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FUNDAÇÃO LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

ISADORA SILVEIRA DA COSTA MATHEUS BENDER

SISTEMA MECÂNICO DE TENSIONAMENTO PARA ESTEIRA HORIZONTAL PLANA

Orientador: Sandro Heleno Auler

Novo Hamburgo 2016

ISADORA SILVEIRA DA COSTA MATHEUS BENDER


Projeto de Integração Disciplinar apresentado ao Curso Técnico de Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Viera da Cunha.

Orientador: Professor Sandro Heleno Auler

Novo Hamburgo, setembro de 2016.

FOLHA DE ASSINATURAS

ISADORA SILVEIRA DA COSTA

MATHEUS BENDER


FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

Novo Hamburgo, setembro de 2016.

_______________________________________

Isadora Silveira da Costa

_______________________________________

Matheus Bender

_______________________________________

Orientador: Sandro Heleno Auler

AGRADECIMENTOS

Dedicamos essa parte do relatório a todos aqueles que colaboraram para o

desenvolvimento de nosso projeto, nos apoiando, orientando e ajudando para que tudo

desse certo ao final da pesquisa. Agradecemos primeiramente ao nosso professor

orientador Sandro Heleno Auler, por ter acreditado, incentivado e participado ativamente

de todos os processos do projeto desde a ideia inicial até a conclusão do mesmo.

Sempre esteve disposto a responder dúvidas e a explicar o que fosse preciso.

Também não podemos deixar de agradecer a Carine Franco, prima da aluna Isadora

Silveira da Costa que trabalha em uma indústria de artefatos de borracha da região e

ajudou desde a formação da ideia do projeto e principalmente durante, colaborando com

informações, imagens, cedendo material para pesquisa e tirando muitas dúvidas.

O professor João Farias que foi de fundamental importância ajudando na parte do

dimensionamento e também emprestando material de suporte para os cálculos. Ao

nosso colega Igor Lucas de Léis que ofereceu ajuda sempre que necessário, a Tayná

Kieser que contribuiu cedendo material de pesquisa para o projeto e as mães Tânia

Luciana da Silveira e Rejane Catarina.

RESUMO

O projeto consiste em um estudo de caso que tem como objetivo o desenvolvimento de

um mecanismo capaz de tensionar uma esteira horizontal plana de modo seguro e

eficaz. O modo de tensionamento utilizado na esteira na qual se basearam os estudos é

manual e é feito através de um parafuso esticador que pode causar acidentes

envolvendo os técnicos de manutenção no momento da intervenção. Para resolver o

problema, foi decidido utilizar como solução o sistema mecânico e realizar o

tensionamento através de uma mola de tração de cada lado da esteira, fixada por dois

parafusos em uma chapa. Aplicando os conhecimentos das disciplinas de CAD e

resistência dos materiais, através de análises de tabelas e normas relacionadas as

molas de tração e aos parafusos, torna-se possível realizar os cálculos para o

dimensionamento e a projeção utilizando um software para desenhos em 3D. Com a

projeção da mola e as dimensões calculadas encontra-se o projeto concluído assim

como um método de tensionamento mais seguro já que, com a utilização da mola, não é

necessário um ajuste periódico.

Palavras-chave: Esteira. Tensionamento. Parafuso esticador. Mola. Dimensionamento.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Desenho esticador com parafuso................................................................... 12

Figura 2 - Molas de Compressão ................................................................................... 15

Figura 3 - Molas de tração cilíndrica e de tração cônica ................................................ 16

Figura 4 - Imagem ilustrativa de molas de tração ........................................................... 16

Figura 5 - Mancal de ajuste do cilindro 1 ........................................................................ 19




Figura 9 - Mecanismo de transmissão de rotação da esteira ......................................... 21

Figura 10- Chapa de fixação da mola ............................................................................ 29

Figura 11 - Chapa de fixação para a chapa de fixação da mola .................................... 29

Figura 12 - Mola de tração ............................................................................................. 30

Figura 13 - Esboço chapa base ...................................................................................... 32

Figura 14 - Esboço da chapa de fixação da mola .......................................................... 32

Figura 15 – Esboço do suporte para mola ..................................................................... 33

Figura 16 – Representação do conjunto com a mola ..................................................... 33

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Valores aproximados dos comprimentos da mola ......................................... 14

Tabela 2 - Tensão inicial para molas de tração .............................................................. 15

Tabela 3 - Valores obtidos da empresa .......................................................................... 22

