PRIMEIRO PORTFOLIO MAQ ELEV PORTFOLIO 1

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CENTRO UNIVERSITÁRIO CLARETIANO CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
ALLAN RONY BENETOLI-RA 1172142
MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE
VILHENA-RO SETEMBRO / 2019.
ALLAN RONY BENETOLI-RA1172142
MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE 
Trabalho de Atividades exigido pelo Centro Universitário Claretiano para Graduação no Curso Superior de Bacharelado em Engenharia Mecânica, sob orientação do Prof. Eric Fabiano dos Santos.
VILHENA – RO. SETEMBRO / 2019.
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Sumário
1. OBJETIVO ............................................................................................................................. 4
2. ELEVADORES....................................................................................................................... 5
3. DESENVOLVIMENTO DE PROJETO ..................................................................................14
3.1 Cabina.................................................................................................................................14
3.2 Contrapeso .........................................................................................................................14
3.3 Cabos e Polias....................................................................................................................15
3.4. Máquina de Tração ............................................................................................................15
3.5. Caixa..................................................................................................................................18
3.6. Dispositivos de Segurança.................................................................................................18
3.7. Limitador de Velocidade.....................................................................................................18
3.8. Freio de Segurança ...........................................................................................................19
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS..................................................................................................21
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................................22
1. OBJETIVO
Objetivos
Atividade no Portfólio
• Entender o princípio de funcionamento das máquinas de elevação e transporte, suas principais
características e aplicações.
• Compreender a modelagem matemática quanto à arquitetura de uma máquina de elevação e
transporte.
• Conhecer os elementos de elevação e agarramento de carga.
Descrição da Atividade
Com base nas leituras das Unidades 1 e 2 do CBR e das modelagens matemáticas utilizadas para a seleção dos dispositivos de transporte de carga, escolher uma entre as máquinas estudadas e elaborar um projeto que atenda às necessidades de transporte de carga de uma indústria seguindo cada etapa, desde a seleção dos dispositivos ideais de elevação, as condições de operação desta máquina e os fatores determinantes para elaboração do projeto, não se esquecendo dos aspectos que envolvem custo, manutenção, segurança e operação.
Introdução
O presente trabalho se propõe à apresentar como objeto do estudo de Máquinas de Elevação e Transportes proposto na PEGE, um modelo de elevador, seus sistemas mecânicos e particularidades, cuja ocupação destinar-se-á ambientes domésticos.
O escopo no entanto, se empenha em oferecer uma proposta de projeto estrutural e mecânico cabível a um elevador residencial, sugerido à edificações constituídas de até 03 (três) pavimentos.
Complementarmente o equipamento deverá ser capaz de transportar pessoas e cargas entre os andares de cada repartição, com segurança e praticidade, além de se apresentar viável, objetivo e satisfatório na sua construção, instalação, operação, manutenção e segurança.
2. ELEVADORES Apresentação
Desde os anos 1500 a.C., os egípcios já promoviam a ocupação de equipamentos rudimentares similares a elevadores, os quais eram movidos por tração animal, e que foram se desenvolvendo ao longo dos tempos. No entanto, com o advento da revolução industrial, a tração animal passou a ser substituída por máquinas a vapor, estabelecendo comodidades e inovações tecnológicas a diversos seguimentos dos processos produtivos, bem como da prestação de serviços.
No Brasil, os primeiros registros de elevadores de passageiros datam da primeira metade do século XX, sendo estes inicialmente movidos à manivela. Porém, com o passar dos anos, foram sendo substituídos por elevadores eletricamente movidos.
Atualmente os mecanismos constituídos de um motor elétrico ou hidráulico são os que promovem a realização do deslocamento de cargas, com ou sem vida, quer seja no plano vertical ou no plano inclinado. No entanto o tipo mais comum são os elevadores elétricos, os quais se encontram divididos em determinadas categorias, dentre elas: os de passageiros; os de carga; os de monta carga; os de monta pratos, dentre outros.
Frequentemente elevadores elétricos se utilizam de um motor, o qual fornece torque a um eixo que move uma polia, e se apoia sob dois mancais. Nos elevadores sem contrapeso, os cabos de sustentação possuem uma das extremidades presa à cabine e a outra presa a um tambor, que é aquele que, neste caso, que recebe o torque do motor. Já nos demais casos, uma das extremidades se encontra presa à cabine e a outra presa ao contrapeso.
