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APROM – Engenharia, Projetos e Consultoria Industrial APROM Engenharia LTDA. CNPJ:23.075.323/0001-40 IM: Av. Trajano Leão, 444, Bairro Lago das Mansões, Catalão-GO, 75707120 (64) 9 9627-0799 projeto@aprom.com.br www.aprom.com.br 76001 01 MATEUS AGUIAR 29/11/ RELATÓRIO DE ANÁLISE DE FLUTUADOR
RELATÓRIO DE ANÁLISE DE
FLUTUADOR
Contratante: Tecnosult Projetos Industriais Ltda CNPJ: 12.236.914/0001- Endereço: R Ponte Nova, 35, Sala: 202;, Centro, Ipatinga, MG, CEP 35160-017, Brasil Contato: Nilson E-mail: comercial@tecnosultprojetos.com.br Telefone: (31) 9 9701- AUTOR DO RELATÓRIO: Engenheiro: Mateus Lemes de Aguiar CREA: 197311/D-MG APROM ENGENHARIA LTDA. CNPJ: 23.075.323/0001- Insc. Mun.: 54009628 Insc. Est.: Isento Endereço: Av. Trajano Leão, 444, Lago das Mansões, Catalão- GO, 75707-120. Contato: (64)3442-6100 (64)9.9627-0799 engenharia@aprom.com.br www.aprom.com.br Documento Nº: 76001 Revisão: 1 Data: 29/11/
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Sumário
1 OBJETIVO.............................................................................................. 2
2 CAMPO DE APLICAÇÃO............................................................................ 3
3 NORMAS E DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA................................................ 3
4 DEFINIÇÕES........................................................................................... 4
5 CÁLCULO DA FLUTUABILIDADE DAS BOIAS............................................... 5
5.1 Cálculo da capacidade de carga das boias........................................ 5 5.2 Cálculo da carga atuante sobre as boias.......................................... 8 6 LISTAGEM DE POSSÍVEIS CAUSAS PARA A FALHA...................................... 9 7 RECOMENDAÇÕES DE MELHORIAS........................................................... 9 8 CONCLUSÃO......................................................................................... 11 9 ENCERRAMENTO................................................................................... 11 1 OBJETIVO
APROM – Engenharia, Projetos e Consultoria Industrial APROM Engenharia LTDA. CNPJ:23.075.323/0001-40 IM: Av. Trajano Leão, 444, Bairro Lago das Mansões, Catalão-GO, 75707120 (64) 9 9627-0799 projeto@aprom.com.br www.aprom.com.br 76001 01 MATEUS AGUIAR 29/11/ RELATÓRIO DE ANÁLISE DE FLUTUADOR Projeto Original do Flutuante – (Tecnosult Projetos Industriais Ltda) Bragança Pinheiro, A. C. Estruturas Metálicas, Blucher, 5a^ reimpressão, 2013. Shigley, J. E. Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill, 5a^ edição, 1989. Norma Brasileira ABNT NBR 8800:2008. Projeto e Execução de Estruturas de Aço de Edifícios. NBR 14762 - Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio Tabelas de perfis soldados e laminados Gerdau. 4 DEFINIÇÕES As variáveis utilizadas no cálculo são: a (^) - Comprimento da placa de base da coluna; A - Área do perfil; Ac - Área da base de concreto; Af - Área da aba do perfil; Ar, Ai, Ap - Área efetiva à tração dos parafusos; b - Largura em geral; bf - Largura da base do perfil; C’ - Constante de rigidez do parafuso; C 1 - Constante de dimensionamento de parafuso; Cb - Fator que leva em conta a forma do diagrama do momento fletor, considerado = 1 a favor da segurança; Cw - Constante de empenamento da seção transversal; d - Altura do perfil selecionado; d” - Diâmetro do chumbador; D - Diâmetro do parafuso; e - Espessura da placa de base; E - Módulo de elasticidade do aço; f - Flexão global; ft - Soma das tensões de flexão; fck - Resistência do concreto à compressão; fr - Tensão residual; fu - Limite de resistência à tração do aço; fy - Limite de escoamento do aço; fv - Esforço cortante; Fi - Pré-carga; Ftx - Tensão admissível para esforço de flexão; F’tx - Tensão admissível para esforço de flexão; F”tx - Tensão admissível para esforço de flexão; FS - Fator de serviço; Fv - Tensão admissível para esforço cortante; Fy - Limite de escoamento; G - Módulo de elasticidade transversal do aço; h - Altura em geral; It - Momento de