Tabela 4 - Material Corda de Piano ................................................................................ 23

Tabela 5 – Carga de prova para parafusos métricos com rosca normal (grossa) .......... 27

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 9

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................... 11

2. 1 História das correias transportadoras ................................................................. 11

2. 2 Esteiras transportadoras ...................................................................................... 11

2. 3 Esticadores para tensionamento ......................................................................... 11

2. 4 Molas ...................................................................................................................... 12

2. 4.1 Molas Helicoidais de Compressão ....................................................................... 14

2. 4.2 Molas Helicoidais de Tração ................................................................................ 15

3 METODOLOGIA ......................................................................................................... 17

3.1 Procedimentos ....................................................................................................... 17

3.1.1 Sistema mecânico de tensionamento .................................................................... 17

3.1.2 Visita técnica ......................................................................................................... 18

3.1.3 Dados da empresa ................................................................................................ 19

3.2 Dimensionamento .................................................................................................. 22

3.2.1 Cálculos ................................................................................................................. 22

3.2.2 Cálculo da mola a partir da carga máxima suportada pelo parafuso tensionador . 26

3.2.3 Cálculo da mola a partir da carga exercida sobre a esteira................................... 28

3.2.4 Cálculo do suporte a partir da carga exercida sobre a esteira .............................. 28

3.3 Projeção .................................................................................................................. 29

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................ 31

4.1 Resultados dos cálculos de dimensões da mola ................................................ 31

4.2 Resultados dos cálculos do suporte da mola ..................................................... 31

4.2 Considerações gerais ............................................................................................ 34

5 CONCLUSÃO ............................................................................................................. 35

6 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 36

9

1 INTRODUÇÃO

Muitos acidentes de trabalho ocorrem diariamente e em sua maioria acontecem por

descuido, falta de orientação e até falta de materiais de proteção, mas em outras vezes

também ocorrem por falta de uma opção viável e segura da forma como é exigido ou

efetuado esse trabalho. Segundo o Anuário brasileiro de proteção, no Rio Grande do Sul

o maior número de acidentes ocupacionais acontece na área da indústria da

transformação, seguida da área comércio.

O tensionador (também conhecido como extensor ou esticador) é regulado em

algumas esteiras atualmente de forma manual, o que facilita e contribui, pelo menos em

parte, para o aumento dos índices de acidentes ocupacionais devido ao contato direto e

manuseio (que varia conforme indivíduo que utiliza) com o dispositivo. A esteira tem

como característica principal a sua versatilidade em formato, podendo ter comprimento,

largura e altura diferentes, bem como ser plana ou curva, assim podendo atender

qualquer demanda no mercado.

Foi em função do entendimento de que a utilização desse mecanismo no

tensionamento de esteiras aumenta em parte os riscos para um acidente de trabalho

que surgiu a pergunta norteadora do projeto de pesquisa: Será possível projetar e

dimensionar uma forma de tensionamento capaz de substituir o extensor da esteira

plana horizontal? E que, além disso, funcione conforme solicitado e com segurança para

as empresas em que se julga necessário o seu uso. Nesse caso, o mecanismo de

tensionamento foi projetado especificamente para a esteira plana horizontal da empresa

de artefatos de borracha localizada na região do Vale dos Sinos. O nome da empresa

não poderá ser divulgado por questões de políticas internas.

O projeto desenvolvido pelo grupo atua na área de engenharia mecânica e é

caracterizado pela projeção e pelo dimensionamento de um mecanismo capaz de

tensionar esteiras horizontais planas através de um método seguro e de funcionamento

adequado. Após a realização da projeção e do dimensionamento, pretende-se dar

continuidade ao projeto no ano seguinte buscando a aplicação das dimensões em um

protótipo.

10

O seguinte relatório apresenta-se com o objetivo de evidenciar os processos, dados

e informações da pesquisa realizada pelos autores. O projeto é uma solicitação do

Curso Técnico de Mecânica aos alunos de terceiras e quartas séries da Fundação

Liberato através do Projeto de Integração Disciplinar (PID). O relatório está dividido em

seis capítulos que incluem a introdução, revisão bibliográfica e a metodologia completa

do projeto, assim como os resultados e discussões e a conclusão do mesmo.

11

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 História das correias transportadoras

As correias transportadoras possuem diversas aplicações, principalmente na

indústria de produção, em indústrias pesadas, armazéns e até aeroportos. São

classificadas em vários tipos de acordo com o tipo de trabalho a que é sujeita, assim

como as velocidades que são separadas em função da finalidade.

