APS 8 semestre - Bombas word

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1
)UNIVERSIDADE PAULISTA
LEONARDO BORGES MACEDO CAMARGO LUCAS SALES DA CONCEIÇÃO HENRIQUE TARSITANO
BRUNO BARONI CASEMIRO
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA:
Bomba de Engrenagem e de Refrigeração
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO 2019
LEONARDO BORGES MACEDO CAMARGO; N910AG-3 LUCAS SALES DA CONCEIÇÃO; D075GD-2 HENRIQUE TARSITANO; N803AH-0
BRUNO BARONI CASEMIRO; N921FE-5
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA:
Bomba de Engrenagem e de Refrigeração
Atividade Prática Supervisionada (APS), apresentada como exigência para a avaliação do 8º semestre, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista.
Orientador: Prof. Me. Eng. Mecânico Willian Roberto Valicelli Sanitá.
SÃO JOSÉ DO RIO PRETO NOVEMBRO DE 2019
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2
)
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3
)
	Figura 1 - Funcionamento de uma bomba de engrenagens no ano de 2009
	11
	Figura 2 – Bomba P350 Parker desmontada no ano de 2019
	12
	Figura 3 – Riscos na vedação no ano de 2010
	14
	Figura 4 – Cisalhamento de Chaveta no ano de 2010
	14
	Figura 5 – Mancal fresado no ano de 2010
	15
	Figura 6 – Danificação devido a agentes externos no ano de 2010
	15
	Figura 7 – Superfície riscada, devido a contaminação do óleo hidráulico ano
2010
	15
	Figura 8 – Esmerilhamento devido contaminação do óleo hidráulico ano 2010
	16
	Figura 9 – Óleo hidráulico sujo ano 2010
	16
	Figura 10 – Esmagamento da engrenagem, devido ao funcionamento do
solenoide. Falha total. Ano 2010
	16
	Figura 11 – Falha por cavitação ano 2010
	17
	Figura 12 – Bancada de testes de bombas do Centro Integrado de
Manutenção, Bunge. Ano 2019.
	18
	Figura 13 – Bomba de refrigeração para torno, ano de 2019
	31
	Figura 14 – Bomba de refrigeração para torno/fresa/furadeira 220V, ano 2018
	31
	Figura 15 – Bomba de refrigeração para serra, no ano de 2018
	32
	Figura 16 – Peças do equipamento, no ano de 2017
	33
	Gráfico 3.1 – Fator de Concentração de tensão no ano de 1971
	21
	Gráfico 3.2 – Fator de velocidade no ano de 1971
	22
	Gráfico 3.3 – Fator de vida no ano de 1971
	23
 (
LISTA DE FIGURAS
)
LISTA DE QUADROS
	Quadro 3.1 – Fator de sobrecarga no ano de 1971
	20
	Quadro 3.2 – Erro de fabricação no ano de 1971
	20
	Quadro 3.3 – Fator de aplicação no ano de 1971
	22
	Quadro 3.4 – Coeficiente de forma de Lewis
	23
	Quadro 3.5 – Fator de vida à compressão
	25
	Quadro 3.6 – Tensão admissível à tração
	25
	Quadro 3.7 – Tensão admissível à compressão
	26
	Quadro 4 – Perda de carga por singularidade
	29
	Quadro 5 – Dados coletados
	29
	Quadro 6 – Perda de carga nos componentes de controle
	30
	Quadro 7 – Capacidade dos líquidos de uma bomba de refrigeração
	32
	Quadro 8 – Capacidade de acordo com o tipo de metal
	33
 (
4
)
 (
5
)LISTA DE SÍMBOLOS
𝑍 →Número de dentes;
𝑛 → Rotação;
𝑄 →Vazão;
𝐻 →Potência [HP];
𝑑 →Diâmetro primitivo;
𝜇 →Rigidez do material;
𝜱 →Ângulo de pressão;
𝐸 →Módulo de elasticidade;
𝜎𝑐 →Tensão de compressão (Hertz);
𝜎𝑓 → Tensão de tração (Lewis);
𝑊𝑡 →Força tangencial;
𝛿 →Fator de sobrecarga;
𝑚 →Módulo da engrenagem;
𝛼 →Erro de fabricação;
𝑏 →Comprimento do dente;
𝜋 →Número de Pi;
𝑙𝑒 →Comprimento efetivo do dente;
𝐾𝑒 →Coeficiente de distribuição de carga;
𝐾𝑓 →Coeficiente de concentração de tensão;
𝑉𝑡 →Velocidade tangencial;
𝐶𝑣 →Coeficiente de velocidade;
 (
6
)𝐾𝑎 →Fator de aplicação;
𝐿𝑓 →Fator de vida;
𝑦𝑡 →Fator de Lewis;
𝐸𝑡 →Grau de recobrimento total;
𝐸𝑐 →Grau de recobrimento frontal;
𝑟𝑒 →Raio externo da engrenagem;
𝑟𝑝 →Raio primitivo da engrenagem;
𝑟𝑏 →Raio de base;
𝑝 →Passo circular;