inércia à torção; Ix - Momento de inércia relativo ao eixo x- x; Iy - Momento de inércia relativo ao eixo y- y; Kb - Índice de rigidez do parafuso; Km - Índice de rigidez dos membros; l - Comprimento do parafuso; L - Vão da viga; Lb - Comprimento do trecho sem contenção lateral; M - Massa do corpo; Ma – Massa da água; Mc – Massa do corpo; np - Número de parafusos; N - Esforço normal; Nd - Esforço normal acrescido de fator de serviço; Nn - Resistência nominal à força normal; P - Carga total atuante na viga; P” - Carga total atuante na placa da base da coluna; Ptot - Soma das cargas atuantes; q - Peso próprio do perfil selecionado; q” - Pressão exercida pelo momento fletor; rt , rmín - Menor raio de giração; rx - Raio de giração em relação ao eixo x- x;
APROM – Engenharia, Projetos e Consultoria Industrial APROM Engenharia LTDA. CNPJ:23.075.323/0001-40 IM: Av. Trajano Leão, 444, Bairro Lago das Mansões, Catalão-GO, 75707120 (64) 9 9627-0799 projeto@aprom.com.br www.aprom.com.br 76001 01 MATEUS AGUIAR 29/11/ RELATÓRIO DE ANÁLISE DE FLUTUADOR ry - Raio de giração em relação ao eixo y- y; Rn - Resistência nominal; SP - Carga de prova; tf - Espessura da aba do perfil; tw - Espessura da alma do perfil selecionado; V – Volume Wy - Módulo resistente para o eixo y-y; β - Coeficientes; δ - Flecha da viga submetida ao carregamento; Δ - Flecha máxima admissível para o carregamento; σadm - Tensão admissível para o material; σmáx - Tensão máxima para a aplicação; λ - Parâmetro de esbeltez; λ’ - Parâmetro de esbeltez para barras comprimidas; λp - Parâmetros de esbeltez correspondentes à plastificação; ϕ - Coeficiente de resistência, em geral ; φ - Fator de serviço, em geral; ρ - Densidade. 5 CÁLCULO DA FLUTUABILIDADE DAS BOIAS A flutuabilidade ou empuxo é a capacidade de um objeto flutuar em um líquido. O equilíbrio de massa do corpo flutuante com a massa da água deslocada é o que determina se o objeto flutua, embora o tamanho e a forma do objeto tenham um efeito, eles não são os principais motivos pelo qual um objeto flutua ou afunda. A flutuabilidade é um fator importante no projeto de barcos, balsas e plataformas flutuantes. 5.1 Cálculo da capacidade de carga das boias Para calcular a capacidade de carga de boias de flutuantes em água é necessário calcular sua flutuabilidade, que segue o Princípio de Arquimedes que determinou a fórmula no século III a.C, em que a massa de um corpo que flutua é numericamente igual à massa de água deslocada pelo volume desse corpo abaixo da linha de água, ou seja: Mc = Ma = ρ x V Mc = massa do corpo flutuante (kg) Ma = massa do volume de água deslocada (kg) ρ = densidade do líquido (água = 1000kg/m3) V = volume de líquido deslocado (m3)
Massa total do corpo flutuante Massa de água deslocada
APROM – Engenharia, Projetos e Consultoria Industrial APROM Engenharia LTDA. CNPJ:23.075.323/0001-40 IM: Av. Trajano Leão, 444, Bairro Lago das Mansões, Catalão-GO, 75707120 (64) 9 9627-0799 projeto@aprom.com.br www.aprom.com.br 76001 01 MATEUS AGUIAR 29/11/ RELATÓRIO DE ANÁLISE DE FLUTUADOR Usando a equação de Arquimedes e sabendo que a água tem a densidade de 1000 kg/m³, a massa de água deslocada por cada boia é: Ma = ρ x V Ma = 1000 kg/m³ x 1,835 m³ Ma = 1835 kg Devemos considerar o peso próprio da boia, que é fabricada em chapa de aço ASTM A- carbono de 1/8” de espessura cuja densidade é de 7850 kg/m³. Modelamos a boia na forma de casco no software Solidworks® como apresenta a figura abaixo: O resultado é de 389, 21 kg, considerando apenas o peso de chapa. Se formos considerar o peso de cordões de solda, primer e pintura, o peso final de cada boia é de aproximadamente 400 kg. O empuxo resultante que cada boia tem é a massa deslocada por seu volume até a metade subtraído da massa própria da boia como na equação abaixo: E = Ma – Mb E = empuxo resultante (kgf) Ma = massa do volume de água deslocada (kgf) Ma = massa própria de cada boia (kgf) E = 1835 kgf – 400 kgf E = 1435 kgf Como são duas boias, o empuxo total é de 2870 kg, que significa a capacidade que as duas suportam é de 2870 kg de carga com fator de segurança de 1.
