FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA …

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

ARTHUR PATRÍCIO SEVERO

GABRIEL SILVEIRA DIAS

PAULA ROLIN SCHMITZ

COBERTURA PARA CADEIRA DE RODAS II

Orientador: Ronaldo Raupp

Coorientador: Elenilto Saldanha Damasceno

Novo Hamburgo

2016



PAULA ROLIN SCHMITZ


Projeto de Integração Disciplinar (PID) apresentado ao Curso Técnico de Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha como requisito parcial de aprovação.

Orientador: Ronaldo Raupp Coorientador: Elenilto Saldanha Damasceno

Novo Hamburgo, setembro de 2016.

FOLHA DE ASSINATURAS



PAULA ROLIN SCHMITZ


FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

Novo Hamburgo, setembro de 2016.

______________________________________________

Arthur Patrício Severo – (51) 9909-3133

______________________________________________

Gabriel Silveira Dias – (51) 9310-6042

______________________________________________

Paula Rolin Schmitz – (51) 9561-6062

______________________________________________

Ronaldo Raupp

Professor orientador

______________________________________________

Elenilto Saldanha Damasceno

Professor coorientador

RESUMO

O presente projeto é o dimensionamento e a manufatura de uma cobertura para

cadeira de rodas, que propõe a proteção de um cadeirante quando é exposto à chuva,

nos dias em que o fenômeno climático ocorre. A cobertura atende o espaço físico do

cadeirante; para compreendemos esse espaço, adotamos os parâmetros

antropométricos da norma ABNT NBR 9050 (2015). Além da proteção, o projeto tem

como preocupação não reduzir a mobilidade do sujeito. O novo dispositivo atua na

área de Tecnologia Assistiva, que apresenta uma escassez no Brasil, e envolve dois

requisitos, que são proteção e leveza. É acoplável nas laterais das cadeiras de rodas;

dessa forma, a cadeira não sofre nenhum tipo de modificação. Para que a manufatura

se torne possível, foram traçados requisitos para a escolha de materiais e analisadas

as opções para posterior escolha. Também foram elaboradas folhas de processos

para auxiliar na manufatura e na reprodução dos procedimentos por terceiros. Além

disso o projeto propõe continuidade.

Palavras-chave: Cadeira de rodas. Dispositivo. Cobertura.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 5

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 7

2.1 Cobertura para cadeira de rodas ....................................................................... 8

2.2 Norma ABNT NBR 9050/2015 – acessibilidade a edificações, mobiliário,

espaços e equipamentos urbanos ........................................................................... 9

2.3 Mecânica técnica e resistência dos materiais ................................................ 11

2.4 Tecnologia mecânica: processo de fabricação e tratamento – vol. II........... 12

2.5 Curso profissionalizante: processos de fabricação – volume 4 ................... 13

3 METODOLOGIA .................................................................................................... 15

3.1 Análise dos materiais para estrutura............................................................... 15

3.2 Material para o manto ....................................................................................... 16

3.3 Dimensionamento do material da estrutura .................................................... 17

3.4 Modelagem Autodesk Inventor Professional – versão de estudante ........... 19

3.5 Compra dos materiais ....................................................................................... 20

3.6 Confecção de pinos .......................................................................................... 21

3.7 Processo de calandragem ................................................................................ 23

3.8 Furação das hastes ........................................................................................... 25

3.9 União de arco e hastes ..................................................................................... 26

3.10 Análise CAE ..................................................................................................... 28

3.11 Fixação das peças 3D ..................................................................................... 30

3.12 Montagem do manto ....................................................................................... 33

4 ANÁLISE DE RESULTADOS ................................................................................ 34

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

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 36

5

1 INTRODUÇÃO

Haja em vista a escassez de dispositivos na área de Tecnologia Assistiva,

chegou-se à ideia de construir um mecanismo que seja conectável ao modelo de

cadeira de rodas Aktiva Ultra Lite X da Ortobras, que vise ao abrigo do cadeirante em

dias de chuva. Através desse instrumento, almejamos minimizar parte das

dificuldades que um deficiente físico tem nos dias em que tal fenômeno ocorre.

