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TCC_calandra

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rebaixo no diâmetro no sentido de seu comprimento. Os mancais não permitem que a distância entre centros dos rolos seja alterada e o rebaixo tem a função de auxiliar o arraste da chapa para dentro da máquina. A distância entre centros dos rolos inferiores é de 440 mm, conforme mostrado na figura 8.
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Figura 8: Vista lateral esquerda da calandra estudada
Fonte: Wan Indústria e Beneficiamento de Chapas Ltda.
O rolo superior tem diâmetro de 360 mm, maior que os inferiores, e possui movimento vertical através de dois fusos posicionados nas extremidades, tendo movimentos independentes entre si, possibilitando assim a inclinação do rolo para calandragem de chapas cônicas. O movimento vertical do rolo superior é limitado por sensores de fim de curso. A figura 9 mostra o acoplamento que possibilita a inclinação.
Figura 9: Acoplamento que provoca inclinação no rolo superior.
Fonte: Wan Indústria e Beneficiamento de Chapas Ltda.
A máquina é dotada de dois motores elétricos com capacidades diferentes sendo que o de maior potencia é ligado aos rolos inferiores. A ligação motor – rolo inicia-se através de transmissão por correias seguida por caixas de redução, tendo relação de transmissão final de 1/437. A potência que é despejada nos rolos inferiores é a responsável por tracionar a chapa para dentro da máquina. O rolo superior não é tracionado por motores e sim pelo atrito causado pela chapa. Esse atrito é gerado pelo carregamento radial que o rolo exerce sobre a chapa quando é pressionado contra a mesma pelo motor de menor potência, denominado motor regulador de pressão.
 
Figura 10: Motores elétricos da máquina.
Fonte: Wan Indústria e Beneficiamento de Chapas Ltda.
Nota-se que durante o funcionamento da máquina a transmissão por correias permite escorregamentos entre correias e polias. Esses escorregamentos evitam que picos de esforços repentinos possam danificar a máquina, ou seja, funcionam como um fusível mecânico.
Existe no mancal do rolo superior uma articulação que permite seu deslocamento necessário para remoção da chapa calandrada, conforme mostrado na figura 11.
Com relação à operação da máquina, os proprietários limitam sua utilização à chapas de aço SAE 1020 laminadas a frio com espessura máxima de ¾” (19,05 mm) por 2500 mm de largura, devido à falta de informações técnicas sobre o limite de resistência da máquina.
O objeto de nosso estudo será identificar qual coeficiente de segurança está sendo utilizado e qual a capacidade real de operação do rolo superior da máquina, que é o mais solicitado durante a operação.
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Figura 11: Mancal esquerdo da calandra
Fonte: Wan Indústria e Beneficiamento de Chapas Ltda.
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5 – BASE DE CÁLCULOS DA MÁQUINA ESTUDADA
5.1 – Seqüência de cálculos adotada
Para se determinar qual a capacidade limite de operação dos rolos da calandra estudada é necessário saber com qual capacidade a máquina está trabalhando nas atuais condições de uso. Para tal, foi desenvolvida uma seqüência de atividades para se atingir o objetivo final, conforme lista abaixo:
Cálculo da força de dobra da chapa estudada
Cálculo das reações nos rolos da máquina
Cálculo da potência disponível na máquina
Cálculo da capacidade de tração da máquina
Correlação da capacidade de tração da máquina com a espessura da chapa
Capacidade de operação dos rolos em função da potência disponível e da força de dobra
Coeficientes de segurança utilizados nos rolos
Determinar qual o rolo mais solicitado
Capacidade de dobra dos rolos com coeficientes de segurança ajustados
5.2 – Cálculo da força de dobra
 O estudo da máquina em questão teve inicio pelo cálculo da força de dobra necessária para curvar a chapa. Conforme a configuração da máquina ilustrada na figura 12, foi adotado o conceito publicado na apostila de Estampos da Escola Pro-Tec, volume III (Provenza, 1976, p16.15) que especifica a eq.(1) abaixo:
							 (1)
Onde:
Figura 12: Esquema representativo da calandra
Fonte: Elaborado pelo autor
Aplicando os dados da máquina na eq.(1) tem-se:
 19,05 mm
 440 mm
 2500 mm
420 MPa
Assim, conclui-se que a força de dobra necessária para curvar a chapa de aço SAE 1020 laminado a frio de ¾” x 2500 mm é:
 ou 
5.3 – Cálculo do peso da chapa comercial
O peso da chapa deve ser considerado no cálculo das reações dos rolos inferiores somado à força de dobra. A chapa de aço SAE 1020 de ¾” x 2500 mm é encontrada no mercado com comprimento padronizado de 6m., assim, será adotada a dimensão comercial para o cálculo do peso da chapa.
Conforme Maia (2006,p02), a massa do corpo é definida em função do volume e do peso específico do material que o corpo é construído, conforme a eq.(2):
										(2)
Onde: 	
O volume da chapa é dado pela multiplicação da área da base pela espessura, sendo essas dimensões, em centímetros, de 600 x 250 x 1,905, conforme ilustra a figura 13.
Figura 13: Dimensões da chapa SAE 1020 encontrada no mercado
Fonte: Elaborado pelo autor
O volume da chapa em questão é de 285750 cm³
Uma vez calculado o volume pode-se então calcular a massa da chapa, conforme a eq.(2).
Com o valor da massa da chapa calculada acima, utilizou-se a eq.(3) (Beer, 1915, p.05) para o cálculo da força peso.
 								 	 (3)
Onde:
Atribuindo os valores à eq.(3):
A força peso da chapa SAE 1020 de dimensôes ¾” x 600 cm³ x 250 cm³ é:
5.4 – Cálculo das reações nos rolos inferiores
Conforme a figura 14, os rolos inferiores dividem entre si a força de dobra somada ao peso da chapa e ser curvada. A reação em cada rolo pode ser calculada conforme a teoria de equilíbrio dos corpos rígidos (Beer, 1915, p.215):
 
