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Trabalho Final de Curso apresentado como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica, pelo Curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Horizontina.
Tipologia: Teses (TCC)
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Não perca as partes importantes!
Monografia submetida ao curso de graduação em Engenharia Automotiva da Universidade de Brasília, como requisito parcial para obtenção do Título de Engenheiro Automotivo. Orientadora: Maura Shzu, Drª. Eng. Civil Co-orientadora: Suzana Ávila, Drª Eng. Civil
Brasília, DF 2013
André Luiz R. F. Campos
Monografia submetida como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Automotiva da Faculdade UnB Gama - FGA, da Universidade de Brasília, em 18/07/13 apresentada e aprovada pela banca examinadora abaixo assinada:
Profª. Drª: Maura Shzu, UnB/ FGA Orientadora
Profª. Drª.: Suzana Moreira Ávila, UnB/ FGA Co-orientadora
Prof. Dr.: Jhon Goulart, UnB/ FGA Membro Convidado
Brasília, DF 2013
O dinamismo do meio produtivo faz com que seja cada vez mais necessário um transporte interno de cargas nas linhas de produção eficaz e ágil, para que se tenham resultados significativos do ponto de vista econômico. Essa movimentação envolve deslocamentos horizontais e verticais de produtos e matéria-prima. Para realizar esta tarefa, máquinas de elevação e transporte são utilizadas nos seus mais diferentes tipos e aplicações. São apresentados os diferentes modelos e utilizações destas máquinas, bem como um estudo mais detalhado dos transportadores contínuos com base na bibliografia. O dimensionamento de um transportador contínuo inclinado de esteira côncava com 20 metros de comprimento é realizado, com a seleção e determinação de seus elementos como rolos, roletes, esteira, ângulo de inclinação, sistema de acionamento, entre outros; além do dimensionamento, com maior atenção, da sua estrutura mecânica. A estrutura do transportador consiste na parte onde são feitas a sustentação e fixação dos demais subsistemas, e sua concepção foi feita com base nas análises estática e dinâmica realizadas através do software de elementos finitos ANSYS. As simulações permitiram a verificação do comportamento da estrutura quando submetida a diversos níveis de frequência, bem como os valores correspondentes às frequências naturais. Uma série de modificações iterativas foi realizada a fim restringir o movimento das barras quando submetidas a valores de frequência iguais ou menores que a frequência de funcionamento do motor de acionamento.
Palavras-chave: Transportador contínuo. Dimensionamento. Método de Elementos Finitos.
Primeiramente, gostaria de agradecer à minha mãe, Andréia Roméro, por toda importância que teve durante todos os períodos da minha vida. Em especial, juntamente com minha tia Audita Roméro, agradecer por terem planejado, se prepararem e investirem nos meus estudos para que eu pudesse ingressar e me formar em uma universidade de qualidade e visibilidade como a UnB. Gostaria de agradecer também a toda a assistência e orientação com que as professoras Carla Anflor, Maura Shzu e Suzana Ávila me ofereceram para o desenvolvimento deste trabalho, sempre de forma gentil e prestativa. Por fim, quero agradecer à Bateria Maquinada por todos os momentos agradáveis, os amigos, confraternizações e aprendizado que me proporcionou. Um dos meus maiores orgulhos é ser o mestre de uma bateria que se tornou, em cerca de um ano, a maior e melhor bateria de percussão de engenharia do Centro-oeste, e, de quebra, ter conquistado o título de campeã de charangas de Minas Gerais. É sempre muito bom estar com todos vocês.
A estrutura de custos de uma empresa é influenciada diretamente pela análise dos sistemas e métodos que tratam do armazenamento e movimentação de materiais e produtos (LANGUI, 2001). O encurtamento das distâncias percorridas, tanto pela matéria-prima quanto pelo produto final processado, realizado através de um sistema de movimentação eficiente é um fator importante na busca de uma redução de custos de um processo produtivo (TAMASAUSKAS, 2000).
Muitas empresas alcançaram um progresso notável devido ao estímulo causado pela implantação da mecanização dos processos relacionados ao movimento de cargas (RUDENKO, 1976). Os sistemas de automação presentes em uma fábrica são de suma importância. Em uma indústria automobilística, por exemplo, o tempo entre o pagamento dos materiais e o recebimento da receita de vendas dos seus produtos pode ser minimizado movendo-os rapidamente através das operações internas, o que acelera o retorno financeiro (LANGUI, 2001).
Os resultados de um processo produtivo são influenciados diretamente pela movimentação interna de cargas, seja contínua ou descontínua. Esta movimentação tem vínculo estreito às atividades inerentes do processo (TAMASAUSKAS, 2000). Sendo assim, a seleção dos equipamentos instalados para transporte e movimentação em uma fábrica ou departamento é feita de forma a atender ao fluxo de materiais, matéria-prima, artigos semi-acabados e produtos (RUDENKO, 1976).
As máquinas de elevação e transporte tem a finalidade de realizar movimentação horizontal e vertical na indústria e nos canteiros de obra de materiais ou equipamentos, com grande influência nas atividades que demandam agilidade e precisão (BRASIL, 1985). Essas máquinas operam em ações periódicas e constituem um grupo de equipamentos projetados como mecanismo próprio de elevação ou para elevação e movimentação de cargas (RUDENKO, 1976).
Tais equipamentos são específicos e exigem grande aplicação dos conhecimentos de engenharia. Sua demanda cresce de acordo com o crescimento econômico, que gera a necessidade de movimentação de cargas em diversos ambientes como de mineração, industrial e portuário (NASSAR, 2004).
