Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE PAULISTA ATIVIDADE PRATICA SUPERVISIONADA Guindaste por Polias Curso de Engenharia (1ºSemestre) SANTANA DE PARNAÍBA 2017 UNIVERSIDADE PAULISTA ATIVIDADE PRATICA SUPERVISONADA ANTONIO LUCAS SOUSA FERNANDES B49DHI-8 10/EM0P06 DANILO PEREZ B953JB-9 10/EM0P06 DANILO MILTON FUMES A7020D-0 10/EM0P06 FELIPE SILVA DE AVELAR B165HJ-1 10/EM0P06 FERNANDO MEIRA SIQUEIRA B507DF-8 10/EM0P06 GUILHERME MARTINS DE AZEVEDO B5045H-6 10/EM0P06 IVER PAULI DOS SANTOS B54919-0 10/EM0P06 LAIS ANDRADE SOUZA B55792-3 10/EC0P06 VINICIUS NASCIMENTO LISBOA DOS REIS B5061B-0 10/EM0P06 Guindaste por Polias Curso de Engenharia Trabalho de Orientação aos Alunos e Pro- fessores da Universidade Paulista sobre Guindaste por polias. SANTANA DE PARNAÍBA 2017 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Guindaste século I d.C ....................................................................................................... 07 Figura 2 - Grua............................................................................................................................................. 09 Figura 3 –Grua e seus componentes................................................................................................ 10 Figura 4 –Tipos diferentes de pinças ................................................................................................ 11 Figura 5 –Tipos diferentes de pórticos ............................................................................................. 11 Figura 6 – Grua Florestal ........................................................................................................................ 12 Figura 7 – Guindaste Munk ................................................................................................................... 13 Figura 8 – Funcionamento do guindaste ......................................................................................... 14 Figura 9 – Tipos de guindastes ........................................................................................................... 15 Figura 10 – Aplicação de forças e sentido em polias ............................................................... 16 Figura 11 – Tipos de polias ................................................................................................................... 17 Figura 12 – Polias Fixas .......................................................................................................................... 18 Figura 13 – Polias Moveis ...................................................................................................................... 19 Figura 14 – Associação de Polias ...................................................................................................... 19 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 05 2 OBJETIVO ..................................................................................................................................... 06 3 HISTORIA DO GUINDASTE ................................................................................................ 07 3.1 Grua .................................................................................................................................................. 08 3.2 Pinça ou multiangular .............................................................................................................. 11 3.3. Pórtico ............................................................................................................................................. 11 3.4 Grua Florestal .............................................................................................................................. 11 3.5 TruckCraneGuindauto: Guindaste rodoviário ou Munck ......................................... 12 4 FUNCIONAMENTO DO GUINDASTE............................................................................. 13 5 GUINDASTE POR POLIAS .................................................................................................. 16 6 POLIAS E ROLDANAS ........................................................................................................... 