Ademais, existem ainda os denominados elevadores a vácuo, os quais são de reduzida ocupação, entretanto não desprezíveis. Os elevadores a vácuo, conforme ilustrado na Figura 1, apresentam o seu princípio de funcionamento baseado na sucção de ar, com vistas a causar uma diferença de pressão, fazendo com que o equipamento promova deslocamento no sentido de subida, remetendo-se, desta feita, ao princípio físico do funcionamento de uma seringa. De modo que, a sua descida fica controlada a partir do alívio na pressão do ar havida abaixo do carro. Todavia, o seu uso é limitado a pequenos tamanhos e a baixas cargas. Somado a isto, ainda há o inconveniente de que o equipamento é ruidoso em razão da atuação do compressor.
Cabe anotar que existem diversos tipos de elevadores disponíveis no mercado. Porém, os modelos mais empregados em residências são os equipamentos hidráulicos
Figura 1 - Elevador a vácuo. Fonte: SIMI ELEVADORES.
Asseveremos que os elevadores hidráulicos, apresentados na Figura 2, são movidos por um pistão hidráulico, o qual costumeiramente se encontra localizado abaixo do equipamento.
Anteriormente, as maiores vantagens apresentadas na aplicação desse tipo de acionamento em residências, eram o fato da eliminação da casa de máquinas a ser instalada no telhado da residência, bem como a possibilidade do controle da descida do equipamento feita por gravidade, na hipótese de vir à ocorrer falha na alimentação.
No entanto, algumas limitações importantes surgem a partir de sua aplicação. Equipamentos hidráulicos costumam ser mais lentos e menos energeticamente eficientes em relação aos elevadores elétricos. Um outro obstáculo é a utilização dos fluidos de trabalho, visto que existem prejuízos ambientais e sanitários resultantes de um possível vazamento de óleo e também o custo de manutenção é mais elevado
Figura 2 - Elevador a vácuo. Fonte: SIMI ELEVADORES
Com o desenvolvimento e o aprimoramento dos elevadores elétricos, elevou-se aos passageiros o conforto durante a viagem. Novas tecnologias surgiram e permitiram a instalação de elevadores elétricos isentosda necessidade da presença da casa de máquinas - vide Figura
3 -, permitindo a sua aplicação mesmo em locais com espaços limitados. Contudo, a especial vantagem fornecida pelo equipamento elétrico se dá na redução do ruído gerado no curso do seu funcionamento, uma vez que os elevadores hidráulicos necessitam de uma moto-bomba. Aliado a um menor custo de manutenção, este padrão de equipamento também se apresenta mais eficiente energeticamente, características que são altamente desejáveis em uma instalação residencial.
Figura 3 - Elevador elétrico sem casa de máquinas
Fonte: ARCH DAILY. Elevadores:
Componentes de Elevadores Elétricos
Apesar de existirem alguns modelos de elevadores elétricos, há, no entanto, algumas convergências no que se refere aos seus componentes. Em geral, não há variações significativas nos principais componentes do equipamento. Isto posto, consta demonstrado na Figura 4, uma imagem esquemática, na qual estão representandos as partes e peças mais importantes de um elevador elétrico.
Figura 4 - Principais componentes de um elevador elétrico. Fonte: Crel Elevadores
Elevadores de Passageiros
Quanto aos fundamentos teóricos atribuídos aos elevadores e às suas tecnologias, por sua vez são compostos de terminologias. Portanto, para um bom entendimento e uma adequada compreensão, faz-se necessário que sejam definidos e expostos alguns termos habitualmente empregados em instalação de elevadores, e dentre as principais terminologias de componentes para elevadores se destacam as seguintes:
- Ascensor ou elevador: aparelho estacionário provido de cabina que se move aproximadamente
na vertical entre guias, servindo a níveis distintos e destinado ao transporte de pessoas e carga,
- Botão (chave) de emergência: dispositivo de acionamento manual destinado a paralisar o carro
e mantê-lo parado;
- Cabina: parte do elevador que transporta passageiros e objetos;
- Caixa: espaço onde o carro e o contrapeso viajam. Este espaço é limitado pelo fundo do poço,
pelas paredes e pelo teto;
- Carga nominal: Carga para a qual o equipamento foi construído;
- Casa de máquinas: recinto destinado à localização da máquina, painel de comando e outros
dispositivos destinados ao funcionamento dos elevadores;
- Contrapeso: conjunto formado por armação, pesos e acessórios destinados à contrabalançar
o peso do carro e parte da carga nominal;
- Freio de segurança: dispositivo de segurança fixado na armação do carro ou do contrapeso,
destinado a para-los de maneira progressiva ou instantânea prendendo-os às guias quando acionado;
- Limitador de velocidade: Dispositivo que, quando o elevador atinge uma velocidade
predeterminada, causa a parada do elevador e, se necessário, aciona o freio de segurança;
- Nivelamento: Operação que proporciona precisão de parada nos pavimentos;
- Máquina: conjunto destinado a movimentar o carro, constituído principalmente de motor, polia
de tração (ou tambor) e freio;
- Percurso: distância percorrida pelo carro entre as paradas extremas;
- Poço: parte da caixa situada abaixo do nível de parada mais baixo servido pelo elevador;
- Velocidade nominal: velocidade do carro, em metros por segundo (m/s), para a qual o
equipamento foi construído.