Figura 14: Esquema de forças dos rolos inferiores
Fonte: Elaborado pelo autor
Aplicando a somatória das forças conforme ilustração da figura 14, tem-se:
Onde:
Reação no rolo A
Reação no rolo B
Força peso da chapa
Assim, a reação em cada rolo inferior será:
5.5 – Cálculo da potência disponível na máquina
O objetivo principal desse estudo é a definição da capacidade de trabalho dos rolos da calandra. Para que se possa afirmar que a máquina está dimensionada em função dos rolos é necessário conhecer a capacidade de tração da mesma, e para que isso seja definido, é indispensável conhecer qual a potência disponível no sistema. Para tal estudo alguns dados foram levantados conforme lista abaixo:
- Potência e rotação do motor elétrico que traciona os rolos;
- Tipos de transmissão existentes do motor até os rolos inferiores;
- Rendimento de cada parte do sistema de transmissão;
- Perda de potência em função do rendimento do sistema.
- Potência disponível na máquina.
5.5.1 – Dados do motor
- Potência: 23 HP (17151 W)
- Tensão: 220 V
- Corrente: 56 A
- Freqüência: 60 Hz
- Rotação: 1750 rpm
5.5.2 – Tipos de transmissão
O esquema de transmissão da máquina está demonstrado na figura 15. A primeira transmissão de potência e movimento do motor elétrico é dada por um conjunto de 5 correias com formato em V. A polia do motor tem diâmetro de 220 mm e a polia da entrada do redutor tem diâmetro de 325 mm.
O redutor foi considerado como o segundo conjunto de transmissão da máquina, à partir das correias. Esse redutor, conforme poderá ser observado na seqüência desse relatório, é do tipo parafuso cilíndrico cuja relação de transmissão foi calculada em 40:1.
Na saída do redutor existe um par de engrenagens de dentes retos cujos números de dentes são de 17 e 80 respectivamente. No mesmo eixo de giro da engrenagem de 80 dentes existe a engrenagem de 16 dentes retos que é a engrenagem motora dos rolos inferiores. Esses