizado.
SAP2000 - oferece uma interface unificada para modelagem 3D, análise e dimensionamento, sendo ideal para a projeção de estruturas complexas – como obras de infraestrutura, transporte e instalações elétricas. O software ainda permite a análise através da simulação de condições construtivas, como mudanças nas condições de apoio, propriedades de seção e da adição ou remoção do escoramento provisório.
TQS - é um software do tipo CAD voltado para o projeto de estruturas em concreto armado, protendido e em alvenaria estrutural. O TQS é bastante completo, englobando desde a concepção estrutural – análise de esforços e flechas, dimensionamento e detalhamento de armaduras – até a emissão das plantas finais do projeto. O programa possui recursos avançados que permitem o cálculo estrutural de maneira realista e segura, como a verificação de dutilidade nos apoios de vigas e lajes e a ancoragem adequada em vigas com apoios curtos.
Vantagens e desvantagens CAD
 A utilização de Softwares, que utilizam a tecnologia CAD, para desenho traz consigo a vantagem da redução do tempo necessário para sintetizar, analisar e documentar o projeto, assim aumentando a produtividade e agilidade do projetista. O aumento de produtividade reduz os custos do projeto e também os prazos para sua conclusão.
Melhora na qualidade do projeto como um todo, pois sistema CAD permite análises de engenharia mais completas propiciando também mais alternativas para investigar erros no projeto e corrigi-los em pouco tempo e os projetos executados no sistema CAD são muito mais claros e ricos em detalhes, tornando o desenho muito mais padronizado elegível.
Em nossas pesquisas podemos verificar que as desvantagens são mínimas, entre elas estão o custo, muitas vezes elevados, para a aquisição do software. Existem diversas alternativas de softwares no mercado, umas mais econômicas que as outras, depende portanto das necessidades de cada empresa.
Outro ponto, seria custo associado à aquisição do Hardware específico que estas aplicações requerem, normalmente estão associados a estas aplicações máquinas com características especiais, comopor exemplo: grande velocidade de processamento, placas gráficas com bastante memória e monitores com dimensões adequadas. 
Apesar de já existirem bastantes centros de formação, os preços relativos à formação necessária ainda não são propriamente económicos. A quantidade/qualidade dos cursos necessários, depende, obviamente, das necessidades específicas do departamento de Projeto de cada Empresa.
Na análise da equipe entende-se que os desenhos a mão e os auxiliados por softwares devem ser aliados e andar juntos. Pois muitas vezes o desenho em CAD não substituirá a liberdade de realizar um croqui em campo.
CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL III
Para a verificação de que a referida polia estivesse de acordo com o a necessidade do projeto se fez necessário calcular o volume inicial para poder se fazer posteriores testes.
Para calcular o volume da referida polia, utilizando os conceitos vistos na disciplina de Calculo Diferencial e Integral III, iremos, para fins de aplicação dos cálculos, “dividir” a polia em duas peças distintas, as quais definiremos como Volume 1 e Volume 2, calcular as áreas e, para finalizar, somar as áreas encontradas.