As primeiras correias transportadoras eram utilizadas desde o século XIX. Em 1892,

Thomas Robins iniciou diversas invenções que levaram ao desenvolvimento de uma

correia transportadora usada para carregar carvão, metal e outros produtos. Em 1901,

inicia a produção de esteiras transportadoras de aço. As correias modernas conseguem

ser mais duradouras, principalmente por serem construídas a partir de várias camadas

de diferentes materiais. (ENGIOBRA, 2013)

2.2 Esteiras transportadoras

As esteiras transportadoras são equipamentos que servem para facilitar o manuseio,

transporte e a movimentação de cargas, principalmente na indústria. A sua principal

utilidade é a de carga e descarga de materiais, facilitando e agilizando o trabalho nas

empresas onde cada vez mais se exige rapidez nos processos de fabricação. Em suma,

as esteiras transportadoras são a representação de uma economia de tempo dentro de

uma indústria. Assim como qualquer outro equipamento industrial, a esteira precisa que

seja feita a manutenção periódica e adequada. São separadas entre esteiras

transportadoras flexíveis e esteiras fixas. (KAUFMANN, 2014)

2.3 Esticadores para tensionamento

São os mecanismos utilizados com o objetivo de garantir o tensionamento adequado

para funcionamento de correias e esteiras, por exemplo. Eles podem ser de dois tipos:

automáticos, quando são feitos por contrapeso ou utilizando molas e manuais, quando

12

se utiliza parafuso extensor. O tensionamento que é realizado manualmente apresenta

riscos aos operadores. Abaixo um exemplo de esticador com parafuso:

Figura 1 - Desenho esticador com parafuso

Fonte: PROCEL (2009).

2. 4 Molas

Encontramos molas em todos os lugares, seja em simples mecanismos do dia-a-dia

como em projetos elaborados e complexos. A mola é um objeto flexível capaz de

armazenar e absorver energia de cargas aplicadas, assegurar pressão e é muito versátil

já que se adapta a qualquer necessidade de acordo com suas dimensões. Pelo fato de

que são produzidas em grandes quantidades, normalmente custam pouco. Budynas diz

que essa versatilidade também se aplica a grande variedade de materiais de mola que

está disponível no mercado, incluindo, por exemplo, os aços comuns de carbono,

aços-liga e aços resistentes a corrosão.

Faires (1996) diz que normalmente os aços mais utilizados para molas são de alto

teor de carbono (usualmente mais que 0,5%C). Quando necessário maior limite elástico,

recomenda-se trabalhar com os tratamentos térmicos a frio. Diversos materiais

não-ferrosos são utilizados na fabricação de molas, buscando atender suas

13

necessidades como por exemplo boa condutividade elétrica e alta resistência. Nem

sempre são feitas de materiais tão resistentes, em alguns casos também utiliza-se o

plástico na fabricação.

Em geral as molas são classificadas como: molas de fio de arame, molas planas ou molas de formato especial, e há variações dentro dessas divisões. Molas de fio incluem molas helicoidais de fio redondo e de fio quadrado, feitas para resistir e defletir sob cargas de tração, compressão ou torção. Molas planas incluem tipos em balanço e elípticas, molas de potência enroladas como em motores ou tipo relógio e arruelas planas de mola, usualmente chamadas de molas Belleville. (BUDYNAS 2011, P. 526)

Para conservar as propriedades elásticas, magnéticas, de resistência ao calor e à

corrosão usa-se material específico de acordo com a utilidade, ou utiliza-se de algum

revestimento de proteção. Quanto a utilidade, alguns aspectos como espaço que será

ocupado, peso e durabilidade e também as relações entre força aplicada e deformação,

como o amortecimento. Todas essas questões tornam o processo de cálculo da mola

algumas vezes complicado, já que são muitas variáveis e todas elas devem ser

consideradas. São processos de tentativas e aproximações de acordo com os dados

que são disponibilizados. Faires comenta também que as limitações de espaço

costumam estabelecer as maiores restrições em relação às dimensões de uma mola.