𝑦𝑐 →Fator de Lewis corrigido;
𝑑𝑝 →Diâmetro primitivo;
𝐿𝑓𝑐 →Fator de vida à compressão;
𝜎𝑓𝑎𝑑𝑚 →Tensão admissível de tração;
𝜎𝑐𝑎𝑑𝑚 →Tensão admissível de compressão;
𝑁 →Potência da bomba;
𝑀𝑡 →Momento torçor;
𝑛𝑚ℎ →Rendimento mecânico hidráulico.
 (
7
)LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
	RPM – Rotações por minuto
	12
	LPM – Litros por minuto
	12
	Lean – Lean manufacturing
	13
	CH570 – John Deere CH570
	13
	3520 – John Deere 3520
	13
	PCM – Planejamento de Controle e Manutenção
	19
	KPI’s – Key Performance Indicator
	19
 (
8
)
As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica. A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada da bomba, o que permite que a pressão atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção, a penetrar na bomba. A bomba passará o fluido para a abertura de descarga, forçando-o através do sistema hidráulico. Embora as bombas possuam uma enorme diversidade de princípios construtivos, são classificadas, de forma mais ampla, como não-positivas quando o fluxo for continuo e como positivas quando o fluxo for pulsante.
Palavras-chave: Bombas, hidráulica e energia mecânica.
 (
RESUMO
)
 (
9
)
Pumps are used in hydraulic circuits to convert mechanical energy into hydraulic energy. The mechanical action creates a partial vacuum at the pump inlet, which allows atmospheric pressure to force tank fluid through the suction line into the pump. The pump will pass the fluid into the discharge port, forcing it through the hydraulic system. Although pumps have a huge diversity of design principles, they are more broadly classified as non-positive when flow is continuous and as positive when flow is pulsating.
Keywords: Pumps, hydraulics and mechanical energy.
 (
ABSTRACT
)
 (
10
)
LISTA DE FIGURAS	3
LISTA DE QUADROS	4
LISTA DE SÍMBOLOS	5
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS	7
RESUMO	8
ABSTRACT	9
INTRODUÇÃO	11
Bomba de engrenagem	11
Causas de falhas em bombas de engrenagem	12
Dimensionamento e memorial de cálculo de uma bomba de engrenagem 19
Cálculo de tensões e potência de bomba	19
Exemplo de aplicação prática dos cálculos	27
Bomba de refrigeração	30
Estrutura de funcionamento	32
Precauções com a bomba de refrigeração	33
CONCLUSÃO	34
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	35
 (
SUMÁRIO
)
1. INTRODUÇÃO
Tendo como base o estudo técnico, objetiva-se a obtenção de uma relação analítica da Bomba de Engrenagem e a de Refrigeração. Neste trabalho estaremos abordando a diferença entre ambas as bombas, bem como as principais falhas e a importância das mesmas. Relacionaremos também, através do dimensionamento e memorial de cálculo o projeto de uma bomba de engrenagens estabelecendo correlações e tolerâncias de acordo com aplicações práticas.
2. Bomba de engrenagem
A Bomba de engrenagens é um componente do circuito hidráulico de excelente custo benefício, utilizada para transmitir potência através do óleo hidráulico, no processo conhecido como fluido dinâmico. A mesma é formada por um par de engrenagens de deslocamento positivo, envolto por uma carcaça, onde uma engrenagem é acionada pelo motor, e a segunda engrenagem é acionada pela primeira (motora-movida). Durante este processo é gerado um movimento que passa a bombear um líquido, que comumente é o óleo hidráulico, transmitindo assim uma potência através deste bombeamento.
Figura 1 - Funcionamento de uma bomba de engrenagens
Fonte: Pronex, 2009.
 (
11
)
Basicamente, o funcionamento se dá pelo bombeamento do óleo, que é direcionado pelo movimento das engrenagens para o orifício de saída. Para que haja essa movimentação, inicialmente é gerado um vácuo na entrada pelos dentes das engrenagens em movimento, convertendo energia mecânica em energia hidráulica.