Para o “Volume 1”, consideraremos a peça cilíndrica de diâmetro 500mm e altura de 100mm, assim, podemos extrair os seguintes dados:
Altura da peça: 100mm = 0,1m
Diâmetro externo: 500mm = 0,5m
Raio externo: 250mm = 0,25
Diâmetro interno: 150mm = 0,15m
Raio externo: 75mm = 0,075
Diante dos dados citados acima, temos que os limites de integração são:
Assim:
“Volume 1” 
 
Para o “Volume 2”, consideraremos a peça cilíndrica de diâmetro 250mm e altura de 50mm, assim, podemos extrair os seguintes dados:
Altura da peça: 50mm = 0,05m
Diâmetro externo: 250mm = 0,25m
Raio externo: 125mm = 0,125
Diâmetro interno: 150mm = 0,15m
Raio externo: 75mm = 0,075
Diante dos dados citados acima, temos que os limites de integração são:
Assim:
“Volume 2” 
 
Para o volume total da polia, somamos os valores encontrados para os Volume 1 e 2, assim:
Volume Polia = Volume 1 + Volume 2
PRINCÍPIOS DE ELETRICIDADE E MAGNETISMO
Para a verificação do bom desempenho da polia verificou-se o funcionamento do motor elétrico no qual a polia é acoplada, este motor que é responsável em gerar a força para o deslocamento vertical do elevador. Para tanto é preso um cabo de aço, que se enrola e desenrola conforme o sentido de rotação do motor, para cima ou para baixo. Este motor funciona com um determinado fluxo magnético interno e no estator onde é gerado o campo magnético que permite a sua rotação. Nos estudos da Engenharia da empresa HXL sabe-se que para que o motor se movimente é necessário que se tenha internamente um fluxo magnético de 0,5Wb, assim conseguindo-se o torque necessário
Indutor
O indutor em questão possui formato de um solenoide, conforme a figura abaixo, com 4500 espiras, diâmetro de 5 cm, e comprimento de 45 cm. Ele utiliza um núcleo ferromagnético com (Permeabilidade relativa) μr = 500, com o objetivo de reduzir a dispersão do campo magnético em seu interior. Nesse caso, nas fórmulas que aparece a permeabilidade vácuo μ0, o valor de μ0 deve ser multiplicado pela permeabilidade relativa:
Figura 1 - Indutor
Fonte: Manual PTG Anhanguera
	
Quando em funcionamento, esse indutor é submetido a uma corrente de 32 A. 
A equipe de Engenharia com base nas informações apresentadas neste tópico referente ao motor elétrico, responsável em gerar a força necessária para deslocar o elevador, extraiu os seguintes dados:
Fluxo magnético interno mínimo que o motor deve atingir: 
Corrente elétrica de funcionamento: 
Número de espiras: N = 4500
Diâmetro das espiras: 5 cm = 0,05 m; 
Raio das espiras: 
Área das espiras: 
Comprimento: 
Permeabilidade do vácuo: 
Permeabilidade Relativa: 
Permeabilidade considerada, conf. orientações: 
O fluxo magnético do Indutor
Utilizando os dados apresentados e, considerando a Equação do Fluxo Magnético, podemos verificar se, com 4500 espiras, o indutor atingirá o fluxo magnético desejado.
Determinação de espiras
Diante do resultado obtido nos cálculos efetuados acima, constatamos que o valor do fluxo magnético está abaixo do mínimo necessário e, sendo assim, vamos aplicar novamente a Equação citada acima para determinar o número mínimo de espiras.
De acordo com os cálculos apresentados acima, concluímos que o número mínimo de espiras para que o motor atinja internamente um fluxo magnético de 0,5 Wb, e assim, possua torque suficiente para movimentar o elevador, deve ser de 5704 espiras.
FÍSICA GERAL E EXPERIMENTAL: ENERGIA
A polia de ferro fundido descrita neste trabalho da equipe de Engenharia sofrerá vários esforços dentre eles o atrito com o cabo de aço, que se enrola ou desenrola conforme o sentido de rotação do motor, permitindo que o elevador suba ou desça, como vimos anteriormente. Este atrito eficaz para a tração uniforme tem uma temperatura inicial na polia, quando está parado que é de 23ºC, e após a movimentação do elevador a temperatura da polia se eleva para os 50ºC.
Com estes dados a equipe de Engenharia viu a necessidade de calcular a dilatação volumétrica desta polia apresentando o volume final obtido, já que sabe-se o volume inicial e o material (ferro fundido) da polia.
Com base nas informações apresentadas neste tópico referente à dilatação volumétrica da polia em questão, podemos extrair os seguintes dados:
Temperatura inicial da Polia: 
Temperatura final da Polia: 
Variação de temperatura: 
Volume inicial, conforme calculado anteriormente: 
Coeficiente de dilatação linear do ferro fundido: 
Coeficiente de dilatação volumétrica ferro fundido: 
Utilizando os dados apresentados e, considerando a expressão da dilatação volumétrica, temos que: 
Assim temos que a variação de volume foi de 0,00001888664 m³
Para encontrar o Volume final obtido, temos que:
No entanto, para verificar se a dilatação volumétrica da polia trará implicações negativas no funcionamento do sistema seriam necessários mais dados sobre o sistema como um todo, porém, algumas considerações podem ser efetuadas a seguir:
Considerando que a temperatura inicial de trabalho (23°C) só se altera no decorrer do funcionamento do motor, não haverá aumento do seu Momento de Inércia inicial. Salienta-se, no entanto, que, conforme a temperatura da polia vai subindo, sua área, e seu raio, se amplia e, consequentemente, faz-se necessário mais torque do motor, contudo, entendemos que essa variação já foi considerada quando foi dimensionado o fluxo magnético interno do motor de 0,5 Wb no tópico 3 uma vez que cita-se que este seria o fluxo necessário para “movimentar” o elevador, e não somente para iniciar o movimento do mesmo.