18 6.1 Polias Fixas .................................................................................................................................. 18 6.2 Polias Moveis .............................................................................................. 19 6.3 Associação de Polias .................................................................................. 19 7 MONTAGEM ................................................................................................................................ 21 7.1 Materiais Utilizados ................................................................................................................... 21 7.2 Construção .................................................................................................................................... 21 8 CUSTO ESTIMADO ................................................................................................................ 24 9 CALCULOS UTILIZADOS .................................................................................................... 25 10 DESENHO DO PROJETO .................................................................................................... 29 11 CONCLUSÃO .............................................................................................................................. 31 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 32 5 1 INTRODUÇÃO O objetivo geral da pesquisa desse trabalho é projetar e construir um sistema de polias (moveis e fixas) que possa suportare erguer uma carga de no mínimo 1kgf, respeitando integralmente regras pré-estabelecidas. Frisando que para alunos que já concluíram o curso e estão concluindo a grade do 1º semestre a nota será valida somente do trabalho aqui informado, por isso os valores e matérias aqui informados são apenas ilustrativos. Este trabalho mostra a linha temporal dos guindastes e como ele evoluiu no decorrer do tempo, os diferentes tipos e as principais características de cada um, seus componentes e as áreas onde é mais usado. 6 2 OBJETIVO O objetivo deste trabalho é ter um conhecimento mais amplo de uma das invenções mais usadas em áreas portuárias e civil para desta forma poder desenvolver um protótipo de polias (moveis e fixas) que possa suportare erguer uma carga de no mínimo 1kgf, respeitando integralmente regras pré-estabelecidas. O objetivo do trabalho é construir um protótipo, e um modelo para teste, que deveraserapresentado no diapreestabelecido pela instituição de ensinoUnip. O objetivo do ponto de vista acadêmico é que utilizemos o que foiaprendidonasdisciplinas de: Fenômenos de transporte Complementos de física Principais desafios Suportar um carga inicial de (1Kgf); Suportar um carga média de (2 kgf); Suportar uma carga máxima de (4 Kgf); Desenvolvimento de montagem; Layout e apresentação; 7 3 HISTORIA DO GUINDASTE Não se tem um registro antes do século I a C a respeito de guindaste, o que se pode concluir é que surgiu na Grécia ou Roma nesta época.A maior parte dos escritos sobre guindastes vem do arquiteto Vitrúvio(Século I a C ) e de Héron de Alexandria ( século I d. C). O mais simples guindaste descritos compunham-se apenas de uma única estaca fincada no chão, que era erguida e sustentada por um par de cabos amarrados em uma extremidade superior, em seu topo, prendia-se a roldana por onde corria a corda utilizada para sustentar os materiais. Essa corda era normalmente operada por molinete fixo num dos lados da estaca, junto a base. Figura 01 – Guindaste século I d.C Já na época medieval os construtores conseguiram superar quase todos os problemas que decorriam dos guindastes anteriores. A força humana usada para fazer funcionar o molinete (peça que traciona o cabo, carretilha, dentro existe uma serie de engrenagens e rolamentos que facilitam o trabalho) , permaneceu insubstituível até o surgimento das maquinas a vapor Os guindastes da idade media foram usados na área portuária para carregamentos e descarregamentos e construção de embarcações alguns eram construídos sobre torres de pedra para estabilidade e capacidade extras. Os primeiros guindastes eram feitos de madeira, mas, com a Revolução Industrial, passaram a ser produzidos com ferro fundido e aço . Atualmente, o guindaste é constituído normalmente por uma torre equipada com cabos e roldanas que é usada para levantar e baixar materiais. 