Figura 2 - Bomba P350 Parker desmontada
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
Essa bomba positiva é comumente especificada através de sua capacidade máxima de pressão e também pelo seu deslocamento, o qual é calculado em litros por minuto (LPM) e em rotações por minuto (RPM). Além disso, ainda é importante considerar outras características dessa bomba positiva, como a sua temperatura de operação, vazão, rotação máxima e pressão máxima de operação.
Elas são utilizadas em vários setores, como por exemplo, em indústrias, no segmento rodoviário e agrícola, fazendo parte de máquinas, tratores, colhedoras entre outros. Dependendo de cada aplicação, é importante que abomba seja adequada para um determinado tipo de atividade. Para isso, é preciso analisar a sua capacidade volumétrica, observando se o modelo da bomba possui os canais de lubrificação e os mancais de rolamento necessários.
2.1. Causas de falhas em bombas de engrenagem
Tais como humanos, máquinas estão sujeitas a defeitos, no entanto em uma escala bem menor comparado ao homem.
Como a bomba de engrenagem é aplicada em vários segmentos, como, na indústria agrícola, em tratores, máquinas agrícolas, entre outras, estas demandam uma grande pressão normal de trabalho e em muitas das vezes, estão sujeitas a condições adversas.
No Centro Integrado de Manutenção, Bunge, unidade Moema, mensalmente são desmontadas e reformadas entre 7 a 10 colhedoras/mês dos modelos CH570 e 3520. A unidade possui uma linha de produção lean que acomoda cerca de 10 máquinas, com todas as peças no chão.
Em sua Central de Agregados, oficina de Hidráulica; chegam bombas de engrenagem de diversos tipos. Dentre as manutenções, 50% estão boas condições e outras 50% apresentam falhas dos mais diversos tipos, são:
· Falha de manuseio durante a manutenção local;
Riscos e batidas na área de vedação dos pórticos da carcaça (pressão e sucção). Podem ocorrer erros durante a montagem do flange e/ou manuseio inadequado da bomba.
a) Corrosão por atrito.
b) Rasgo da chaveta deformado devido ao mau assentamento do cone interno.
Cisalhamento da chaveta devido:
a) Mau assentamento do cone interno.
b) Aperto incorreto da porca na ponta do eixo.
Figura 3 - Riscos na vedação
Fonte: Rexroth, 2010.
Figura 4 - Cisalhamento de Chaveta
Fonte: Rexroth, 2010.
· Defeito de acionamento;
Danificação da bomba devido ao esforço axial na ponta do eixo. O mancal traseiro da engrenagem motora e movida fresadas, devido à força axial resultante da transmissão da bomba.
Figura 5 - Mancal fresado
Fonte: Rexroth, 2010.
· Entrada de corpo estranho;
Entrada de corpo estranho na bomba, ocasionando travamento e danificação dos componentes.
Figura 6 - Danificação devido a agentes externos
Fonte: Rexroth, 2010.
· Contaminação de óleo hidráulico no Campo;
Figura 7 - Superfície riscada, devido contaminação do óleo hidráulico
Fonte: Rexroth, 2010.
Figura 8 - Esmerilhamento devido contaminação do óleo hidráulico
Fonte: Rexroth, 2010.
Figura 9 - Óleo hidráulico sujo
Fonte: Rexroth, 2010.
· Sobrecarga do sistema;
Consequências de alta temperatura na bomba ocasionando a danificação dos colos e faces devido a abrasão e fundição. Efeitos similares são produzidos por sobrecargas hidráulicas e sobreaquecimentos. Dentre estes, travamento do corte de base da Colhedora, ocasionando o mal funcionamento do alívio da válvula solenoide.
Figura 10 - Esmagamento da engrenagem, devido ao mal funcionamento da solenoide. Falha total
Fonte: Rexroth, 2010.
· Cavitação;