Funcionamento
Em geral, como ilustrado na Figura 5, a cabina é montada sobre uma plataforma, a qual por sua vez é sustentada por uma armação de aço. Ao conjunto formado por armação, cabina e plataforma denomina-se carro. O contrapeso é constituído por uma armação metálica formada por duas longarinas e dois cabeçotes, onde se fixam os pesos (intermediários), de tal forma que o conjunto tenha um peso total igual ao do carro, acrescido de 40% a 50% da capacidade licenciada. As guias são trilhos de aço do tipo T, sobre as quais deslizam o carro e o contrapeso através de corrediças. A fixação das guias é feita em suportes de aço chumbados em vigas, sejam de concreto ou de aço, na caixa.
O carro e o contrapeso são suspensos por cabos de aço ou por novos elementos de tração que passam por polias de tração e de desvio, instaladas na casa de máquinas ou na parte superior da caixa, conforme demonstrado na Figura 6. O movimento de subida e descida do carro e do contrapeso é proporcionado pela máquina de tração, que imprime à polia a rotação necessária para garantir a velocidade especificada para o elevador.
Para que haja o controle operacional do elevador, existe a necessidade de controlar a corrente elétrica do motor, garantindo a aceleração e o retardamento do sistema. A parada é feita pela ação de um freio instalado na máquina. Além desse freio normal, é exigido por norma, devido à questões de segurança, que o elevador seja provido de um freio de segurança disposto para situações de emergência. O freio de segurança é um dispositivo fixado na armação do carro ou do contrapeso, destinado a pará-los de maneira progressiva ou instantânea, prendendo-os às guias quando acionado pelo limitador de velocidade. No entanto, a sua atuação é mecânica.
O limitador de velocidade, por sua vez, trata-se de um dispositivo montado no piso da Casa de Máquinas ou no interior da caixa, constituído basicamente de polia, cabos de aço e interruptor, de modo que, quando a velocidade do carro ultrapassar um limite preestabelecido, o limitador acionará mecanicamente o freio de segurança, e promoverá o desligamento do motor do elevador
Figura 5 - Esboço de um elevador elétrico com casa de máquinas
Fonte: SCHINDLER ELEVADORES.
Figura 6 - Esboço de um elevador sem casa de máquinas
Fonte: SCHINDLER ELEVADORES.
Elevador sem Casa de Máquinas
Na hipótese de um elevador elétrico ser instalado sem a necessidade de casa de máquinas, faz-se necessárias algumas mudanças na configuração dos componentes. Entretanto, a partir de pequenas mudanças na seleção dos componentes será possível provocar uma ampla redução no espaço exigido para a instalação do equipamento, conforme demostrado na Figura
7.
Cabe anotar que a máquina de tração e o limitador de velocidade se encontram acima das guias do carro e do contrapeso. Além disso, será necessário obter alguma alternativa para promover a instalação do quadro de comando.
Figura 7 - Elevador elétrico sem casa de máquinas
Fonte: 7LIFT ELEVADORES.
Todavia, para as instalações residenciais os equipamentos sem casa de máquinas se apresentam altamente vantajosos em relação aos equipamentos convencionais, porém se limitam a equipamentos de médio e pequeno porte.
As vantagens dos sistemas sem casa de máquina em relação aos sistemas convencionais, se apresentam exemplificados pelos seguintes fatores:
a) Menor tempo de manutenção;
b) Menor custo de manutenção;
c) Menor custo com mão-de-obra durante a construção;
d) Maior liberdade no projeto arquitetônico;
e) O equipamento ocupa menos espaço, possibilitando maior área útil para o edifício;
f) Menos peças móveis, a fim de obter maior durabilidade e confiabilidade;
g) Baixa interferência no processo construtivo.
Estabelecer Funções
No programa do projeto se faz relevante estabelecer a definição e as funções do equipamento, ou seja, as ações nas quais o equipamento ou o sistema projetado deverá executar ou se destinará a fazer, tendo em vista que as funções de engenharia envolvem, por sí só, o fluxo ou a transformação de energia, bem como os materiais e as informações. Logo, as funções do equipamento dispor-se-ão em:
1º) Transportar pessoas entre os pavimentos de uma residência;
2º) Transportar cargas entre os pavimentos de uma residência;
3º) Suportar seu próprio peso;
4º) Suportar a carga útil;
5º) Proteger o usuário do acesso às partes móveis do equipamento;
6º) Permitir o acesso seguro do usuário ao equipamento;
7º) Converterenergia elétrica em energia mecânica para a movimentação do equipamento;
8º) Identificar o pavimento em que a cabina se encontra;
9º) Nivelar o piso da cabina com o pavimento no qual se encontra;
10º) Mover-se para o pavimento solicitado pelo usuário tanto externamente, nas portas de pavimento, quanto internamente, dentro do elevador;
11º) Travar em caso de emergência informada pelo usuário;
12º) Travar caso haja interrupção da alimentação elétrica ou falha mecânica;
13º) Reiniciar o funcionamento a partir de qualquer posição após o travamento apenas com o comando do usuário;
14º) Ventilar a cabina;
15º) Limitar excessos de velocidade;
16º) Manter o curso projetado do equipamento;
17º) Suportar os esforços gerados pela frenagem e movimentação excêntrica eventual do equipamento;
18º) Agregar valor estético à residência.
3. DESENVOLVIMENTO DE PROJETO
Mediante a proposta metodológica adotada ao projeto, doravante faremos um detalhamento descritivo e avaliativo das partes componentes do elevador, sendo elas: a cabina, o contrapeso, os cabos e polias, a máquina de tração, as guias para o carro e para o contrapeso, a caixa e os dispositivos de segurança.
3.1 Cabina
A cabina é a parte do elevador que transporta passageiros e objetos. O conjunto formado pela armação, paredes, piso e teto da cabina deve ter resistência mecânica suficiente para suportar as forças aplicadas tanto no funcionamento normal do elevador quanto na aplicação do freio de segurança ou no impacto do carro com o pára-choque.
Para uma análise estrutural, é fundamental que seja feita uma análise prévia do design em estudo, isto é, identificar quais serão os componentes mais solicitados para o dimensionamento dos perfis metálicos. Tendo em vista as eventuais imprecisões das informações de projeto, é necessário adotar um coeficiente de segurança a fim de garantir a prevenção da falha. Priorizando a segurança, deve-se adotar o dimensionamento de cada peça da estrutura da cabina considerando o caso mais crítico, tanto em relação às cargas quanto em relação ao local de aplicação da carga. Além disso, é necessário considerar os fatores econômicos e a disponibilidade comercial dos materiais selecionados.
3.2 Contrapeso
O contrapeso deve ser construído de tal modo que sua massa total seja igual à massa do carro mais 50% da carga útil. Neste projeto, o equipamento se comportará de maneira semelhante a uma polia móvel, conforme a imagem abaixo.
Cabos
Contrapeso
Cabina
3.3 Cabos e Polias
Os cabos de suspensão e as polias são componentes críticos na construção de um elevador. Seguindo normas técnicas, o diâmetro nominal mínimo de um cabo de elevador deve ser de 6 mm, e um elevador de tração deve ser suspenso por no mínimo 2 cabos. Devido ao fato de ser um dos componentes mais críticos do elevador, é conveniente adotar coeficientes de segurança mais elevados.
Para as polias, a relação entre o diâmetro de polias e o diâmetro nominal de cabos de suspensão deve ser pelo menos 30. Logo, o diâmetro mínimo das polias deverá ser de pelo menos 180 mm.
3.4. Máquina de Tração
Responsável pelo movimento do elevador, a máquina de tração é ligada à cabina do elevador e ao contrapeso através dos cabos de aço de tração. A cada comando de subida e descida, a
máquina suporta o peso da cabina e passageiros, além do contrapeso, cabos de aço e correntes de compensação.
Máquina nova
Maquina antiga
Figura 8: Elevador e Máquina de tração. Fonte: Atlas.Schindler
Cabe asseverar que o contínuo funcionamento de um elevador executado por longos, promove desgastes em vários componentes da máquina. Estes desgastes poderão ser monitorados quando da execução das manutenções preventivas e/ou corretivas, e quando recomendável, faz-se-à recomendação da substituição do conjunto. Neste sentido, o conjunto Máquina de Tração será composto por motor, redutor, freio e polia, além de incluir a troca de todos os cabos de aço de tração.
Sobretudo, o desgaste da máquina de tração poderá causar vibrações na cabina, trancos nas viagens, paralisações e alto custo de manutenção.