As molas possuem uma “altura de mola fechada” e um “comprimento de mola

quando livre”, o primeiro termo diz respeito ao comprimento total, quando a mola é

comprimida até que todas as espiras se toquem. Já o segundo é o comprimento quando

nenhuma carga está atuando sobre a mola, esses termos variam quando se trata de

mola de tração, ou seja, nesse caso o “comprimento de mola fechada” é quando

nenhuma carga esta atuando sobre ela e o “comprimento de mola livre” ocorre quando a

carga está atuando na mola. Na tabela abaixo encontram-se alguns valores

aproximados das duas dimensões que foram citadas anteriormente em que P= passo,

Ne= número de espiras ativas, Da= diâmetro do arame (na prática os valores sofrem

alterações em função do número de espiras).

14

Tabela 1 - Valores aproximados dos comprimentos da mola

Tipo da

Extremidade

Comprimento

(Mola Livre) ou

comprimento livre

Número

de Espiras

Comprimento

(Mola Fechada) ou

altura

Em ponta PNe + Da Ne Da.Ne + Da

Em ponta

esmerilhada

PN.e Ne Da.Ne

Em esquadro PN.e + 3.Da Ne + 2 Da.Ne + 3.Da

Em esquadro e

esmerilhada

PN.e + 2.Da Ne + 2 Da.Ne + 2.Da

Fonte: adaptado de Elementos Orgânicos de Máquinas (1996).

2.4.1 Molas Helicoidais de Compressão

As molas helicoidais de compressão podem ser cilíndricas, cônicas, bicônicas,

convexas ou retangulares. Possuem funcionamento muito simples e quando aplicada

uma força de compressão, diminui o espaço entre as espiras e a mola vai ao seu menor

comprimento possível, voltando ao estado normal de repouso quando cessada a força.

São normalmente utilizadas em alicates, camas e amortecedores.

15

Figura 2 - Molas de Compressão

Fonte: AÇOMOLA [S. d.].

2.4.2 Molas Helicoidais de Tração

As molas de tração, segundo Faires são, em geral, enroladas com as espiras

tocando-se entre si enquanto sua tensão inicial (Ti) é criada pela força a aplicar na mola

quando as espiras estão a ponto de se separarem. Essa intensidade pode ser regulada

mas os valores encontram-se aproximados na tabela abaixo:

Tabela 2 - Tensão inicial para molas de tração

C 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15

Ti psi 25000 22500 20000 18000 16250 14500 13000 11600 10400 9400 7000

Ti Kg/mm²

17,6 15,8 14,1 12,6 11,4 10,2 9,1 8,1 7,3 6,6 4,9

Fonte: Elementos Orgânicos de Máquinas (1996).

O ponto fraco das molas helicoidais de tração é, em geral, o ponto em que a espira

dobra-se para fazer a alça, o lugar pelo qual a mola é fixada, mas também é através dele

que torna-se possível tracionar a mola e atingir o nível de carga necessário. Apesar

16

disso, seu uso é requisitado em fábricas e indústrias que trabalham com materiais

pesados, principalmente pelo fato de terem um custo relativamente baixo e pela sua

grande resistência ao impacto. O movimento das molas de tração é parecido com o das

molas de compressão, sendo seu principal diferencial as extremidades especiais que

são necessárias para que a carga possa seja utilizada.

Normalmente são confeccionadas com ganchos nas extremidades com as formas

de aspirais encostadas, mas também encontra-se outro tipo de extremidade em forma

de vão entre as espiras em todo comprimento da mola.

Figura 3 - Molas de tração cilíndrica e de tração cônica

Fonte: CGR ELISMOL (2014)

Abaixo encontra-se a forma real da mola de tração:

Figura 4 - Imagem ilustrativa de molas de tração

Fonte: MOLAS FAUZI [S. D.]

17

3 METODOLOGIA

A metodologia utilizada neste projeto envolve pesquisas relacionadas ao método de

tensionamento mecânico da esteira horizontal plana na empresa, material bibliográfico

sobre molas com foco na mola helicoidal de tração e normas de segurança. São

pesquisas realizadas em sites da internet, artigos acadêmicos, livros relacionados ao

assunto, servidores que trabalham na empresa e inclusive por meio de fotos do local.

Também envolve material de cálculo para dimensionamento da mola de tração, assim

como sua projeção através de software de desenho técnico. A pesquisa foi realizada na

biblioteca e nos laboratórios de informática da Fundação Escola Técnica Liberato

Salzano Viera da Cunha.

3.1 Procedimentos

O seguinte trabalho tem como início pesquisas com relação ao mecanismo de

tensionamento de esteira assim como as fórmulas que tornam possível o seu respectivo

dimensionamento. Através de informações da empresa que fabrica produtos para

recapagem de pneus e compostos de borracha para indústrias sobre a esteira horizontal

plana também torna possível o cálculo de dimensionamento da mola de tração que é a

alternativa encontrada para o problema do projeto. Atualmente a esteira é composta por

2 pares de mancais e um rolo entre cada um deles, o processo de tensionamento é

realizado através de um parafuso M16 que é fixado em um dos pares de mancais,

enquanto o outro par é fixo por parafusos M12. Dando sequência foi realizada a projeção

no Inventor, software para desenhos em 3D.

3.1.1 Sistema mecânico de tensionamento

A primeira etapa da pesquisa foi a decisão de qual o sistema que seria utilizado

como resposta do problema. As opções definidas eram sistema mecânico, sistema

pneumático e sistema hidráulico. Como alternativa na utilização do sistema mecânico,

surgiu a partir de sugestões da banca na pré-apresentação do projeto, a ideia de

18

dimensionar uma mola que fosse capaz de suportar as cargas que hoje é suportada por

um parafuso M16 descartando as alternativas de sistema hidráulico ou pneumático.

3.1.2 Visita técnica

Foi decidido junto ao orientador Sandro Heleno Auler que para facilitar a

visualização do sistema de tensionamento da esteira o grupo de pesquisa deveria

realizar uma visita técnica até a empresa. Para isso, após conseguir o contato da

empresa, foi solicitado que o e-mail fosse escrito pelo orientador.

O professor orientador Sandro Heleno Auler escreveu o e-mail de solicitação da

visita que foi enviado para a empresa e segue abaixo:

Boa tarde! Sou o professor Sandro Heleno Auler, da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, de Novo Hamburgo, e estou orientando um projeto de pesquisa dos alunos Isadora Costa e Matheus que estão cursando o 3° ano do curso, onde os mesmos estão realizando uma pesquisa que visa facilitar e garantir maior segurança nos sistemas de tracionamento das esteiras mecânicas. Gostaria de solicitar uma visita técnica para que nós 3 possamos conhecer e observar este processo, nos equipamentos, facilitando assim a compreensão e o dimensionamento dos componentes . O problema do ajuste das esteiras nos foi trazido pela aluna Isadora que possuí um familiar que é servidor da empresa e que nos deu a idéia da pesquisa. Agradeço desde já a atenção e me coloco à disposição para maiores informações. Teríamos como sugestão o turno da manhã para facilitar o nosso deslocamento. Atenciosamente, Sandro Heleno Auler .

19

A resposta obtida pela supervisora de recursos humanos ao e-mail do professor

Sandro segue transcrita abaixo:

Bom dia Sandro, conversei com o Gerente responsável pela área Industrial e Manutenção, porém, de acordo com algumas políticas internas não conseguiremos atender essa necessidade. Pedimos desculpas pelo transtorno.

3.1.3 Dados da empresa

Visto que a visita técnica não foi realizada, a resposta do e-mail fez com que a

pesquisa tomasse outro rumo por conta da falta de dados concretos, a solução

encontrada foi basear-se através de fotos e de informações conseguidas da empresa

para realizar o dimensionamento e a projeção através de uma simulação. As fotos

seguem abaixo:

Figura 5 - Mancal de ajuste do cilindro 1

Fonte: servidora empresa (2016).

20


Fonte: servidora da empresa (2016).



21



Figura 9 - Mecanismo de transmissão de rotação da esteira


22

Após receber e analisar as fotos, foi solicitado à servidora da empresa as dimensões

e os dados necessários para começar os cálculos do dimensionamento. Os valores

recebidos são respectivos a todos os mecanismos acoplados na esteira que permitem

seu tensionamento. Os dados estão representados na tabela:

Tabela 3 - Valores obtidos da empresa

Diâmetro do rolo (mm) 300

Diâmetro do eixo (mm) 38,1

Parafuso de fixação do mancal M12

Parafuso esticador M16

Distância entre rolos (m) 3

Distância entre mancais (mm) 700

Fonte: os autores (2016).

3.2 Dimensionamento

3.2.1 Cálculos

Com base nos cálculos, nos exemplos e no material bibliográfico de Antunes e Freire

(2000), foi montada uma tabela no Microsoft Excel em que é calculada a tensão

admissível e tensão máxima dependendo da força axial, o diâmetro externo da mola e o

material da mola que são pré-estabelecidos e em seguida comparou-se os resultados

obtidos com a tabela 4 e então se tornou possível determinar o tipo de serviço e o

diâmetro do fio. Como material resolveu-se utilizar aço o Corda de Piano ASTM-A-288

(SAE 1095) devido ao seu preço de mercado ser mais baixo do que concorrentes, o

diâmetro externo resultar em uma dimensão menor do que outros materiais, ser o mais

comumente encontrado no mercado e o único limite do aço, que é tolerância da sua

temperatura nunca ser menor que 15ºC ou maior que 120ºC, ser atendida no ambiente

da empresa.

23

Tabela 4 - Material Corda de Piano

Fonte: Elementos de Máquinas (2000).

Abaixo encontram-se as fórmulas necessárias para dimensionar a mola de tração:

Cálculo do diâmetro médio (Dm):

Dm=De-da

Dm - diâmetro médio da mola (mm)

De - diâmetro externo (mm)

da - diâmetro do arame (mm)

Cálculo da tensão atuante (τa):

τa - Tensão de cisalhamento/atuante (kgf/mm²)

KW - Fator de Wahl (adimensional)

F – Força axial na mola (kgf)

Corda de Piano ASTM-A-228 (SAE 1095)

Diâmetro do Fio Serviço Mola Fechada

Mm Pesado (kgf/mm²)

Médio (Kgf/mm²)

Leve (Kgf/mm²)

Kgf/mm²

De ≤ 1 70 90 105 115

1< até ≤ 2 60 80 90 100

2< até ≤ 3 54 74 85 92

3< até ≤ 4 51 70 80 86

4< até ≤ 6 - - - -

6< até ≤ 7,50 - - - -

7,50< até ≤ 10 - - - -

24

Cálculo do fator de Wahl (KW):

C – Índice de curvatura (adimensional)

Cálculo do índice de curvatura (C):

Cálculo do diâmetro do arame (da):

Cálculo da flecha (f):

f – Flecha (mm)

na – Número de espiras ativas (adimensional)

G- módulo de elasticidade transversal do material da mola (kgf/mm²)

Cálculo do comprimento máximo da mola (H):

Hmáx- comprimento máximo da mola (mm)

25

Cálculo força máximo com a mola fechada:

Cálculo da folga entre as espiras com a mola fechada (µo):

µo- Folga entre as espiras com a mola fechada

Cálculo do passo (p):

p- passo da mola (mm)

Comprimento de mola livre (H):

Comprimento de mola fechada (h):

Cálculo da flecha máxima (fmáx):

fmáx- Flecha máxima (mm)

H- Comprimento da mola livre (mm)

26

h- Comprimento da mola fechada (mm

Calculo da tensão máxima (τmáx):

τmáx- Tensão máxima atuante na mola (kgf/mm²)

Na sequencia encontra-se as fórmulas utilizadas para calcular as dimensões das

chapas de suporte de fixação da mola e do parafuso.

- Tensão de escoamento (N/mm²)

K- Coeficiente de segurança

F- Força (N)

A – Área da secção (mm²)

b – Base

h – Altura

d – Diâmetro

3.2.2 Cálculo da mola a partir da carga máxima suportada pelo parafuso tensionador

Para iniciar os cálculos baseando-se nos dados conseguidos, é estabelecido que a

força (tabelada) que o parafuso M16 é capaz de suportar seria utilizada como referência

para calcular as dimensões de uma mola de tração utilizada como esticadora

(tensionadora) que suportasse a mesma carga. A força encontrada para o parafuso M16,

seção resistente nominal de 157mm² e de tensão de escoamento 8.8, pode ser

encontrada na tabela 5, disponível logo abaixo:

27

Tabela 5 – Carga de prova para parafusos métricos com rosca normal (grossa)

Fonte: CISER (2008).

Ao aplicar a força de 91 KN na tabela do Microsoft Excel, adquirem-se as seguintes

especificações para a mola: serviço leve, o diâmetro externo resultante foi de 420

milímetros, o comprimento livre igual a 1396 milímetro, comprimento fechado

correspondente a 513 milímetros e diâmetro do fio equivalente a 1 milímetro e 2 ganchos

com ciclo completo de comprimento 298,664 milímetros.

As dimensões encontradas, apesar de corretas, são inviáveis para serem utilizadas

como base na projeção de uma mola. Na prática o diâmetro apresenta-se muito maior

que o esperado para a situação. Ao analisar esse problema, percebeu-se que ao utilizar

a carga que o parafuso é capaz de suportar, a força que está sendo calculada é a força

máxima do seu uso, e na prática a força a qual o parafuso esticador é submetido é

menor. Para isso, ao entrar em contato novamente com a servidora da empresa,

28

descobriu-se que a esteira serve para carregamento de uma manta que tem

comprimento de três metros e peso de cinquenta quilogramas, ou seja, é possível

carregar apenas uma manta por vez na esteira, logo o peso da manta que é

transportada é a carga aplicada no parafuso.

3.2.3 Cálculo da mola a partir da carga exercida sobre a esteira

Para solucionar esse problema, resolveu-se refazer os cálculos utilizando as

fórmulas que foram apresentadas anteriormente, mas agora utilizando como carga o

peso da manta que é transportada. Sendo assim, a carga que o parafuso é capaz de

suportar deixa de ser a base para os cálculos de dimensionamento.

Considerando a força exercida sobre a esteira igual a 50kgf, chegou-se a seguinte

especificação: serviço leve, diâmetro externo igual a 30 milímetros, comprimento de

mola livre equivalente a 99,535 milímetro, comprimento de mola fechada 33 milímetros e

diâmetro do fio correspondente a 4 milímetros e 2 ganchos de ciclo completo com

comprimentos de 21,6 milímetros.

3.2.4 Cálculo do suporte a partir da carga exercida sobre a esteira

Considerando a força aplicada sobre cada parafuso 12,5kgf e a tensão de

escoamento do parafuso de 8.8, chegamos ao resultado que o diâmetro do parafuso

equivale a 0,7 milímetros, porém o menor diâmetro possível tabelado é do parafuso DIN

931 parafuso cabeça sextavada rosca parcial M5x25 que foi a dimensão utilizada.

Considerando 25kgf como força aplicada para cada suporte de fixação da e o aço

utilizado ser o ABNT 1020L, chega-se ao valor de 24x7x0,5 milímetros para as

dimensões dos suportes de fixação da mola.

Considerando a força a ser aplicada para a chapa base de 50kgf, o aço a ser

utilizado ser o ABNT 1020L e a distância entre mancais de 700mm, encontra-se ao valor

de 700x70x12 milímetros para as dimensões da chapa base.

29

3.3 Projeção

Com as dimensões já estabelecidas, partiu-se para o próximo passo da pesquisa

que é a projeção da mola utilizando o software para desenhos em 3D, Autodesk Inventor

Professional. Abaixo se encontra a representação da mola de tração de diâmetro

externo 30 milímetros, mola fechada 33 milímetros e diâmetro do fio de quatro

milímetros (figura 12), assim como a chapa de fixação da mola (figura 10), uma chapa

700x70x12 milímetros (figura 11).

Figura 10- Chapa de fixação da mola


Figura 11 - Chapa de fixação para a chapa de fixação da mola


30

Figura 12 - Mola de tração


31

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Neste item, estão relatados os resultados obtidos com os cálculos de

dimensionamento da mola assim como das projeções feitas no Autodesk Inventor

Professional.

4.1 Resultados dos cálculos de dimensões da mola

O dimensionamento resultou em duas mola de serviço leve, de material Aço Fio

de Piano ASTM-A-228 (SAE 1095) com diâmetro externo de 30 milímetros, diâmetro do

fio igual a 4, 10 espiras ativas, passo igual a 9,65 milímetros, comprimento livre igual a

99,54 milímetros, comprimento fechado de 33 milímetros e dois 2 ganchos de ciclo

completo com comprimentos de 21,6 milímetros.

4.2 Resultados dos cálculos do suporte da mola

Foram dimensionadas três partes essenciais para o suporte, sendo essas a chapa

de base, as chapas de fixação da mola e os parafusos. A chapa base é de aço ABNT

1020L 700x70x12 (figura 13), a chapa de fixação da mola possui 24x 0,5 x7 (figura 14) e

os parafusos são DIN 931 parafuso cabeça sextavada rosca parcial M5x25, calculados

de acordo com Raupp (2016). Pode conferir-se o esboço do conjunto de suporte para a

mola na figura 15. Já na figura 16 é possível visualizar o conjunto completo junto a mola

de tração.

32

Figura 13 - Esboço chapa base


Figura 14 - Esboço da chapa de fixação da mola


33

Figura 15 – Esboço do suporte para mola


Figura 16 – Representação do conjunto com a mola


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4.2 Considerações gerais

O tensionamento serve para manter o controle efetivo da velocidade de avanço da

esteira, ou seja, se a esteira não estiver bem tensionada, perde-se esse controle e isso

acarreta em um possível atrasado na produtividade da empresa nos casos em que a

velocidade da esteira diminui. Há casos em que, por falta do tensionamento adequado, a

velocidade aumenta. Se a velocidade for muito baixa, perde-se no quesito produtividade,

se for muito alta, perde-se no quesito qualidade.