A cavitação ocorre em ambientes com baixa pressão e alta temperatura, nessa situação, o fluido a ser bombeado começa a se tornar vapor, formando-se pequenas bolhas de ar. Com o movimento do rotor da bomba, essas bolhas são conduzidas juntamente com o fluido à zona de alta pressão, fazendo com que elas sofram um colapso e implodam, voltando a substância ao estado líquido. Nesse processo de implosão, é liberado um jato de ar em alta velocidade.
Pode parecer inofensivo isoladamente, porém se a bomba estiver cavitando, esses micro “mísseis” estarão sendo disparados em média 25 mil vezes por segundo. Isso vai danificando principalmente o rotor da bomba, fazendo com que ela deixe de trabalhar eficientemente e muitas vezes sendo inutilizada.
Figura 11 - Falha por Cavitação
Fonte: Rexroth, 2010.
Alguns planos de ação, recomendados pelo fabricante e pelo estudo técnico tendem a diminuir tais fatores, como:
· Reduzir a altura de sucção e o comprimento desta tubulação, aproximando-se ao máximo a bomba da captação;
· Reduzir-se as perdas de carga na sucção, com o aumento do diâmetro dos tubos e conexões;
· Refazer todo o cálculo do sistema e a verificação do modelo da bomba;
· Quando possível, sem prejudicar a vazão e/ou a pressão final requeridas no sistema, pode-se eliminar a cavitação trabalhando-se com registro na saída da bomba "estrangulado", ou, alterando-se o(s) diâmetro(s) do(s) rotor(es) da
bomba. Estas, porém são providências que só devem ser adotadas em último caso, pois podem alterar substancialmente o rendimento hidráulico do conjunto.
Falhas e soluções como estas podem ser reduzidas seguindo cuidados básicos, que otimizam e diminuem a quantidade de itens e custos durante a manutenção de uma colhedora, são:
· Nunca utilize óleo recuperado ou diferente daquele especificado pelo fabricante;
· Não utilize fita teflon ou outros tipos de veda juntas com contaminantes;
· Na limpeza do reservatório, evite utilizar estopas. Antes de trocar o óleo, assegure que o mesmo esteja limpo;
· Mantenha o nível do óleo e substitua o filtro nos intervalos de manutenção pré-determinados;
· No caso de bombas hidráulicas de engrenagens deve-se iniciar o trabalho com o circuito descarregado, garantindo alimentação de óleo no pórtico de sucção, a fim de evitar cavitação e consequente dano deste produto.
Um Planejamento de Controle de Manutenção – PCM adequado e a aplicação de técnicas e ferramentas de qualidade, tais como Kaizen, KPI’s e planos de ação podem contribuir para uma melhoria continua no aprimoramento da manutenção, contribuindo para vida útil do equipamento.
Figura 12 - Bancada de teste de bombas do Centro Integrado de Manutenção, Bunge
Fonte: Elaborado pelo autor, 2019.
2.2. Dimensionamento e memorial de cálculo de uma bomba de engrenagem
Para os cálculos foi selecionada uma bomba de engrenagem modelo T2040 - Interpump, sabe-se que:
· Tipo de engrenagem: cilíndrica de dentes retos;
· Número de dentes (Z): 12 (para cada engrenagem);
· Rotação (n): 1750 [rpm];
· Carga de pressão fornecida ao fluido: 200 [bar];
· Vazão (Q): 40 [l/min];
· Potência (H): 21 [HP] = 15659,7 [w];
· Diâmetro (d): 32 [mm];
· Relação de Transmissão (i): 1:1.
2.2.1. Cálculo de tensões e potência de bomba
Tensões Aplicadas - Tensão de Flexão no pé do dente:
· Equação de Lewis (Tração):
𝜎𝑓 = (𝑤𝑡 ∗ 𝛿 ∗ 𝐾𝑒 ∗ 𝐾𝑓 ∗ 𝐾𝑎)/(𝑚 ∗ 𝑙𝑒 ∗ 𝑦𝑐 ∗ 𝐶𝑣 ∗ 𝐿𝑓)	(1)
· Equação de Hertz (Compressão):
𝜎𝑐 = √(0,70)/[( 1 ) + ( 1 ) ∗ 𝑐𝑜𝑠𝞥 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝞥]+ √( 𝑤𝑡∗𝐾𝑒
) ∗ (𝑖+1)* √𝐾𝑎
(2)
𝐸1
𝐸2
𝑙𝑒∗ 𝑑𝑝 ∗ 𝐶𝑣
1	𝐿𝑓𝑐
· Força tangencial (Wt):
𝑊𝑡 = (𝐻 ∗ 60000)/(𝑑 ∗ 𝑛 ∗ 𝜋)	(3)
𝑊𝑡 = (15659,7 ∗ 60000)/(32 ∗ 1750 ∗ 𝜋) = 5340,68 [𝑁] = 534,07 [𝑘𝑔𝑓]	(3.1)
· Fator sobrecarga (𝞭):
Utilizando a Tabela 3.1 (Niemann, 1971), determina-se que o fator de sobrecarga (Imagem X):
Adotado → 𝞭= 1,2
· Módulo da engrenagem (m):
𝑚 = 𝑑/𝑍	(4)
𝑚 = 32/12 = 2,67 [𝑚𝑚]	(4.1)
· Erro de Fabricação (𝛼):
Utilizando a Tabela 3.2 (Niemann, 1971), pode-se determinar o erro de fabricação (Imagem X) :
Adotado → 𝛼 = 0,001
· Comprimento do dente (b):
𝑏 = 4 ∗ 𝜋 ∗ 𝑚	(5)
𝑏 = 4 ∗ 𝜋 ∗ 2,67 = 33,55 [𝑚𝑚]	(5.1)
· Comprimento efetivo do dente (𝑙𝑒):
 (
√
)𝑙𝑒 =	2∗𝑤𝑡
𝞵∗𝛼
∗ 𝑏	(6)
 (
𝑙𝑒 = √
)2∗534,06
5∗105∗0,001
∗ 33,55 = 48,98 [mm]	(6.1)
· Coeficiente de distribuição de carga (Ke):
𝐾𝑒 = 𝜇∗𝛼
2∗𝑊𝑡
∗ ( 𝑙𝑒)2 + 1	(7)
𝑏
𝐾𝑒 = (5∗105)∗0,001
5∗534,01
∗ ( 48,98)2 + 1 = 1,684	(7.1)
33,55
· Coeficiente de concentração de tensão (Kf):
Utilizando o gráfico 3.1 (Niemann, 1971), pode-se determinar o coeficiente de concentração de carga (Imagem X):
Adotado → 𝐾𝑓 = 0,96
· Velocidade tangencial (vt);
𝑉𝑡 = (𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑛)/(60𝑥103)	(8)
𝑉𝑡 = (𝜋 ∗ 32 ∗ 1750)/(60𝑥103) = 2,93[𝑚/𝑠]	(8.1)
· Coeficiente de velocidade (Cv):
Utilizando o gráfico 3.2 (Niemann, 1971), pode-se determinar o coeficiente de velocidade (Imagem X):
Adotado → 𝐶𝑣 = 0,8 (𝑒𝑛𝑔𝑟𝑒𝑛𝑎𝑔𝑒𝑛𝑠 𝑟𝑒𝑡𝑎𝑠 𝑒 𝑏𝑜𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠ã𝑜).
· Fator de aplicação (Ka):
Utilizando a tabela 3.3 (Niemann, 1971), pode-se determinar o fator de aplicação (Imagem X):
Adotado →𝐾𝑎 = 1 (ó𝑟𝑔ã𝑜𝑠 𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒 𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑒).
· Fator de Vida (Lf):
Utilizando o gráfico 3.3 (Niemann, 1971), pode-se determinar o fator de vida (Imagem X):
Adotado → 𝐿𝑓 = 1,8 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑣𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 105 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠).
· Fator de forma de Lewis (yt):
Utilizando a tabela 3.4 (Niemann, 1971), pode-se determinar o fator de forma de Lewis (Imagem X):
Adotado → 𝑦𝑡 = 0,211 (𝑝𝑎𝑟𝑎 12 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠).
· Grau de recobrimento total (𝐸𝑡):
Para engrenagens de dentes retos 𝐸𝑡 = 𝐸𝑐.
𝐸𝑐 = (√(𝑟𝑒12 − 𝑟𝑏12) + √(𝑟𝑒22 − 𝑟𝑏22) − (𝑟𝑝1 + 𝑟𝑝2) ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝟇)/(𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝞥)	(9) Sendo que:
𝑟𝑝 = 𝑑/2	(10)
𝑟𝑝1 = 𝑟𝑝2 = 32/2 = 16 [𝑚𝑚]	(10.1)
𝑟𝑒 = 𝑟𝑝 + 𝑚	(11)
𝑟𝑒1 = 𝑟𝑒2 = 16 + 2,67 = 18,67 [𝑚𝑚]	(11.1)
𝑟𝑏 = 𝑟𝑝 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝟇	(12)
𝑟𝑏1 = 𝑟𝑏2 = 16 ∗ 𝑐𝑜𝑠30º = 13,87 [𝑚𝑚]	(12.1)
𝑝 = 𝜋 ∗ 𝑚	(13)
𝑝 = 𝜋 ∗ 2,67 = 8,39 [𝑚𝑚]	(13.1)
Portanto retornando à equação (9) temos:
𝐸𝑐 = √(18,672−13,872)+√(18,672−13,872)−(16+16)∗𝑠𝑒𝑛 30º
8,39∗𝑐𝑜𝑠30º
𝐸𝑐 = 𝐸𝑡 = 1,24	(9.1)
· Fator de Lewis corrigido (yc):
𝑦𝑐 = 𝑦𝑡 ∗ 𝐸𝑡	(14)
𝑦𝑐 = 0,211 ∗ 1,24 = 0,262	(14.1)
· Diâmetro primitivo (dp):
𝑑𝑝 = 𝑍 ∗ 𝑚	(15)
𝑑𝑝 = 12 ∗ 2,67 = 32 [𝑚𝑚]	(15.1)
· Fator de vida à compressão (Lfc):
Utilizando o tabela 3.6 (Niemann, 1971), pode-se determinar o fator de vida à compressão (Imagem X):
Adotado → 𝐿𝑓𝑐 = 1,4 (𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑣𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 105 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠).
· Tensão admissível de tração (𝜎𝑓𝑎𝑑𝑚):
Utilizando o tabela 3.5 (Niemann, 1971), pode-se determinar a tensão admissível de tração (Imagem X):
Adotado → 𝜎𝑓𝑎𝑑𝑚 = 152 [𝑀𝑃𝑎].
· Tensão admissível de compressão (𝜎𝑐𝑎𝑑𝑚):
Utilizando o tabela 3.7 (Niemann, 1971), pode-se determinar a tensão admissível de compressão (Imagem X):
Adotado → 𝜎𝑐𝑎𝑑𝑚 = 411 [𝑀𝑃𝑎].
Voltando às equações (1) e (2) para calcularmos as tensões de flexão e compressão no pé do dente:
𝜎𝑓 = (534,06 ∗ 1,2 ∗ 1,684 ∗ 0,96 ∗ 1)/(2,67 ∗ 48,98 ∗ 0,262 ∗ 0,8 ∗ 1,8)	(1.1)
𝜎𝑓 = 21 [𝑀𝑃𝑎]	(1.2)
	