8 Na construção civil, os guindastes são estruturas temporárias fixadas ao chão ou montadas num veículo especialmente concebido, normalmente ao lado da edificação, usado para elevar cargas pesadas aos andares superiores. Os guindastes podem ser operados com cabine aonde há um controlador ou operador, por uma pequena unidade de controle que pode comunicar via rádio, por infravermelhos ou ligada por cabo. O guindaste também chamado de grua e nos navios de ‘’pau de carga’’ é um equipamento utilizado para a elevação e a movimentação de cargas materiais pesados, assim como, a ponte rolante usando o principio da física no qual uma ou mais máquinas simples criam vantagem mecânica para mover cargas além da capacidade humana. São muito utilizados na indústria, terminais portuários e aeroportuários, onde existe grande mobilidade no manuseio de cargas e transporte de uma fonte primaria a embarcação, trem ou elementos de transporte primário, ou mesmo avião, veiculo de transporte, eles podem carregar contêineres, organizar material pesado, movimentação de cargas pesadas na construção civil, laminação e motores pesados. 3.1 Grua Criada na Europa antes da Segunda Guerra Mundial (1939 – 1945), também chamada de guindaste universal de torre, é um equipamento desenvolvido para auxiliar no transporte de cargas, tanto na horizontal como na vertical. Foi mantida a sua concepção inicial sem grandes alterações até os dias de hoje. Desta forma, podemos dizer que é um equipamento de grande durabilidade e versatilidade: tendo manutenção adequada, poderá ser utilizado por várias décadas. Ela é uma estrutura metálica de grande porte, pode ter altura de trabalho de 10 metros até 150 metros ou mais. A grande evolução ocorrida com as Gruas atualmente ocorreu a partir de 1997, quando houve a inserção junto ao sistema de comando dos motores elétricos convencionais existentes, o sistema eletrônico de variador de frequência ou conversor de torque, fazendo com que a grua trabalhe mais suavemente, com arranque menos brusco acarretando menores manutenções e menor desgaste, inclusive com maior economia no consumo de energia elétrica. 9 Figura 02 – Grua A grua é constituída: Truques de Translação ( grua móvel); Carro Base (móvel ou fixo) e Base Fixa Peso da Base; Elementos de Pore( Base); Mãos de parvos ou do presidente; Elemento de Torre (Interno ou Externo); Gaiola de telescopagem; Porta rolamento; Elemento Cabine; Ponta da Torre; Contra-Lança; Tirantes da Bazuca-Lança; Contra peso de Contra-Lança; Lança; Tirantes da Lança; Carrinho da Lança; Moitão de Carga; Sistema Operacional Limites de Segurança 10 Figura 03 – Grua e seus componentes 11 3.2 Pinça ou multiangular Usado na construção civil, é desmontável devido a ser pesado e grande, geralmente treliçado. É composto de duas extremidades: numa delas, fica a pinça elevatória descendente e/ou ascendente; na outra, fica um imenso contrapeso, que estabiliza o conjunto, evitando a sua queda. Normalmente, é fixada em pesada base sustentado por uma torre modular. É um conjunto de possante motor com roldanas, acopladas a um ou mais cabos de alta resistência. Utiliza a teoria das roldanas para "dividir" o peso nos cabos de elevação. Figura 04 – Tipos diferentes de Pinças 3.3. Pórticos Usados normalmente em portos para descarregar grandes e pequenos contentores ou contêineres, ou embalagens padrão para transporte de cargas com capacidade de até 20 metros cúbicos. Esse tipo de guindaste pode erguer até 12 contentores (contêineres) de 20 metros cúbicos cada um ou mais em alguns casos. Figura 05 – Tipos de Pórticos 3.4. Grua Florestal Equipamento utilizado para transportar toras de madeira, carregadas em caminhões ou carretas, levadas para processamento em indústrias de carvão vegetal, papel e celulose e para alimentação de caldeiras. 