Ao trocar o sistema de tensionamento que hoje em dia é feito através de um

parafuso esticador por uma mola de tração, ganha-se no ponto do ajuste periódico que,

no caso da mola, deixa de ser necessário. O que pode acontecer com a mola é a fadiga,

mas ao fadigar, por ser um sistema de fácil adaptação, basta trocar por uma nova mola,

sem que seja necessário a intervenção do operador que é essencial tratando-se do

parafuso. A partir do momento em que esse ajuste frequente deixa de ser uma

prioridade, diminuem também as chances de causar acidentes envolvendo os técnicos

de manutenção que entram em contato direto com o parafuso.

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5 CONCLUSÃO

Concluiu-se a pesquisa com sucesso, dentro das limitações as quais o projeto foi

sujeito, principalmente por conta da dificuldade em encontrar material para referêncial

teórico, da visita técnica que foi negada pela empresa dificultando a etapa do

dimensionamento e da visualização. No entanto os resultados foram satisfatórios, já que

o objetivo foi atingido ao projetar e dimensionar um mecanismo capaz de tensionar a

esteira horizontal plana.

A partir das pesquisas e dos procedimentos realizados na Fundação Escola Técnica

Liberato Salzano Viera da Cunha, optou-se pela escolha do sistema mecânico dentre as

opções de sistema hidráulico e sistema pneumático. A partir disso foi possível definir que

o objeto de tensionamento seria uma mola de tração. Após realizar os cálculos de

dimensionamento e projetar a mola no software para desenho em 3D, encontrou-se a

mola de tração de diâmetro externo 30 milímetros, mola fechada 33 milímetros e

diâmetro do fio de quatro milímetros. É possível encontrar semelhantes no mercado e o

tamanho é adequado para o espaço o qual é proposto.

O conjunto de fixação da mola foi calculado e consiste em quatro parafusos M5 pela

norma DIN 931, uma chapa 700x70x12 milímetros, quatro porcas sextavadas M5 e oito

arruelas lisas de espessura dois milímetros. Ressaltando que os valores foram

arbitrados a partir das informações conseguidas da empresa, já que não foi possível

realizar a visita técnica, sendo assim o resultado apenas uma simulação para esse

estudo de caso. Além de o conjunto ser simples de estabilizar-se na esteira da empresa,

a grande vantagem é que por não precisar de ajuste periódico, os riscos aos quais o

operador ficava exposto no tensionamento feito através do parafuso esticador são,

nesse caso, inexistentes.

A próxima etapa do projeto consiste no cálculo de custos para o conjunto que foi

dimensionado, assim como uma nova tentativa de contato com a empresa para

possíveis testes concretos, aplicando as dimensões que foram calculadas em um

protótipo.

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6 REFERÊNCIAS

ANTUNES, Izildo; FREIRE, Marcos A.C. Elementos de máquinas. São Paulo: Érica,

1997. (Coleção Estude e Use Série Mecânica).

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mecânica/ Richard G. Budynas, J. Keith Nisbett; tradução técnica João Batista de Aguiar,

José Manoel de Aguiar. 8 ed. Porto Alegre: AMGH, 2011.

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<http://www.ciser.com.br/htcms/media/pdf/tabela-de-precos/br/informacoes_tecnicas.pdf

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FAIRES, Vírgil Moring. Elementos Orgânicos de Máquinas. Rio de Janeiro: Ao Livro

Técnico S. A., ago. 1996.

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Acesso em 29 ago. 2016.

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<http://www.kaufmann.com.br/esterias-trasportadoras.html>. Acesso em 29 ago. 2016.

RAUPP, Ronaldo. Tração - Compressão - Cisalhamento. 6 ed. Novo Hamburgo:

Fundação Escola Ténica Liberato Salzano Viera da Cunha, 2016.

SANDRO. Visita técnica. [email protected]. Supervisora de RH. Solicitação de

visita. Mensagem recebida por email não identificado em 16 ago. 2016.

SHIGLEY, Joseph Edward. Elementos de máquinas. Rio de Janeiro: LTC - Livros

Técnicos e Científicos Editora S.A, 1984.

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