O uso de uma máquina de elevação e transporte adequadamente dimensionada, de acordo com o material a ser movimentado, reduz o esforço físico e
favorece a melhor execução de atividades (PASSOS, 2011). Com a utilização de um equipamento deste uma série de vantagens é proporcionada, incluindo a redução do custo de mão-de-obra, aumento da produção, aumento da capacidade de estoque, redução dos custos de materiais, maior segurança, melhoria na circulação e melhor distribuição de armazenagem (LANGUI, 2001).
1.1. OBJETIVO Este trabalho tem por objetivo dimensionar uma estrutura transportadora para aplicação no transporte de minério de bauxita. Esse dimensionamento refere-se ao dimensionamento dos diversos elementos estruturais que compõem um transportador contínuo, considerando as análises estática e dinâmica da estrutura de sustentação pelo Método de Elementos Finitos.
1.2. METODOLOGIA Primeiramente, com base na literatura, serão determinados os elementos que irão compor um transportador contínuo inclinado de esteira côncava com 20 metros de comprimento. A partir da seleção destes elementos a estrutura será modelada e seus carregamentos, bem como as condições de contorno, serão definidas. Análises estáticas e dinâmicas serão realizadas para avaliar a capacidade da estrutura em absorver os esforços com segurança. Estas análises serão conduzidas através do software de elementos finitos ANSYS.
1.3. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO O presente documento está disposto em seis principais partes do texto. No capítulo 1, faz-se uma apresentação inicial do tema abordado, explicitando afirmações de outros autores que evidenciam a necessidade do uso de transportadores no meio produtivo, esclarecendo a abrangência e influência da movimentação de cargas e a importância da aplicação destas máquinas para os resultados produtivos econômicos na indústria, além de destacar os objetivos e metodologia do trabalho.
A revisão bibliográfica consta no capítulo 2 e apresenta um breve estudo acerca dos tipos e classificações das máquinas de elevação e transporte existentes, bem como o detalhamento das partes constituintes de um transportador contínuo.
Para classificação dos equipamentos de manuseio de cargas, TAMASAUKAS (2000) as classifica em três grupos: equipamentos de manuseio contínuo, que caracterizam-se pelo transporte de materiais a granel, entre eles os transportadores de correia, transportadores de caneca, transportadores que utilizam fusos, etc; equipamentos de manuseio descontínuo, em que a carga é içada por algum mecanismo (eletroímã, caçamba, tenaz, bloco de gancho, barra de carga, etc.) como talhas, monovias, equipamento com levantamento de carga e giro, pontes rolantes monovigas, pontes rolantes com duas vigas (carro apoiado), pórticos rolantes, semi- pórticos rolantes, guindastes, etc.; e por último os equipamentos mistos, que podem ser citados os carregadores e descarregadores de material a granel em áreas portuárias ou siderúrgicas.
Outra classificação é mostrada por Nassar (2004) de acordo com as várias aplicações atuais, a fim de simplificar a especificação deste tipo de equipamento:
I. Veículos de Transporte
A) Veículos para transporte manual (carrinhos, carros) B) Veículos motorizados (carro, trator, empilhadeira). Elétricos, diesel ou gás.
II. Meios de Elevação
A) Talhas
III. Transportadores Contínuos
A) Correias Transportadoras. B) Transportadores Articulados: Esteira Articulada, Transportador de Canecas, Transportador Circular, Transportador Raspador e Transportador de Correntes. C) Hélices Transportadoras. D) Transportadores Oscilantes. E) Mesas de Rolos F) Instalações Pneumáticas e Hidráulicas de Transporte.
De acordo com a finalidade de sua fabricação, podemos classificar as máquinas de elevação e transporte em dois grandes grupos (as máquinas de fabricação seriada e as de fabricação especial). O detalhamento é mostrado na Figura 1.
2.2.1. Estrutura Envolve todas as partes que compõem o transportador e tem função de sustentação, como apoio, torres, suportes, treliças, entre outras. Trata-se do maior elemento mecânico presente, visto que deve fixar todos os demais elementos mecânicos presentes no transportador.
2.2.2. Correia A correia é considerada o principal elemento de uma máquina transportadora. Devido ao fato de estar sempre em contato com o material a ser transportado. Sua relevância pode ser notada na parcela do preço de um transportador referente à correia: cerca de 30 a 40%. Na determinação da correria adequada, SACRAMENTO (2010) apresenta os seguintes fatores a serem levados em consideração: características o material a ser transportado, tipos de roletes, largura da correia, condições de serviço, temperatura do material, tempo de percurso e tensão máxima. A correia transportadora é composta por 2 regiões principais: a carcaça e a cobertura.
A primeira é responsável pela resistência para suportar a carga, bem como as consequentes tensões e flexões submetidas à correia em sua utilização. Seu tecido
é fabricado em geral de fibras têxteis, sendo também possível a aplicação de cabos de aço.
A segunda região, a cobertura, tem a função de proteger a correia contra os efeitos encontrados no contato com o material transportado. Ela pode ser de dois tipos, lisa ou não lisa. As lisas são aplicadas para o transporte horizontal ou para operar em plano inclinado de inclinação menor que o especificado pelo fabricante. As correias com cobertura não lisas são usadas em situações de transporte de carga mais elevadas, com seu relevo projetado de acordo com a severidade das condições a ser utilizada.
2.2.3. Tambores O principal papel dos tambores é tracionar a correia durante o funcionamento do transportador, função exercida pelo tambor motriz. Com o acionamento do tambor motriz pelo acoplamento à motorização ocorre a movimentação da correia. Esta movimentação é responsável pelo movimento dos tambores movidos.
Além do tensionamento, os tambores também são responsáveis por realizar dobras e desvios na correia. Os tambores podem ser classificados em (SACRAMENTO, 2010):