APROM – Engenharia, Projetos e Consultoria Industrial APROM Engenharia LTDA. CNPJ:23.075.323/0001-40 IM: Av. Trajano Leão, 444, Bairro Lago das Mansões, Catalão-GO, 75707120 (64) 9 9627-0799 projeto@aprom.com.br www.aprom.com.br 76001 01 MATEUS AGUIAR 29/11/ RELATÓRIO DE ANÁLISE DE FLUTUADOR 5.2 Cálculo da carga atuante sobre as boias Para saber se essa capacidade é suficiente para suportar o peso da estrutura metálica do flutuante e qual o fator de segurança, precisamos calcular o peso dessas estruturas. Porém, o projeto não apresenta a lista de material detalhada dessas estruturas, o peso foi determinado pelo responsável do projeto Tecnosult Projetos Industriais Ltda e é apresentado abaixo: Peso aproximado da estrutura metálica do flutuante (não contando com as boias): 1290 kgf Peso de 2 bombas, tubulações, motores e demais equipamentos sobre o flutuante: 250 kgf Peso de 2 operários mais ferramentas sobre o flutuante: 200 kgf Peso da passarela treliçada: 2100 kgf Sabendo que a passarela é apoiada em dois pontos, um na margem da represa e outro na estrutura do flutuante, teoricamente o peso da passarela sobre a estrutura do flutuante é metade do seu peso total, ou seja: 1050 kg. A massa total do corpo flutuante é soma do peso total da estrutura metálica somado aos equipamentos, operários e ferramentas é: Mc = 1290 + 1050 + 250 + 200 = 2790 kgf Como o empuxo total resultante das 2 boias é 2870 kgf, ele é maior que o valor da massa flutuante que é 2790 kgf: E > Mc Isso significa que as 2 boias são teoricamente capazes de suportar a massa total flutuante. O fator de segurança é calculado pela equação abaixo: Fs =
E
Mc
2870 kgf 2790 kgf
O fator de segurança calculado para qualquer máquina, estrutura metálica, veículo, componente e equipamento em qualquer norma nacional ou internacional de engenharia deve ser sempre superior à 1,00. Fs = 1,02 > 1, Como se pode observar, o fator de segurança calculado de 1,02 é maior que 1,00 portanto teoricamente os flutuadores suportam a carga igualmente aplicada sobre as 2 boias. Não se pode garantir esse mesmo fator de segurança se a carga for aplicada de forma desigual nas boias.
1290+250+200=1740 kgf 2100 kgf 2870 kgf 1050 kgf 1050 kgf
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- Inspeção detalhada da chapa e solda das boias por exame visual (pois como as boias já estão pintadas só é possível realizar exame por líquido penetrante se toda a tinta e fundo forem completamente removidos). Se constatado trincas ou orifícios, os mesmos devem ser lixados, preenchidos com solda, inspecionados novamente e pintados com primer e tinta em duas demãos, somando 350 micra de espessura final. Essa medida não aumenta o fator de segurança de flutuabilidade, que permaneceria com 1,02.
- Remoção de toda a tinta e fundo para inspeção visual e por líquido penetrante detalhadas na chapa e na solda. Se constatado trincas ou orifícios, os mesmos devem ser lixados, preenchidos com solda e inspecionados novamente. Todas as boias devem ser jateadas e pintadas com 2 demãos de 120 micra cada com alcatrão de ulha, 2 demãos de 120 micra cada de fundo epóxi e 2 demãos 35 micra cada de tinta esmalte epóxi de alta espessura, somando no mínimo 550 micra de espessura final. Ao término das 2 demãos de cada cobertura, a espessura deve ser inspecionada por medidor de espessura por ultrassom de camada de cobertura e caso constate irregularidade, a região deve receber outra demão de cobertura. Essa medida não aumenta o fator de segurança de flutuabilidade, que permaneceria com 1,02.
- Fabricação e instalação de uma 3ª boia de mesmo diâmetro das boias existentes, mas com comprimento de 2,40 m diretamente abaixo da passarela ao lado da boia existente na entrada do flutuante. Isso faria com que metade do peso da passarela treliçada (1050) fosse suportado pela 3° boia e não pela sua lateral, fazendo com que as duas boias do flutuante suportassem teoricamente a mesma carga e não ficassem desbalanceado, mantendo o nível zerado do flutuante. Essa medida aumentaria o fator de segurança de 1,02 para 1,40.
Página 10 de 11 Fs =
E
Mc
3920 kgf 2790 kgf
1050 kgf 2870 kgf 1050 kgf 1290+250+200=1740 kgf 1050 kgf 2100 kgf
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Engº Mecânico Mateus Lemes de Aguiar CREA: 197311/D-MG Visto CREA/GO: 1414799454/V APROM Engenharia LTDA Responsável pela aprovação:
Engº CREA:
