Projeto: Ponte Rolante Univiga, Resumos de Cálculo

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André Luis dos Santos Brito

João Victor Costa

Leonardo Simões Nascimento

Lucas de Souza Lemos

Projeto: Ponte Rolante Univiga

Arcos - MG

8 de dezembro de 2017

André Luis dos Santos Brito

João Victor Costa

Leonardo Simões Nascimento

Lucas de Souza Lemos

Projeto: Ponte Rolante Univiga

Projeto apresentado à disciplina de TAI –Trabalho Acadêmico Integrador do curso de Engenharia Mecânica ministrado no Insti- tuto Federal de Minas Gerais, Campus Arcos como requisito à aprovação parcial de todas as disciplinas.

Instituto Federal de Minas Gerais Campus Arcos Graduação em Engenharia Mecânica

Orientador: Márcio Rezende Santos

Orientador 2: Firmino Geraldo de Oliveira Júnior

Arcos - MG

8 de dezembro de 2017

André Luis dos Santos Brito

João Victor Costa

Leonardo Simões Nascimento

Lucas de Souza Lemos

Projeto: Ponte Rolante Univiga

Projeto apresentado à disciplina de TAI –Trabalho Acadêmico Integrador do curso de Engenharia Mecânica ministrado no Insti- tuto Federal de Minas Gerais, Campus Arcos como requisito à aprovação parcial de todas as disciplinas.

Firmino Geraldo de Oliveira Júnior Orientador

Marcio Rezende Santos Orientador 2

Andressa Alves Giarola

Flávio Fernandes Barbosa Silva

Jefferson Rodrigues da Silva

Luiz Augusto Ferreira de Campos Viana

Reginaldo Gonçalves Leão Junior

Agradecimentos

Agradecemos primeiramente a Deus, sem Ele jamais teria sido possível a conclusão deste trabalho. Aos nossos familiares, pelo apoio e incentivo.

Lista de ilustrações

• Figura 1 – Ponte Rolante.
• Figura 2 – Viga principal univiga apoiada.
• Figura 3 – Ponte rolante biviga suspensa.
• Figura 4 – Ponte rolante e seus componentes.
• Figura 5 – Roda de aço da ponte rolante.
• Figura 6 – Esboço Ponte Rolante
• Figura 7 – Dimensões do galpão
• Figura 8 – Talha Elétrica
• Figura 9 – Momento na viga.
• Figura 10 – Dimensões da viga
• Figura 11 – Força cortante máxima
• Figura 12 – Modelagem 3D
• Figura 13 – Esboço primeira parte da Maquete.
• Figura 14 – Montagem da talha.
• Figura 15 – Representação da talha.
• Figura 16 – Parte da maquete finalizada.
• Figura 17 – Coeficientes de Atrito
• Figura 18 – Carga perto da reação A
• Figura 19 – Estudos das reações
• Figura 20 – Gráfico Aços
• Figura 21 – Dimensões dos perfis W
• Tabela 1 – Classes de utilização Lista de tabelas
• Tabela 2 – Estados de carga
• Tabela 3 – Grupos
• Tabela 4 – Valores do coeficiente de majoração para equipamentos industriais
• Tabela 5 – Classes de funcionamento
• Tabela 6 – Tempos de acelerações e acelerações
• Tabela 7 – Valores do coeficiente dinâmico Ψ
• Tabela 8 – Estado de solicitação dos mecanismos
• Tabela 9 – Grupos dos mecanismos
• Tabela 10 – Valores de q
• Tabela 11 – Valores de F Sr
• Tabela 12 – Dados principais da Talha.
• Tabela 13 – Propriedades mecânicas do aço ASTM A 572 Grau 50.
• 1 INTRODUÇÃO Sumário
• Introdução
• 1.1 Justificativa
• 1.2 Objetivos
• 1.2.1 Objetivos Gerais
• 1.2.2 Objetivos Específicos
• 1.2.2.1 Metas
• 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
• 2.1 Revisão bibliográfica
• 2.2 Movimentação da carga
• 2.3 Tipos de ponte rolante
• 2.3.1 Ponte rolante apoiada
• 2.3.2 Ponte rolante suspensa
• 2.4 Componentes principais da ponte rolante
• 3 METODOLOGIA
• 3.1 Metodologia utilizada no projeto segundo a norma ABNT NBR
• 3.1.1 Características da Ponte Rolante
• 3.1.2 Sistema de elevação da carga
• 3.1.3 Classe de utilização do equipamento
• 3.1.4 Classificação da estrutura dos equipamentos em grupo
• 3.1.5 Classe de funcionamento
• 3.1.6 Solicitações devidas aos movimentos verticais
• 3.1.7 Cálculo da carga total e do momento fletor atuante sobre a viga
• 3.1.8 Definição do estado de solicitação e do grupo de mecanismos
• 3.1.9 Verificação dos mecanismos em relação a ruptura
• 3.1.10 Verificando a tensão normal
• 3.1.11 Verificação em relação ao limite de escoamento
• 3.1.12 Verificando a deflexão
• 3.1.13 Modelagem
• 4 CONCLUSÃO
• Conclusão
• REFERÊNCIAS
• APÊNDICES
• APÊNDICE A – MAQUETE ILUSTRATIVA
• APÊNDICE B – INFORMAÇÕES GERAIS DA TALHA
• APÊNDICE C – CALCULOS NA VIGA
• APÊNDICE D – SOBRE O AÇO ASTM A 572 GRAU
• APÊNDICE E – DIMENSÕES DE PERFIS W

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1 Introdução

Atualmente a busca pela redução de custos e desperdícios tem se tornado um dos alvos principais de uma empresa. Segundo (SORDI, 2016), "entende-se por desperdícios todo insumo consumido de forma não eficiente e não eficaz desde materiais e produtos defeituosos, até atividades desnecessárias".

Segundo (RUDENKO, 1976), “todo o processo de produção, em cada empresa, depende essencialmente de uma escolha racional dos tipos de máquinas de elevação e transporte, determinação correta de seus principais parâmetros e eficiente operação”.

Em vista disso, o uso de pontes rolantes contribui no setor produtivo de modo a substituir a mão de obra pelo método mecânico, possibilitando que essa mão de obra possa ser utilizada em outros serviços da empresa. Além disso, aumenta a capacidade do estoque devido a possibilidade de exploração de locais restritos, e intensifica a qualidade de trabalho, desde que seja manuseado corretamente (PASSOS, 2011).

As pontes rolantes (Figura 1) são equipamentos robustos e versáteis que operam com autos ciclos de trabalho. Sua característica principal é a movimentação de materiais em locais onde outros maquinários e o trabalho braçal se tornam limitados (SORDI, 2016).

Figura 1 – Ponte Rolante.

Fonte: http://www.vedantcranes.com/products/single-girder-eot-cranes-sgvc.html (2017)>

Para projetar uma ponte rolante é necessário seguir a norma ABNT NBR (8400, 1984), e outras caso necessário, pois elas dão a sustentação do projeto para que esse equipamento tenha segurança e eficiência. Além disso, o projetista também deve analisar diversos fatores durante os cálculos da estrutura, como exemplo, se o local de atuação

Capítulo 1. Introdução 12

de outros projetos.

O uso de estratégias de administração estudado no decorrer do período propor- ciona amplo conhecimento sobre gestão de projetos, contribuindo para o andamento das atividades, e auxiliando no desempenho do projeto para obtenção de nota em todas as disciplinas decorrentes.

1.2.2 Objetivos Específicos

• Obter conhecimento sobre elevação e transporte de cargas para projetar uma ponte rolante que atenda às necessidades do setor de beneficiamento de café da fazenda, segundo a norma ABNT NBR (8400, 1984);
• Desenvolver habilidades em gestão de projetos;
• Obtenção de nota parcial em todas as disciplinas.

1.2.2.1 Metas

• Obter conhecimentos imprescindíveis para a longo prazo realizar outros projetos.

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2 Fundamentação teórica

2.1 Revisão bibliográfica

(MAXIMIANO, 1997) afirma em seu livro que projeto é o empreendimento inten- cionalmente orientado para um objetivo, definindo projeto como uma atividade tempo- rária. Apresenta também orientações para o gerenciamento de projetos, que se mostra como parte fundamental para que ocorra o funcionamento do mesmo a fim de obter um resultado concreto. O autor relata sobre as dificuldades e maneiras de se gerir um projeto, e aconselha a utilização do PMbook afim de ter o produto como resultado final. Segundo (NORTON, 2013) a metodologia de projetos é fundamentalmente um exercício de enge- nho aplicado. Diversas metodologias de projetos foram criadas para enfrentar um tipo de problema no qual existe diferentes soluções possíveis.

(NORTON, 2013) ressalta que em qualquer tipo de estrutura ou máquina as vi- gas são comumente usadas. São definidas como uma peça sujeita a esforços transversais em seu comprimento. Em seu livro afirma que vigas são importantes elementos para a engenharia. Fornece ainda tabelas, equações, e informações essenciais para verificação de tensões atuantes sobre uma viga.

(RUDENKO, 1976) afirma que é extremamente difícil classificar os diversos tipos de máquinas existentes, devido as máquinas de elevação e transporte possuírem suas clas- sificações baseadas em diversas características, como por exemplo: projetos, finalidades, tipos de movimento, entre outros. Em seu livro fornece informações sobre os tipos de má- quinas utilizadas para realização do transporte de cargas, descreve as partes e unidades das máquinas de elevação, além de demonstrações de cálculo para auxiliar o entendimento.

2.2 Movimentação da carga

A movimentação de cargas compreende operações de elevação, transporte e des- carga de objetos e/ou materiais, além de poder ser executada mecanicamente ou manu- almente (PASSOS, 2011). Porém de acordo com (RUDENKO, 1976), “as máquinas de elevação e transporte devem ser mecanizadas ao máximo possível, de modo a empregar um pequeno número de trabalhadores para controle, manutenção e serviços auxiliares”.

Capítulo 2. Fundamentação teórica 15

Figura 3 – Ponte rolante biviga suspensa.

Fonte: <www.duren.com.br/>, adaptado pelos próprios autores (2017).

2.4 Componentes principais da ponte rolante

As pontes rolantes possuem vários componentes com determinadas funções (Figura 4), são eles: viga principal, cabeceiras, caminho de rolamento, carro trole e rodas.

Figura 4 – Ponte rolante e seus componentes.

Fonte: http://infraestruturaurbana17.pini.com.br , adaptado pelos autores (2017).

• Viga principal É a principal estrutura da ponte e a primeira a ser dimensionada pelo projetista. É nela que o conjunto trole e talha se movimentam, e onde se concentra um grande esforço fletor e cisalhante (Figura 4 item 1.1).

Capítulo 2. Fundamentação teórica 16

• Carro Trole Equipamento responsável pelo movimento vertical e horizontal da carga. Possui uma talha que permite o levantamento do material, um tambor para recolhimento do cabo de aço e um gancho na extremidade do cabo de aço para fixação da carga (Figura 4 carro em que o item 1.3 está fixado).
• Cabeceiras As cabeceiras estão localizadas nos extremos da viga principal (Figura 4 item 1.2). Nelas estão as rodas, responsáveis pelo movimento da viga principal da ponte ro- lante, que por sua vez deslizam sobre o caminho de rolamento.
• Caminho de rolamento É a base por onde as cabeceiras se movem (Figura 4 item 1.4). Esse caminho é construído por vigas ou trilhos fixados por solda, em alguns casos particulares por concreto. Em pórticos esse caminho é feito no chão, e em pontes rolantes é apoiado sob os pilares.
• Talha elétrica A talha (Figura 4 item 1.3) é o equipamento responsável pelo içamento e locomoção da carga em uma direção. É constituída basicamente por um motor fixado a uma estrutura, um tambor para o movimento do cabo de aço, um gancho para fixar a carga, o cabo de aço, e um sistema de controle de operação.
• Rodas Acopladas nas cabeceiras geralmente são fabricadas de aço e variam de acordo com as dimensões do trilho no qual irão se movimentar. Contém uma aba lateral que impede com que a cabeceira saia dos trilhos (Figura 5). Figura 5 – Roda de aço da ponte rolante.

Fonte: http://www.orteip.com.br (2017).

Capítulo 3. Metodologia 18

Figura 7 – Dimensões do galpão

Fonte: Próprios autores (2017).

3.1.1 Características da Ponte Rolante

• Carga nominal: A ponte rolante será dimensionada para um carregamento máximo de 1 [Ton];
• Altura de elevação: 4,50 [m];
• Velocidade de elevação da talha: 14,5 [m/min];
• Velocidade de deslocamento da talha: 11,7 [m/min]
• Tempo médio de trabalho: 4 a 8 [H/dia];
• Vão: 8 [m].

Os dados aqui definidos estão relacionados com o local de instalação da ponte rolante.

3.1.2 Sistema de elevação da carga

O sistema de elevação da carga é composto pelo conjunto trole e talha com capa- cidade de 1 tonelada (Exemplo: Figura 8) e limites de fim de curso.

Algumas informações da talha estão disponíveis no Apêndice B, onde foram rea- lizados cálculos das potências aproximadas dos motores da talha.

Capítulo 3. Metodologia 19

Figura 8 – Talha Elétrica

Fonte: http://www.bauma.ind.br/produto/talha-eletrica-com-trole-motorizado (2017).

3.1.3 Classe de utilização do equipamento

A classe de utilização (Tabela 1) evidencia a frequência de uso dos equipamentos em função da utilização do movimento de levantamento.

Tabela 1 – Classes de utilização Classe de utilização Frequência de utilização do movimento de levantamento

Número convencional de ciclos de levantamento A Utilização ocasional não re- gular, seguida de longos pe- ríodos de repouso

6 , 3 × 104

B Utilização regular em ser- viço intermitente

2 , 0 × 105

C Utilização regular em ser- viço intensivo

6 , 3 × 105

D Utilização em serviço inten- sivo severo, efetuado, por exemplo, em mais de um turno.

2 , 0 × 105

Fonte: Norma ABNT NBR 8400, adaptado pelos autores (2017).

A frequência de utilização do momento de levantamento foi definida como uma utilização ocasional não regular, seguida de longos períodos de repouso, com número convencional de ciclos de 6 , 3 × 104 , ou seja, a classe A (Tabela 1).

Como o sistema será operado sempre com a carga máxima ao longo de toda sua vida útil, define-se o estado de carga (Tabela 2) como sendo 3 (pesado).