Visto que os cadeirantes não possuem proteção à chuva e que um guarda-

chuva convencional não abriga seu corpo inteiro, além dele impossibilitar o deficiente

físico de deslocar-se sem ajuda de terceiros, pretendemos fabricar uma cobertura que

atenda a esses aspectos. Não há, no mercado, um aparelho que atenda às

necessidades específicas a essas situações. Há apenas um suporte de guarda-chuva

que tem como função ser um braço fixo que é acoplável a bicicletas, carrinhos de

bebês e cadeiras de rodas, como ilustra a figura abaixo.

Figura 1 – Suporte de guarda-chuva

Fonte: Mercado Livre (2015).

É possível fabricar uma estrutura coberta que abrigue um usuário de cadeira

de rodas sem que seu corpo fique exposto à chuva e sem redução de sua mobilidade?

Ao considerarmos o problema apresentado, chegamos a duas seguintes

hipóteses:

a) É possível que o cadeirante seja protegido por uma cobertura para cadeira

de rodas que não exponha seu corpo à chuva e não haja redução de sua mobilidade.

6

b) Não é possível que o cadeirante seja protegido por uma cobertura para

cadeira de rodas, pois haverá exposição do seu corpo à chuva e redução de sua

mobilidade.

Este projeto tem como objetivo construir um dispositivo que possa ser usado

no modelo Aktiva Ultra Lite X da Ortobras de cadeira de rodas, que cubra e proteja o

corpo de um cadeirante, em dias chuvosos, sem prejudicar sua desenvoltura. Além

disso, possui objetivos específicos como:

corrigir os equívocos cometidos no projeto anterior;

comparar materiais;

aprimorar o dispositivo, sem redução de mobilidade;

efetuar novos cálculos para dimensionamento;

obter redução no peso de nosso dispositivo;

manufaturar um protótipo.

Para o embasamento do projeto, é utilizado o trabalho de referência Cobertura

para cadeira de rodas (RODRIGUES; SCHMITZ, 2015), que terá sua continuidade

nesta pesquisa, com o aprimoramento do modelo de projeção existente. As medidas

que reportam aos parâmetros antropométricos dos deficientes físicos são retiradas da

ABNT NBR 9050/2015. Com a intenção de conceituar o termo tecnologia assistiva,

utilizaremos a Pesquisa nacional de tecnologia assistiva (GARCÍA; FILHO, 2012). A

fim de dimensionar o dispositivo, utilizam-se as fórmulas sobre dimensionamento na

flexão do livro Mecânica técnica e resistência dos materiais (MELCONIAN, 2012).

Para que se apliquem os parâmetros de usinagem corretamente, nos guiamos com a

obra Tecnologia mecânica: processo de fabricação e tratamento - vol. II (CHIAVERINI,

1986). Com o intuito de compreender o processo de calandragem para que

pudéssemos reproduzi-lo, foi necessário consultar o estudo Curso profissionalizante:

processos de fabricação – volume 4 (SENAI, 1997).

O projeto caracteriza-se como uma pesquisa tecnológica, que visa à produção

de um protótipo que deverá atender às dificuldades que um cadeirante enfrenta em

dias de chuva, com a materialização de uma cobertura que não gere desconforto e

perda de mobilidade. Uma vez que o projeto é uma continuação, as bases para a

produção do protótipo já foram realizadas no ano anterior. Agora, os principais

objetivos são a correção dos erros cometidos, o aperfeiçoamento das características

e, por fim, a manufatura da cobertura.

7

Para a confecção de nosso protótipo, utilizaremos materiais selecionados

para as hastes, manto, batente, abraçadeira, garra e fixação. Serão comprados

materiais como tubos, plástico cristal, parafusos e filamento de PLA para impressora

3D. Nós nos responsabilizaremos pela montagem.

Para analisarmos se os resultados do projeto foram satisfatórios teremos,

como base, tanto para a construção quanto para a comparação, os parâmetros

antropométricos obtidos pela norma NBR 9050. Outro método para analisarmos os

resultados do projeto é a aplicação do CAE – Autodesk Algor Simulation, que nos dirá

se há superdimensionamento e se a resistência das peças mediante os esforços

aplicados estará dentro dos seus limites. Ademais, propomos a continuidade deste

projeto.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

8

O projeto visa à eliminação de uma das dificuldades que um deficiente físico

pode encontrar em sua rotina, que são os dias chuvosos, e tornar possível sua saída

de casa, com proteção ao fenômeno climático.

Nossas principais referências são o trabalho Cobertura para cadeira de rodas

(RODRIGUES; SCHMITZ, 2015), que terá continuação nesta pesquisa, juntamente

com os dados fornecidos pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, em 2015,

na ABNT NBR 9050. Para os cálculos de dimensionamento, será utilizado o livro

Mecânica técnica e resistência dos materiais (MELCONIAN, 2012). Para informações

sobre os parâmetros de usinagem, será empregada a obra Tecnologia mecânica:

processo de fabricação e tratamento – vol. II (CHIAVERINI, 1986), e para efetuar os

procedimentos de calandragem, o livro Curso profissionalizante: processos de

fabricação – volume 4 (SENAI, 1997).

Temos como proposta atuar na área de Tecnologia Assistiva, que visa à

autonomia, qualidade de vida e inclusão social de pessoas com deficiência. García e

Filho (2012, p. 12) destacam Manzini:

Os recursos de tecnologia assistiva estão muito próximos do nosso dia a dia. Ora eles nos causam impacto devido à tecnologia que apresentam, ora passam quase despercebidos. Para exemplificar, podemos chamar de tecnologia assistiva uma bengala, utilizada por nossos avôs para proporcionar conforto e segurança no momento de caminhar, bem como um aparelho de amplificação utilizado por uma pessoa com surdez moderada ou mesmo um veículo adaptado para uma pessoa com deficiência (MANZINI, 2005 apud GARCÍA & FILHO, 2012).

2.1 Cobertura para cadeira de rodas

Planejamos manter a forma do projeto, como ilustra a figura a seguir, mas não

suas dimensões, visto que ficaram superdimensionadas e deixaram o dispositivo com

aproximadamente 36,4 kg, o que dificulta a mobilidade do cadeirante. Foram

corrigidos esses equívocos, com a revisão da escolha do material, da força atuante

no dispositivo e dos cálculos de dimensionamento, o que possibilitou a diminuição do

peso e a manufatura do protótipo.

Figura 2 – Cobertura para cadeira de rodas

9

Fonte: Rodrigues e Schmitz (2015).

2.2 Norma ABNT NBR 9050/2015 – acessibilidade a edificações, mobiliário,

espaços e equipamentos urbanos

A norma ABNT NBR 9050, atualizada em outubro de 2015, possui dez

capítulos, entre eles o capítulo de número 4, Parâmetros antropométricos, que é

essencial para termos referências sobre as medidas da cadeira, demonstradas na

próxima figura, e do seu uso pelo cadeirante.

Figura 3 – Cadeira de rodas

10

Fonte: ABNT (2015).

A figura 4 auxilia-nos a compreender o espaço físico que o deficiente físico

ocupa e dá início às medidas do protótipo; já a figura 5 nos aponta o local aproximado

da aplicação da força para abrir a estrutura e a figura 6 demonstra a necessidade de

o manto da cobertura ser transparente, para que o cadeirante não perca a visibilidade

ao se locomover.

Figura 4 – Dimensões do módulo de referência

Fonte: ABNT (2015).

Figura 5 – Ângulos para execução de forças de

tração e compressão

Fonte: ABNT (2015).

Figura 6 – Cones visuais da pessoa em

11

cadeira de rodas

Fonte: ABNT (2015).

Na norma brasileira, há dois dados sobre a força de tração e compressão que

um cadeirante aplica. O primeiro dado é da força humana direta, igual ou inferior a 36

N, para acionar mecanismos das portas, e o outro é a força inferior a 23 N, para o

acionamento de descargas. Entre os valores para fazer o dimensionamento, foi

utilizada a força de 36 N, que proporciona um maior momento fletor máximo.

2.3 Mecânica técnica e resistência dos materiais

Para calcular o dimensionamento do protótipo, é necessário considerar nossa

estrutura como uma viga engastada que sofre um esforço físico. No nosso caso, será

a força humana para acionamento de uma porta, que atua perpendicularmente ao eixo

da estrutura do protótipo. Ou seja, nossa estrutura se submete à flexão e, para

obtermos o valor do diâmetro procurado, é fundamental executar os cálculos.

Segundo Melconian (2012), são requeridos a tensão admissível do material, o

momento fletor máximo e o módulo de resistência.

σadm = σe

k ∴ σx =

M. ymáx

Jx

12

Wx =Jx

ymáx ∴ σx =

M

Wx

σadm: tensão admissível [MPa]

σe: tensão de escoamento [MPa]

k: coeficiente de segurança

σx: tensão normal atuante na fibra mais afastada; adota-se o valor da

admissível [MPa]

M: momento fletor [N.mm]

ymáx: distância máxima entre linha neutra e extremidade da secção [mm]

JX: momento de inércia [mm]

Wx: módulo de resistência [mm3]

Como a estrutura deve ser leve, delimitamos a secção tubular, isto é, seu

módulo de resistência deve ser referente à sua secção. Para facilitar os cálculos, foi

feita a dedução das fórmulas; ao aplicarmos os valores já conhecidos, podemos obter

o diâmetro interno do tubo.

Wx =π.(D4−d4)

32.D∴ D = 1,3. d ∴ Wx =

π.((1,3.d)4−d4)

32.(1,3d)

σx =M. 32.1,3. d

π. 1,8561. d4 ∴ σx =

M. 41,6

π. 1,8561. d3∴ d3 =

M. 41,6

π. 1,8561. σx∴ d = √

M. 41,6

π. 1,8561. σx

3

d: diâmetro interno [mm]

D: diâmetro externo [mm]

2.4 Tecnologia mecânica: processo de fabricação e tratamento – vol. II

Há diferentes processos pelos quais é possível retirar material de uma peça,

a fim de diminuir o diâmetro, comprimento, largura ou altura, gerar um perfil, sangrar,

furar, arredondar ou chanfrar e dar acabamento. Os processos que geram essas

retiradas são, principalmente, o torneamento, a furação e o serramento.

13

Torneamento, segundo Chiaverini (1986), é o processo utilizado para a

obtenção de superfícies de revolução em que a peça gira, no eixo de giração, e a

ferramenta se desloca, paralelamente a este, segundo determinadas trajetórias.

As principais variáveis da usinagem são a velocidade de corte (Vc) e o avanço

(ap).

𝑉𝑐 =𝜋. Ø. 𝑛

1000

ap =𝑐

𝑛

Ø: diâmetro máximo da peça

n: rotação do eixo de rotação

c: comprimento a ser usinado

Quando se usina aço SAE 1045, a velocidade de corte no aço rápido varia

entre 20 e 26 m/min; em ferramentas de metal duro, a velocidade pode variar de 100

até 400 m/min, o que depende do material da composição.

Furação, de acordo com o mesmo autor, é o processo que tem em vista abrir,

alargar ou acabar furos de peças. Os furos podem ser produzidos em dimensões

variáveis, que dependem apenas da relação área-peça-diâmetro da ferramenta.

Serramento, ainda conforme Chiaverini (1986), é uma operação fundamental

em todas as oficinas mecânicas, por ser processo primário na fabricação de qualquer

peça, visto que toda peça tem seu início no serramento, tanto para a separação de

partes quanto para a retirada de partes muito grandes do material bruto.

2.5 Curso profissionalizante: processos de fabricação – volume 4

Com base no capitulo Dobramento e curvamento do livro Curso

profissionalizante: processos de fabricação – volume 4 (SENAI, 1997), adquirimos

compreensão para efetuarmos a operação de curvamento, que pode ser feita por meio

de máquina ou ferramentas. Nossa escolha foi usar a máquina, pois a possuímos na

oficina do curso técnico de Mecânica e está a nossa disposição. A máquina para

curvar é a calandra, que executa a curvatura, conforme o raio almejado, através da

conformação mecânica.

14

A curva é confeccionada por meio de rolos e de pressão. O movimento do

conjunto de rolos ocorre por intermédio de um manípulo e a pressão exercida no

material é regulada pelo parafuso de ajuste, que estão indicados na figura 7. Na

calandra de 3 rolos, tem-se 2 rolos móveis e 1 fixo; como indica a figura 8, eles estão

posicionados em forma de pirâmide e requerem uma tensão de contato inicial.

Figura 7 - Calandra para tubos e perfis

Fonte: Senai (1997).

Figura 8 - Rolos fixos e móveis

Fonte: Senai (1997).

15

3 METODOLOGIA

Abaixo, seguem as etapas das partes teóricas e práticas do desenvolvimento

da manufatura da cobertura para cadeira de rodas.

3.1 Análise dos materiais para estrutura

A escolha do material foi feita por meio da comparação do peso específico

dos materiais: aço, alumínio, bronze e latão. Os valores foram retirados do livro

Mecânica técnica e resistência dos materiais (MELCONIAN, 2012) e organizados no

quadro que segue.

Quadro 1 – Peso específico dos materiais

Fonte: os autores (2016).

A cadeira de rodas de referência será uma Aktiva Ultra Lite X da Ortobras,

apresentada na figura 9, que suporta 120 kg. O material escolhido foi o alumínio, em

função de ter o menor valor de peso específico entre os 4 materiais pré-selecionados,

para que usuários de diversos pesos possam utilizar o produto.

De acordo com a Associação Brasileira do Alumínio (ABAL, 2011), o alumínio

é um material versátil bastante utilizado nas áreas da Engenharia, da Arquitetura e na

indústria em geral. Seu peso específico é aproximadamente 35% do aço e 30% do

cobre. Ele apresenta uma camada de óxido fina e invisível que o protege de oxidações

posteriores. Em outras palavras, ele tem uma elevada resistência à corrosão, por

causa da sua autoproteção. Tem como característica a barragem de luz, a não

produção de faíscas e a impermeabilidade à ação da umidade. Além do mais, é um

material infinitamente reciclável, que não perde suas propriedades físico-químicas.

Figura 9 – Aktiva Ultra Lite X

Material Peso específico ɣ [N/m3]

Aço 7,7 x 104

Alumínio 2,55 x 104

Bronze 8,63 x 104

Latão 8,63 x 104

16

Fonte: Ortobras [s.d.].

3.2 Material para o manto

Para que o cadeirante não perca sua visibilidade, é essencial que o manto da

cobertura para a cadeira de rodas seja transparente. Nesse caso, optamos pelo

plástico cristal 100% PVC-P. Segundo o Instituto do PVC [s.d.], o PVC flexível tem

propriedades isolantes, flexibilidade em larga faixa de temperatura, autoextinção à

chama, baixa inflamabilidade e custo reduzido. Suas propriedades físicas encontram-

se no quadro 2. O material tem aplicação em estofamentos, cortinas, lonas,

embalagens e outros. Seu tempo de vida útil varia de acordo com a aplicação,

conforme valores dispostos no quadro 3, e dispõe de três processos de reciclagem:

mecânica, química e energética.

Quadro 2 – Propriedades típicas do PVC

17

Fonte: Instituto do PVC [s.d.].

Quadro 3 – Estimativa de vida útil

Fonte: Instituto do PVC [s.d.].

3.3 Dimensionamento do material da estrutura

Para fazer os cálculos de dimensionamento, utilizamos o programa Autodesk

Force Effect, para obtermos, assim, os valores das forças cortantes, momentos

fletores e seus respectivos gráficos. O que nos interessa é o valor do momento fletor

máximo, para ser aplicado na fórmula do dimensionamento. Consideramos a viga

como sendo engastada e a força imposta sobre ela como a metade da força para

acionamento de uma porta, já que o cadeirante utilizará essa mesma força dos dois

lados do aparelho.

𝐹𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 =𝐹𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜

2 ∴ 𝐹𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 =

36 𝑁

2 ∴ 𝐹𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 18 𝑁

18

O comprimento da viga é o comprimento da haste móvel n° 3 e a posição da

força é onde ficará posicionado o punho, ilustrada na figura 10.

Figura 10 – Aplicação da força e geração de momento fletor


Os gráficos da força cortante (Q) e do momento fletor (M) seguem na figura

abaixo:

Figura 11 - Gráficos de Q e de M


De acordo com o gráfico gerado, o valor do momento fletor é de 5400 Nmm.

Segundo Melconian (2012), o valor da tensão de escoamento do alumínio em MPa

19

varia de 300 – 120. Utilizaremos o valor médio entre os dois, que é 210 MPa, e

adotaremos o coeficiente de segurança igual a 2.

M = 5400 Nmm

σadm = σe

k ∴ σx = σadm ∴ σadm =

210 MPa

2 ∴ σadm = 105 MPa

Com essas informações, obtivemos os valores dos diâmetros interno e

externo dos tubos.

d = √M. 41,6

π. 1,8561. σx

3

∴ d = √5400 Nmm. 41,6

π. 1,8561.105 MPa

3

∴ 𝑑 = 7,159 mm

D = 1,3. d ∴ D = 1,3.7,159 mm ∴ D = 9,307 mm

3.4 Modelagem Autodesk Inventor Professional – versão de estudante

A partir dos parâmetros antropométricos, do dimensionamento e da projeção

do projeto anterior, foi possível realizar uma nova modelagem no software Autodesk

Inventor. A imagem renderizada e o desenho da cobertura seguem abaixo e os

desenhos individuais de cada parte seguem nos apêndices A, B, C, D, E, F, G, H, I, J,

K, L.

Figura 12 – Cobertura para cadeira de rodas renderizada


Figura 13 – Desenho

20


3.5 Compra dos materiais

21

Os materiais adquiridos foram: tubos de alumínio, plástico cristal, filamento de

PLA, parafusos, cola trava HS 329 e fita dupla face 3M. Os tubos foram

encomendados na JSM Distribuidora, de acordo com o catálogo e com nosso

dimensionamento. O material é liga de alumínio 6063 T5, diâmetro externo 9,53 mm

e espessura de 1,3 mm; as medidas compradas seguem no quadro 4. O plástico cristal

é vendido a cada 1 x 1,40 m; foram comprados 8 m. Os parafusos são: 2 parafusos

Allen rosca parcial M5 x 45 mm e 2 porcas M5, 16 parafusos Allen M2 x 6 mm e 16

porcas M2. O filamento PLA adquirido foi de 1,75 mm e 1 kg. Os valores dos produtos

serão listados no quadro 5.

Quadro 4 – Quantidade e comprimento de tubos encomendados

Quantidade de tubos 6 2 1 1 2

Comprimento 800 mm 960 mm 1350 mm 1300 mm 1250 mm


Quadro 5 – Preços e produtos

Item Valor unitário Quantidade Custo utilizado

Tubos R$ 2,06 por metro 11,87 m R$ 24,45

Plástico cristal R$ 6,99 por metro 8 x 1,40 m R$ 55,95

Filamento de PLA R$ 129,90 por quilograma 170 g R$ 22,10

Parafuso Allen M5

e porca M5

R$ 0,40 por conjunto

parafuso e porca 2 unidades R$ 0,80

Parafuso Allen M2

e porca M2

R$ 0,20 por conjunto

parafuso e porca 16 unidades R$ 3,20

Cola trava HS 329 R$ 13,90 por 50 g 5 g R$ 1,40

Fita dupla face 3M R$ 25,00 12 m R$ 25,00

Fonte: os autores (2016),

3.6 Confecção de pinos

22

Todo o processo de confecção de pinos foi feito na oficina do curso de

Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, com a

supervisão e aval do professor orientador Ronaldo Raupp.

Primeiramente, foram postos os corpos de prova de alumínio (4 barras

redondas maciças Ø 9,4 x 12 mm), doados pelo professor Pedro Naud, que seguem

na figura 14, sobre a mesa de desempeno, para medir e identificar o comprimento e o

tamanho do material bruto.

Figura 14 – Corpo de prova doado


Os instrumentos utilizados são:

barra redonda de alumínio Ø 9,4 x 12 mm;

bits;

broca de furo de centro;

mandril do torno;

EPIs (óculos de proteção, jaleco, calçado fechado, calça comprida);

paquímetro;

trena (3 m);

mesa de desempeno.

A máquina foi preparada para a usinagem, sendo: Vc = 26 m/min, n = 1042,65

rpm e fn = 0,5 mm/rot. Selecionamos um corpo de prova e fixamos com 8 mm para

fora da placa. Posicionamos a ferramenta na torre do torno, com a aresta de corte da

ferramenta paralela ao eixo da peça, e usamos rotação horária. Para a operação de

faceamento, passamos a ferramenta até o centro da peça.

Posicionamos o mandril no torno, com a broca de furo de centro já

devidamente posicionada. O cabeçote móvel é movido no sentido z menos até

perfurar; após perfurar, entra 5 mm na peça. Desafixamos a peça e o mandril logo

após, posicionamos o contraponto e a peça e deixamos 10 mm para fora da castanha.

Desbastamos 8 mm com ap = 0,9 mm até atingir o Ø 6,83 mm. Desafixamos a peça.

23

Fixamos com 5 mm para fora da placa e retiramos o furo de centro. Não há

acabamento, pois não há uma rugosidade especificada para isso, e a provida pelo

avanço é suficiente.

Fixamos a peça usinada na morsa e serramos, primeiramente, a 3 mm do

zero-peça e, na sequência, 3 mm até o fim do comprimento desbastado.

Posicionamos o bedame na torre do torno. Fixamos a peça cortada na placa

do torno com 2 mm para fora, inclinamos a torre do torno a 45°, chanframos 1 x 45°.

Após isso, desafixamos e viramos a peça, posicionamos a 2 mm para fora da placa,

chanframos 1 x 45°. Nos pinos sequentes, se repetem as operações. A cada barra de

corpo de prova, se confeccionam 2 pinos; temos, no total, 8 pinos. Seguem os pinos

na figura 15.

Figura 15 – Pinos confeccionados


3.7 Processo de calandragem

Todo o processo de calandragem foi feito na oficina do curso de Mecânica da

Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, com a supervisão e aval

do professor orientador Ronaldo Raupp. Todo o processo foi realizado com a

utilização dos EPIs especificados na lista de materiais.


calandra manual de três rolos;

4 tubos de liga de alumínio 6063 T5, D. ext. = ⅜”, e = 1,30 mm, h1 = 1250

mm, h2 = 1250 mm, h3 = 1300 mm, h4 = 1350 mm;

comparador de raio;

24


paquímetro;

trena (3 m);

mesa de desempeno.

Primeiramente, foram postos os tubos, que foram comprados com as medidas

aproximadas para deixar um pouco de sobremetal no comprimento, sobre uma

bancada, para medir e identificar cada tubo em relação ao seu comprimento, como

mostra a figura.

Figura 16 – Verificação de medidas


Preparou-se a calandra para a calandragem de tubos. Para realizar o

processo, um dos integrantes girou a manivela, que movimenta os tubos e gera a

curvatura, enquanto o outro a posicionou e direcionou na entrada, saída e retirada dos

tubos. O responsável por girar a manivela executou a ação cuidadosamente, pois se

a girasse com muita força, iria produzir fissuras no tubo; já o encarregado pelo

posicionamento teve o cuidado de não deixar o tubo sair da posição, pois se isso

acontecesse, o tubo sairia do eixo e ficaria torto.

Para obter a curvatura, foi necessário baixar o rolo superior no meio do tubo

e girar, assim, a uma pressão que formasse a curvatura; essa pressão teve de ser

crescente, mas sempre em pequenas quantidades, para que não acarretasse fissuras.

Cada passada nos rolos foi feita em ambos os sentidos, quantas vezes fossem

necessárias para conferir um bom perfil ao tubo. Como não há como verificar o quanto

25

o raio será diminuído, se devem usar pequenos apertos para, além das situações já

citadas, não passar do raio desejado.

Depois de cada passada, foi usado o comparador de raio para verificar o

quanto faltava para o raio desejado, ou se já estava nele. Os valores seguem no

quadro 6, e a figura 17 ilustra os resultados.

Quadro 6 – Raio desejado

Identificação Comprimento da

haste

Raio externo

desejado

Identificação do

arco

h1 1250 mm 382,24 mm Arco fixo

h2 1250 mm 391,77 mm Arco móvel n° 1




Figura 17 – Arcos obtidos


3.8 Furação das hastes

Todo o procedimento de furação das hastes foi feito na oficina do curso de

Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, com a

supervisão e aval do professor orientador Ronaldo Raupp.


26

furadeira de bancada;

4 tubos de liga de alumínio 6063 T5, Dext. = 3/8”, e = 1,30 mm, h1 = 800

mm, h2 = 800 mm, h3 = 800 mm, h4 = 800 mm, h5 = 800 mm, h6 = 800 mm, h7 = 960

mm, h8 = 960 mm;


broca de 5 mm;

paquímetro;

trena (3 m);

calço;

pedaço de madeira;

mesa de desempeno.

Primeiramente, foram postos os tubos, que foram comprados com as medidas

exatas, sobre uma bancada, para medir e identificar cada tubo em relação ao seu

comprimento.