12 Figura 06 – Grua florestal 3.5. TruckCraneGuindauto: Guindaste rodoviário ou Munck No brasil são chamados de caminhão “Munck”., são usados para a movimentação de cargas na construção civil, descargas de maquinário,montagem de estruturas e movimentação de tanques, silos, entre outras utilidades. São equipamentos montados sobre caminhão convencional, com chassi alongado, ou concebidos num conjunto que já compreende caminhão e equipamento num só. Tem lança telescópica com a opção de colocação de jib (lança auxiliar mecânica que serve para aumentar o comprimento). Podem ter diversas capacidades. Figura – 07 Guindaste Munk 13 4 FUNCIONAMENTO DO GUINDASTE Qualquer modelo utiliza inúmeros acessórios para os trabalhos de sustentação: nos ganhos de aço adaptam-se redes, tramas, cordas, cabos de aço etc. Para operar com materiais a granel, de pequeno porte, mas soltos e em grande quantidade (tais como minérios ou grãos) os guindastes são equipados com uma garra ou concha composta de duas mandíbulas articuladas. O funcionamento de guindaste depende de uma relação matemática entre força utilizável no cabo de aço e o ângulo em que se encontra o material a ser erguido. A segurança de toda operação bem como a capacidade de máquina, subordinam-se sempre a essa relação matemática. Os modelos mais indicados para uso interno em grandes galpões, tais como os de oficinas de usinagem, usinas siderúrgicas e outros tipos de fabrica, são os elétricos de ponte rolante. O guindaste propriamente dito movimenta-se de um lado para o outro sobre uma ponte que atravessa toda a largura da área de trabalho. Ao contrario dos guindastes de ponte tradicionais, os de lança são quase sempre autônomos, destinados à utilização ao ar livre e impulsionados por motores a diesel, ao invés de elétricos. A lança oferece grande mobilidade para realizar as operações porque tanto pode ser erguida ou baixada verticalmente quanto girar horizontalmente, em circulo, acompanhando sua superestrutura.Em quase todos os modelos de guindaste, a maior parte da ação de levantamento de carga é executada por um ou mais cabos de aço que se enrolam em um tambor situado dentro da superestrutura. Quando o solo é plano e firme, os guindastes de lança movimentam-se usualmente sobre pneumáticos. Em solos instáveis ou irregulares, porém, costumam apoiar-se sobre esteiras, como as dos tanques militares. Importante para todos os tipos de guindastes, o problema do equilíbrio torna-se critico nos modelos de torre, muito empregado na construção civil. Sua torre serve de suporte para um braço horizontal que se prolonga em direções opostas e em comprimentos distintos. A extremidade mais curta do braço possui um contrapeso; na outra, o mecanismo de suspensão movimenta-se sobre um trole. A capacidade de carga aumenta á medida que o trole trabalha mais próximo da torre central. 14 Serviços portuários de carga e descarga de navios valem-se de diferentes equipamentos, especialmente destinados a trabalhos específicos. Contudo, um dos guindastes de emprego mais generalizados em docas é o que possui a lança conectada com um braço articulado, ou seja, o modelo mais conhecido como grua. Outro tipo de guindaste comum nos portos é o de garra, especialmente projetado para a carga e descarga de material a granel. Sua lança assemelha-se a uma meia ponte que se projeta para fora do cais, permitindo que navios atraquem embaixo do trole que conduz o mecanismo de suspensão da garra. Assim, a garra desce verticalmente até os porões da embarcação, recolhe e ergue o material. Depois, o trole leva a garra com o material para o interior do cais onde a carga é depositada. Em estaleiros há guindastes com mais de 120 metros da altura que suspendem 1500 toneladas numa única operação. Figura – 08 Funcionamento do guindaste 15 Figura 09 – tipos de guindastes 16 5 GUINDASTE POR POLIAS Segundo algumas hipóteses (Edwin Tunis, 2002), a roda foi inventada na Ásia,há 6000 anos, na Mesopotâmia. Foi uma invenção de importância extraordinária, não só porque promoveu uma revolução no campo dos transportes e da comunicação, mas também porque a roda, com diferentes modificações. No início foi destinada a transporte de cargas, diminuindo o esforço humano. Nessa época as rodas eram maciças e de madeira. Aos poucos foi se aperfeiçoando com a introdução de furos até a origem dos raios, tornando-se mais veloz e de fácil manejo. Com seu movimento giratório, a roda tornou-se logo parte integrante das máquinas que auxiliam o homem a levantar pesos. O guindaste, por exemplo. No guindaste a roda mudou de aspecto, transformando-se em uma roldana, ou seja, em