𝜎𝑐 = √(0,70)/[(	1
) + (	1
) ∗ 𝑐𝑜𝑠30º ∗ 𝑠𝑒𝑛30º]+√( 534,06∗1,684 ) ∗ (1+1)*√1
	 
(2.1)
200∗103
200∗103
48,98∗ 32 ∗ 0,8
1	1,4
𝜎𝑐 = 339,71 [𝑀𝑃𝑎]	(2.2)
Para análise das forças é necessário a comparação das tensões com as tensões admissíveis de flexão e compressão, dessa forma:
𝜎𝑓𝑎𝑑𝑚 ≥ 𝑜𝑓 → 152 [𝑀𝑃𝑎] ≥ 21 [𝑀𝑃𝑎]	(16)
∴ As engrenagens não irão se romper por tensão de flexão.
𝜎𝑐𝑎𝑑𝑚 ≥ 𝜎𝑐 → 411 [𝑀𝑃𝑎] ≥ 339,71 [𝑀𝑃𝑎]	(17)
∴	As engrenagens não irão se romper por tensão de flexão.
· Potência da bomba (N):
𝑁 = (𝑀𝑡. 𝑛)/9549	(18)
Para encontrar o momento torçor (Mt), utiliza-se a seguinte formula:
𝑀𝑡 = (𝑄𝑏 ∗ 𝛥𝑃)/(100 ∗ 𝑛ℎ𝑚)	(19)
𝑀𝑡 = (40 ∗ 200)/(100 ∗ 0,87) = 91,95 [𝑁. 𝑚]	(19.1)
Retornando a equação (18), temos que:
𝑁 = (𝑀𝑡 ∗ 1750)/9549 = 16,85 [𝐾𝑤]	(18.1)
2.2.2. Exemplo de aplicação prática dos cálculos
Na figura 1 é ilustrado um circuito que exemplifica os cálculos de perda de carga total e perda térmica para com o cilindro B. É averiguado sua viabilidade quanto as condições finais de funcionalidade.
Figura 17 – Circuito hidráulico
Material de hidráulica, 2019.
Resolução:
V = 121,65. 𝜌(1 ) = 121,65. 251	= 581,86
3,3	3,3
Diâmetro interno da tubulação
	
dt = √		Q 0,015.π.v
=	40
 (
√
)0,015.π.581,86
= 1,20 cm
Reynolds
Re = 𝑉.𝑑𝑡 = 581,86 .1,20 = 1939,53
𝜗	0,36
Tubos rígidos e temperatura variável
𝜑 = 75 =	75
= 0,038
𝑅𝑒	1939,53
Depois de analisar o circuito foram obtidos os componentes ilustrados no quadro 4 e 5, estando disponível a perda de carga por singularidade e os dados coletados.
Quadro 4 – Perda de carga por singularidade
	
Singularidade
	
Quantidade
	
L2 Parcial
	Tê saída bilateral
	
1
	
150
	Tê P. Direta
	
2
	
80,02
	Cotovelo 90º RLG
	
2
	
40
	Cotovelo 90º RDM
	
2
	
80
	
Total
	
350,02
Quadro 5 – Dados coletados
	D. interno (dt)
	
	C. Tubulação (L1)
	500 cm
	L2
	350,02 cm
	Lt = L1 + L2
	850,02 cm
	Dens. Do fluido
	880 Kg/𝑚3
A equação abaixo é necessária para obtenção de perdas de carga distribuída e localizada na tubulação com conexões:
∆𝑃 =
0,038. 5. 850,02. 880 . 581, 862
1,20 . 1010	= 4,01 𝑏𝑎𝑟
No quadro 6 é possível observar a perda de carga nos componentes de controle detalhadamente
Quadro 6 – Perda de carga nos componentes de controle
	
	Quantidade
	Perca
parcial
	Total
	Valv. De cont.
direcional (J)
	1
	3,8
	3,8
	Seq. Tipo
D210P
	1
	4,5
	4,5
	Cont. de
fluido DRV8
	2
	42
	84
 (
Total
92,3
)A perda de carga total no cilindro B é
∆𝑃𝑡 = ∆𝑃 + 𝑑𝑃
∆𝑃𝑡 = 4,01 + 92,3 = 96,31 𝑏𝑎𝑟
3. Bomba de refrigeração
A bomba de refrigeração entende-se de um equipamento utilizado aos processos industriais no qual ocorre o trabalho de refrigeração de máquinas de corte. Também é responsável por ajudar no processo de refrigeração de peças, tais como ferramentas de corte e brocas. Ela é aplicada na circulação de líquidos, podendo atuar em circuitos abertos e fechados. A peça trabalha em várias potencias, variando de acordo com a finalidade de seu uso.
As bombas são adequadas para a circulação de fluidos de baixa viscosidade, trabalhando com líquidos com temperatura máxima de até 45ºC. A bomba de refrigeração é composta por materiais que formam o corpo e o eixo. No corpo é usado termoplástico, alumínio, latão, ferro fundido e aço inoxidável. No eixo é usado aço carbono ou aço inox. Além disso, a máquina é composta por propulsor, câmara
de sucção, flange de sucção e anel centrifugador. O seu motor é elétrico e pode ser monofásico ou trifásico. Suas tensões podem variar em 220V, 380V e 440V.
Na figura 13 é possível observar um modelo de bomba de refrigeração para torno monofásica de 110V/220V. No processo de usinagem, como exemplo a parte de corte, as maquinas usadas esquentam além do normal e precisam de resfriamento para não se danificarem, sendo de suma importância o uso de uma bomba de refrigeração.
Figura 13 - Bomba de refrigeração para torno
Fonte: Mérito Comercial, 2019.
Na figura 14 é possível observar outro modelo de bomba de refrigeração, que além de ser usada em tornos, também é utilizada em fresas e furadeiras. Sua ação é basicamente a mesma, evitar que as máquinas operantes sejam muito aquecidas ou danificadas.
Figura 14 - Bomba de refrigeração para torno/fresa/furadeira 220V
Fonte: SB Bombas, 2018.
Um modelo um pouco diferente, porém, com as mesmas funções, a bomba de refrigeração utilizada para serra evita seu superaquecimento e, consequentemente, sua danificação. Na figura 15 é mostrado uma versão Ak 501 – Allwerk 220V.
Figura 15 - Bomba de refrigeração para serra
Fonte: Mérito comercial, 2018.
3.1. Estrutura de funcionamento
A bomba de refrigeração pode ter níveis distintos se tratando de corrosão, dependendo do líquido que for utilizado para o resfriamento da máquina, como no torno por exemplo. A Asten, principal fabricante desse equipamento no brasil, montou um esquema de quadros para melhor compreensão e comparativo sobre o assunto. No quadro 7 são ilustrados quatro líquidos, sendo água pura, óleo diesel, tolueno e fenol. É possível observar sua capacidade em temperaturas de 20ºC e 40ºC, sendo representado pela letra “E” uma excelente capacidade e pela letra “R” uma capacidade regular.
Quadro 7 – Capacidade dos líquidos de uma bomba de refrigeração
Já no quadro 8, os mesmos líquidos são ilustrados de acordo com os tipos de metais, que são alumínio, latão, ferro fundido e aço inox. Também representado pela letra “E” para excelente capacidade, “R” para capacidade regular e “B” para boa capacidade.
Quadro 8 – Capacidade de acordo com o tipo de metal
3.2. Precauções com a bomba de refrigeração
Por razão de operar com equipamentos de corte é necessária fazer manutenções regulares para evitar que a bomba de refrigeração desgaste naturalmente. Para evitar danos graves como quebra e trincas, é necessáriofazer a troca dos anéis de desgaste do rotor e das buchas do eixo. Também é aconselhável aplicar na bomba de refrigeração rolamentos com blindagem dupla de borracha, selo em silício e revestimento de cerâmica nos rotores e no seu interior.
Quando aplicada em máquinas de produtos químicos é recomendado instalar a bomba de refrigeração com selo mecânico e vedar com viton, que é um tipo de borracha resistente a ataques químicos. A figura 16 se trata de um modelo básico de bomba de refrigeração, que mostra as peças bases como rotor, bucha, entre outros. A manutenção deve ser feita separadamente.
Figura 16 - Peças do equipamento
Fonte: SO Bombas, 2017.
4. CONCLUSÃO
O uso de bombas é um equipamento indispensável em uma indústria ou no segmento agrícola. Tende a crescer cada vez mais o seu uso com o investimento em novas tecnologias. Em usinas de açúcar e álcool, bombas de engrenagem estão em vários setores da planta industrial e estas devem ser eficientes para atender a demanda de moagem. No segmento de colhedoras agrícola, a falha em uma bomba seja por contaminação do óleo, cavitação ou falta de manutenção, pode vir parar o equipamento gerando um prejuízo aproximado de R$ 2 mil reais por hora. Dependendo da falha, corre o risco de vir a comprometer mais componentes. O Engenheiro Mecânico, ao dimensionar uma bomba deve levar diversos fatores em consideração, tais como lubrificação, aplicação, fator de segurança, entre outros. Por fim pelos dados analisados, o uso de bombas, seja de engrenagem ou refrigeração, tem um excelente custo benefício e uma grande perspectiva de crescimento, e esse processo é incentivado pelo Governo Federal, que além de ter investimentos na área de tecnologia, incentiva estudantes a desenvolverem através de pesquisas, novos produtos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DE MATTOS, E.E., DE FALCO, R., Bombas Industriais, 2 ed., Rio de Janeiro, Editora Interciência, 1998.
FOX, R.W., PRITCHARD, P.J., MCDONALD, A.T., Intrudução à Mecânica dos Fluidos,7 ed., Rio de Janeiro, Editora LTC, 2010.
EXNER, H., FREITAG, R., GEIS, I.,H., et al.Hidráulica Básica,3.1 ed., São Paulo, Editora Bosch Rexroth AG, 2005.
Produtos-	Parker.	Disponível	em:	http://www.parker.com/portal/site
/PARKER/menuitem.338f315e827b2c6315731910237ad1ca/?vgnextoid=e9b68380a 865e210VgnVCM10000048021dacRCRD&vgnextfmt=PT Acesso em: 18 nov. 2019
ZUICKER, GUSTAVO, (Brasil) (Ed.). Bill of Material: John Deere CH570 e 3520. Orindiúva: Bunge Sugar and Bioenergy, 2019.
PRONEX	(São	Paulo).	Bomba	de	Engrenagens	Externas.	Disponível	em:
<https://www.pronex.com.br/industrial/bombas/bomba-de-engrenagens-externas>. Acesso em: 23 nov. 2019.
HIDRAUTEC	(São	Paulo).	Bomba	de	Engrenagem.	Disponível	em:
<https://www.hidrautec.com.br/bomba-engrenagem>. Acesso em: 15 nov. 2019.
BUDYNAS, R. G., NISBETT, J. K., Elementos de Máquinas de Shigley, 8 ed., Porto Alegre, Editora McGraw-Hill, 2011.
BOSH REXROTH LTDA. Causas de Falhas em Bombas de Engrenagens. 2010. Disponível	em:	<https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/produtos/materiais
_t_cnicos_2012_a_2015/causas_de_falhas_em_bombas_de_engrenagem.pdf>. Acesso em: 21 nov. 2019.
SB BOMBAS. Bombas de refrigeração. Disponível em
<http://www.sbbombas.com.br/bomba-refrigeracao#:~:targetText=A%20bomba%20d e%20refrigera%C3%A7%C3%A3o%20trata,em%20circuitos%20abertos%20como% 20fechados.>. Acesso em: 13 de novembro de 2019.
MÉRITO COMERCIAL. Para que servem bombas de refrigeração. Disponível em
<https://blog.meritocomercial.com.br/tudo-sobre-bombas-de-refrigeracao-para- tornos-e-engrenagens/>. Acesso em: 13 de novembro de 2019.
ASTECH	BOMBAS.	Bombas	de	refrigeração.	Disponível	em
<http://www.astechbombas.com.br/bombas-de-refrigeracao.php>. Acesso em: 14 de novembro de 2019.
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