Como sugestão de motor, escolheu-se W22 Motofreio IR2 da WEG [32], Figura 11, cujas características se encontram registradas na Figura 12 - Dados elétricos do W22 Motofreio IR2 da WEG
Figura 11 - W22 Motofreio IR2 da WEG
Figura 12 - Dados elétricos do Motofreio W22 - IR2 da WEG. Fonte: WEG MOTORES
Em relação ao inversor de frequência em virtude da necessidade do tamanho compacto, alta performance e facilidade de uso, ideal para aplicações em pequenas máquinas, têm-se como exemplo, a especificação do modelo CFW100 - Mini Inversor de Frequência, conforme ilustrado na Figura 13.
Figura 12 - CFW100 - Mini Inversor de Frequência. Fonte: WEG. Automação Inversores de Frequência
3.5. Caixa
Trata-se do compartimento do equipamento destinado à proteger o carro do elevador e todas as partes móveis que compõem, bem como em servir-se de estrutura para a fixação de componentes e partes do elevador, dentre elas as guias, os suportes, os dispositivos de segurança, as portas de pavimento e portas de emergência. A caixa deverá ocupar um espaço reduzido, bem como agregar valor estético ao imóvel ao qual.
A seguir, a título ilustrativo na Figura 15, se apresenta uma imagem do design de uma caixa projetada, considerando a utilização de perfis quadrados com medidas supostas de 65 x 65 x
3m.
Figura 15 - Design da caixa do elevador
3.6. Dispositivos de Segurança
Estes dispositivos são o limitador de velocidade e o freio de segurança, encontrados em Elevadores que adotam recursos mecânicos de segurança, os quais necessitem serem acionados na hipótese da ocorrência de falhas de comando e movimento, vindo a promover o excesso de velocidade do carro.
3.7. Limitador de Velocidade
O limitador de velocidade é um dispositivo que monitora constantemente a velocidade do elevador. Basicamente é constituído de uma polia, sobre a qual corre um cabo de aço, conforme ilustrado na Figura 22.
Figura 22 - Limitador de velocidade
Fonte:
Caso o elevador ultrapasse o limite de velocidade permitido, de imediato o limitador promove o despacho do primeiro sistema de segurança elétrico, interrompendo o fluxo de energia elétrica demandada ao elevador, junto ao quadro elétrico de comando. Ainda assim, caso o elevador não venha a parar, será disparado um comando de segurança mecânico, acionando o dispositivo de desengate, localizado sobre a cabina, o qual por sua vez atuará sobre o freio de segurança, cessando o movimento definitivamente o elevador.
3.8. Freio de Segurança
Segundo a norma ABNT. NBR 12892:2009, o carro deverá ser equipado de um freio de segurança capaz de operar pelo menos no sentido de descida, e possível de parar o carro com a sua carga nominal, à velocidade de desarme do limitador de velocidade, mesmo se ocorrer ruptura dos elementos de suspensão, motivado pela compressão nas guias, e de manter o carro preso nelas.
Figura 23 - Freio de segurança instantâneo
Fonte: WITTUR.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desenvolvimento de novos produtos e de inovadas tecnologias é de suma importância ao desenvolvimento do nosso país. Somente através de ações desta natureza é que poderão os profissionais alcançarem a obtenção de novos conhecimentos e inovadas oportunidades para desenvolverem novas descobertas no campo do conhecimento.
A proposta deste trabalho se propôs em apresentar um plano de projeto de um elevador residencialpara passageiros, passando pelas fases do projeto informacional, conceitual, chegando aos procedimentos de dimensionamento dos componentes determinantes ao projeto.
Desta feita, o trabalho pode alcançar os objetivos propostos no momento em que fora conhecido os procedimentos e processos do desenvolvimento das etapas requeridas por um projeto na sua execução, gerando, enfim, uma concepção racional do produto finalizado.
Importante e de soberano interesse é o destaque pelo qual o produto se notabiliza competitivo no mercado de consumo, pois quando comparado a produtos similares, se apresenta com custos expressivamente menores aos custos de fabricação.
Cabe destacar que o projeto, objeto deste trabalho, fora pesquisado e relatado mediante à situações reais praticadas no meio da prestação dos referidos serviços.
Finalmente, à de declarar que através da elaboração deste trabalho fora possível aplicar os conhecimentos adquiridos durante toda a graduação, fixando e adquirindo novos conteúdos conceituais e práticos. Ademais, este projeto possibilita ao acadêmico o preparo para enfrentar o mercado de trabalho, tendo em vista que a execução de um projeto exige um amplo envolvimento acadêmico e comprometimento profissional, face ao dever pleno do cumprimento das metas propostas e exigidas pelo particular projeto.
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