uma roda estriada de modo que uma corda pudesse correr dentro dela, dando origempolia. Os primeiros guindastes (Oliver Bachmann, Heiz-HebertCohrs, Tim Whiteman, Brigitte Jenner, 1997) usados pelos gregos e pelos romanos para suspender blocos de pedras, eram formados por traves fortes, chamadas mastros, quase sempre inclinadas. No ponto de encontro fixava-se uma polia. As polias são comumente utilizadas nas academias. Estas equipam a máquinajuntamente com um cabo de aço, que será ligado nos pesos. Figura 10 – aplicação de força e sentido em polias 17 Figura 11 – Tipos de polias 18 6 POLIAS E ROLDANAS São dispositivos que tem como função mudar a direção e sentido da força que traciona ou tenciona um fio/corda. Elas são usadas para aumentar ou diminuir a força, mantendo a intensidade. São classificadas como fixas e moveis. 6.1 Polias Fixas Mudam a direção e sentido de uma força, mais mantem sua intensidade, pode ser presa a um suporte rígido ou fixo, executa apenas movimento de rotação e não de translação. Figura 12 –Polias Fixas Na figura 1 a força aplicada pelo homem que tem direção vertical e sentido para baixo passa a agir sobre o bloco na direção horizontal e sentido para a direita, mas com a mesma intensidade. Já na figura 2 passa de vertical para baixo para vertical para cima agindo sobre o bloco. Na figura 3 a força aplicada pelo homem é transmitida ao bloco verticalmente e para cima Na figura2 e 3 se os blocos estiverem em equilíbrio a intensidade da força aplicada é sempre igual a do peso do bloco. 19 6.2 Polias Móveis As poliasmóveis conseguem aumentar e diminuir a intensidade de forças , entretanto ela diminui o deslocamento do corpo , ou seja, se o cabo subir 20 metros o bloco subira metade 10 metros. Figura 13 – Polia movel 6.3 Associação de polias Associação de polias é quando temos mais de uma polia em um sistema podendo ser fixa, móveis ou fixa e móveis em um mesmo sistema. Polia fixa e outra móvel:Geralmente possui uma polia fixa no teto, ela não interfere no valor da força aplicada pelo motor ou pessoa, serve apenas para comodidade , levantando ou puxando o peso do objeto , entretanto, a polia de baixo móvel, reduz pela metade a força aplicada pela pessoa, ou seja, metade do peso do objeto. Figura 14 – Associação de polias 20 Polia Fixa e varias polias móveis:chamada de talha exponencial onde pode se ter n polias moveis e uma fixa neste caso a força exercida para comprimir ou tracionar o objeto, se tiver N polias corresponde a 2^N do peso do objeto. Figura 15 – Polias Fixas e varias Polias Moveis . 21 7 MONTAGEM 7.1 Materiais utilizados: chapa de inox ( 430 mm X 140 mm); 1 chapa inox (200 mm X 120 mm) 4 Barra de inox (500 mm); 4 Barra de inox (250 mm); 32 barra de inox (6 mm); 1 barra quadrada 4 X 4 mm 5 Polias 15 Parafusos; 31 Arruelas, 1 carretel; 1 Disco de freio R= 40 mm 7.2 Construção: 1. Pega a chapa de inox (430 mm x 140 mm) dobra as extremidades para fazer o apoio, 2. Pega a chapa de inox (200 mm X 120 mm) posiciona na extremidade da chapa maior e faz 4 furos de cada lado, ultrapassando as duas chapas. 3. Parafusa uma na outra. 4. Pegar um pedaço de tubo de inox e cortar de aproximadamente 40 mm para fazer a caixa onde ira o carretel. 5. Fure a barra de 40 mm para passar o carretel de uma forma que o carretel fica no centro, após isso soldar no centro da chapa, dobre uma chapinha e fure para acrescentar o disco de freio que servira como parar o peso na posição desejada do carretel. Acrescente a porca para fixar tudo. 22 6. Solda as barras de 500 nas de 250 mm fazendo um ‘’L’’ e depois utilizar as 32 barras de 6 mm para fazer uma treliça para ajudar na estabilidade do guindaste assim este pronto o corpo do guindaste. 7. Acrescente as polias na extremidade do guindaste e em seguida solde. Às arruelas, as polias serão fixadas através dos parafusos. 8. Coloque uma polia móvel no centro e pronto., a móvel foi dobrada em U no centro dessa dobra foi solda uma arruela para acrescentar um anzol que fizemos dobrando uma barrinha em ‘’S’’. 23 9. Solde a base para formar o corpo do guindaste e esta finalizado, caso queira passe uma tinta spray para dar o acabamento. 24 8 CUSTO ESTIMADO MATERIAL QUANTIDADE PREÇO OBSERVAÇÕES chapa de inox ( 430 mm X 140 mm); 1 R$ 7,60 1 chapa inox (200 mm X 115 mm) 1 R$ 5,20 Barra de inox (320 mm); 4 R$ 27,90 preço de uma barra de Barra de inox (260 mm 4 barra de inox (6mm); 32 barra quadrada 4 X 4 mm 1 R$ 16,00 Preço de uma barra de 60 Cm Polias 6 R$ 00,00 Usinado Parafusos / arruelas 31 R$ 0,12 Linha de costura tipo tex 25 1 R$ 1,99 Disco de freio 1 R$ 00,00 Usinado Anzol 1 R$ 00,00 Usinado TOTAL R$ 58,81 25 9 CÁLCULOS UTILIZADOS Os conceitos de utilização de polias para os cálculos são importantes pois as polias são multiplicadoras de forças, podemos utilizar uma força mínima para movimentar/içar objetos muito mais pesados que a força aplicada. Primeiro vemos que nosso projeto utiliza dois tipos de polias as moveis e as fixas, a polia fixa não se movimenta, já a móvel ou também chamada de polia livre se movimenta para baixo ou para cima de acordo com a força aplicada. Utilizando N Polias temos que N= 2୬= N, ou seja, a aplicação de força é N vezes menor, entretanto essa aplicação é utilizada quando a um conjunto de várias polias moveis. Nós utilizamos uma polia móvel cuja a aplicação de força é P/2 como veremos mais à frente. Depois calculamos o peso, no caso para 1 Kg pela formula: P=m x g Onde: P = Peso M = Massa (1 Kg) g = Aceleração da gravidade (10 m/s²) P= (1) Kg X (10) m/s² P =10 Newtons P P/2 P/2 P/2 T T T T P/2 P/2 T 26 Para que ocorra equilíbrio a tensão tem que ser 5 N em cada extremidade da corda. P/2 = 10/2 = 5N Mais precisamos saber a tensão necessária para erguer a massa, ou seja, deve ser superior a 10 N esta de 5 N é somente a distribuição de força para que isso ocorra na polia móvel. Aplicando a segunda lei de Newton: F= m x a Onde: F = Força resultante m = massa a = Aceleração A tensão na corda é o resultado das forças que puxam a corda em ambos os lados. Considerando que a corda é esticada firmemente, qualquer mudança na aceleração ou massa dos objetos sustentado pela corda causara uma mudança na tensão. Temos: T-P = m x a T-10=1 x a 10-T=1 x a 27 Onde: T =Tensão No sistema fica: T-T +10 -10= 1xa A=1m/s² Substitui na primeira equação T-P = m xa T-10=1 x 1 T= 11 N Para massa = 2 Kg so substituir: P = m x g P = (2 ) Kg x (10) m/s² P = 20 N Para que ocorra equilíbrio a tensão tem que ser 10 N em cada extremidade da corda. P/2= 20/2=10N T-P = m x a T-20=2 x a 20-T=2 x a T-T +20 -20 = 2 x a a=2 m/s² 28 Substitui na primeira equação T-P = m x a T-20=2 x 2 T= 24N Ou seja, para movimentar 20 N o ideal é que a tensão seja de 24 N. Para o peso de 4 Kg: P = m x g P = (4 ) Kg x (10) m/s² P = 40 N Para que ocorra equilíbrio a tensão tem que ser 20 N em cada extremidade da corda. P/2= 40/2=20N T-P = m x a T-40=4 x a 40-T=4 x a T-T +40 -40 = 4 x a A=4 m/s² Substitui na primeira equação T-P = m x a T-40=4 x 4 T= 56N Ou seja, para movimentar 40 N o ideal é que a tensão seja de 56 N. 29 10 Desenho do Projeto 30 31 11 CONCLUSÃO Com a realização deste trabalho percebemos a importância de um bom dimensionamento e na distribuição de forças através de polias, com um esforço pequeno pode-se movimentar pesos muito superiores a força aplica. Aprendemos sobre a historia dos guindastes, os componentes do guindaste, os tipos e aplicação de guindastes específicos para cada função seja ela portuária, florestal, industrial etc. e seu funcionamento. Também vemos a importância da aplicação das polias o longo da historia e os tipos de polias moveis e fixas. Podemos através deste trabalho concluir a importância da correta aplicação de forças para realizar trabalhos muito mais elevados e de certa forma mais difíceis se operássemos apenas com força bruta. Aprendemos com os cálculos como utilizar a mínima força necessária para atingir o objetivo do projeto que é içar os pesos de 1Kg. 2 Kg e 4 Kg. 32 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [ 1 ] http://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/dinamica/polias-e-roldanas/ [ 2 ] https://civilizacaoengenheira.wordpress.com/2012/12/22/como-funcionam-os- guindastes-torre/ [ 3 ] http://www.mademil.com.br/empresa/a-polia [ 4 ] http://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/dinamica/polias-e-roldanas/ [ 5 ] http://www.fisicaexe.com.br/fisica0/mecanica/dinamica/exedinamica.html [ 6 ] http://pt.wikihow.com/Calcular-Tens%C3%A3o-em-F%C3%ADsica