Ainda considerando o aumento do raio da polia, conforme a temperatura aumenta, fica evidente que este aumento na circunferência da polia resultará em um aumento na velocidade do conjunto, mantendo-se a mesma rotação do motor, porém, conforme descrito no enunciado deste tópico, os elevadores possuem componentes responsáveis pelo controle de velocidade, ou seja, as implicações desta dilatação volumétrica serão “corrigidas e/ou amenizadas” pelo conjunto.
Por fim, deve-se considerar que, assim como o raio externo, o raio interno também sofrerá aumento e, neste caso, poderá haver um “escorregamento” do eixo do motor com relação a polia uma vez que, conforme desenho técnico apresentado, sugere-se que a fixação do conjunto eixo/polia ocorre por “pressão”, dada a ausência de cava para emprego de chavetas como elemento de “trava”. Contudo, para verificar a possibilidade deste “escorregamento” seriam necessários mais dados como, por exemplo, o tipo de material do eixo do motor e o processo de acoplagem das peças.
CONCLUSÃO
Neste trabalho de resolução do problema causado pela falha do elevador, fez a equipe utilizar-se de vários campos de conhecimento para chegar na solução satisfatória, observou-se que todo o problema para ser umafonte de conhecimento e de experiência para o futuro agilizando o processo em situações vindouras. A busca de conhecimento nas áreas utilizadas neste trabalho nos fez perceber que a falta de experiência é compensada pelo conhecimento acadêmico adquirido.
Para que este trabalho fosse executado a contento a equipe concentrou seus maiores esforços na etapa de planejamento do trabalho, observando o caso de maneira mais ampla e depois esmiuçando nas tarefas menores, facilitando assim todo o processo posterior, conseguindo assim uma maior assertividade nos focos de maior importância e dificuldade, descartando muitas vezes esforços desnecessários para a conclusão da tarefa.
REFERÊNCIAS
ANHANGUERA EDUCACIONAL. Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Disponível em: <http://www.unianhanguera.edu.br/anhanguera/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html>. Acesso em: 10 out. 2018.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023. Informação e documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002.
MUNDO EDUCAÇÃO - Dilatação Volumétrica. Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/dilatacao-volumetrica.htm> Acesso em 20 outubro 2018.
TODA MATÉRIA - Dilatação Linear. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/dilatacao-linear> Acesso em 29 setembro 2018.
UDESC - Aula de Materiais Magnéticos. Disponível em: <http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/fabiano/materiais/MEL__Aula_de_Materiais_Magneticos.pdf> Acesso em 7 outubro 2018.
UFPR - Materiais Magnéticos - Aula 4. Disponível em: <http://www.eletrica.ufpr.br/~jean/Eletrotecnica/Material_Didatico/Mat_Magneticos.pdf> Acesso em 10 outubro 2018.
UFPR - Apostila de desenho técnico. Disponível em: <http://www.exatas.ufpr.br/portal/degraf_marcio/wp-content/uploads/sites/13/2014/09/Apostila-DT-Prof-Marcio-Catapan-1.pdf> Acesso em 03 outubro 2018.
WIKIPÉDIA. Dilatação Térmica. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Dilatação_térmica>. Acesso em 20 outubro 2018
WIKIPÉDIA. Momento de Inércia. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Momento_de_inércia> Acesso em 12 outubro 2018
WIKIPÉDIA. Chaveta Mecânica. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Chaveta_(mecânica)> Acesso em 15 outubro 2018
ANEXOS
ANEXO I - PROJETO POLIA DE TRAÇÃO