Preparou-se a furadeira com a broca de 5 mm no mandril e rotação n = 1400

rpm e posicionou-se o tubo de 800 mm na morsa, com auxílio de um calço e uma

madeira. Tangenciou-se a broca no tubo, a fim de ter referências para posicionar a

broca coincidente ao eixo e a 4,5 mm a partir do início do tubo. Repetir esse processo

para todos os tubos de 800 mm. Para os tubos de 960 mm, deve-se posicionar a 164,5

mm do início do tubo.

Posicionada a broca, deve-se furar lentamente, pois caso haja muita

velocidade, haverá um excesso de força sobre o tubo, o que o fará fletir.

3.9 União de arco e hastes

Todo o procedimento de união de arco e hastes foi feito na oficina do curso

de Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, com a

supervisão e aval do professor orientador Ronaldo Raupp e com a vistoria e auxílio

do professor Jefferson Silva. Todo o processo foi realizado com a utilização dos EPIs

especificados na lista de materiais.


arcos (fixo, móvel n° 1, móvel n° 2 e móvel n° 3);

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4 tubos de liga de alumínio 6063 T5, Dext. = 3/8”, e = 1,30 mm, h1 = 800

mm, h2 = 800 mm, h3 = 800 mm, h4 = 800 mm, h5 = 800 mm, h6 = 800 mm,

h7 = 960 mm, h8 = 960 mm;


cola trava HS 329;

álcool etílico;

trapo industrial.

A junção da haste tubular com o arco foi realizada com a utilização dos pinos

de alumínio que foram usinados pelos integrantes do projeto e da cola trava HS 329;

os materiais utilizados seguem na figura 18. A cola foi disponibilizada pelo professor

Jefferson Silva.

Figura 18 – Materiais utilizados para união


As operações foram realizadas sobre a mesa de desempeno. Para colar as

partes, elas e os pinos foram limpos com o auxílio de um trapo industrial umedecido

com álcool etílico. O trapo foi passado na superfície interna dos arcos e das hastes e

nos pinos, sobre a superfície externa.

28

Após a limpeza, aplicamos a cola por todo o comprimento do pino e o

posicionamos com metade do seu comprimento no arco (1,5 mm) e a outra, na haste.

Esse processo foi utilizado em todas as uniões, as quais unificaram cada arco com

sua respectiva haste, como explica o quadro a seguir.

Quadro 7- Uniões

União Quantidade de hastes Haste Arco

Estrutura fixa 2 Haste fixa Arco fixo

Estrutura móvel n° 1 2 Haste móvel Arco móvel n° 1




A seguir, deixamos as uniões em descanso por dois dias para que as

especificações do fabricante da cola fossem seguidas.

3.10 Análise CAE

Foram analisadas as peças que sofreriam esforços, no Autodesk Inventor, por

meio de sua extensão, chamada “análise de tensão”. As partes analisadas foram a

garra, o batente e a fixação.

Por apresentar diversas peculiaridades, o batente gerou o erro de

convergência no CAE; porém, ao utilizar a sonda, foi possível observar que tanto a

tensão quanto o deslocamento ficaram dentro do esperado, sendo a tensão máxima

aproximadamente 1 Mpa e o deslocamento 0,1236 mm. O fator de segurança ficou

muito elevado, sendo 15 em toda a peça, praticamente.

Figura 19 - Batente

29


Já a tensão máxima atuante na fixação é aproximadamente 1,58 Mpa e o

deslocamento 0,1236 mm. O fator de segurança ficou muito elevado, sendo 15 em

toda a peça, praticamente e, o mínimo, 12,66.

Figura 20 - Fixação


A tensão máxima atuante na garra é aproximadamente 3,216 Mpa e o

deslocamento 0,007738 mm. O fator de segurança ficou muito elevado, sendo 15 em

toda a peça, praticamente.

Figura 21 – Garra


30

Com base nas análises, podemos concluir que os deslocamentos e as

tensões ficam dentro do esperado, sendo a resistência à tração na ruptura do ABS

plástico 16 MPa. A única ressalva seria a de que o coeficiente de segurança ficou

muito alto, sendo o mínimo, em todas as peças, na faixa de 10 a 12.

3.11 Fixação das peças 3D

A impressão 3D ocorreu inteiramente na Fundação Liberato e foi realizada por

Danilo Augusto de Oliveira, responsável pelas impressoras 3D da Liberato. Para

fazermos a impressão, entramos em contato com Danilo e ele nos indicou em qual

tipo de extensão deveríamos salvar os arquivos das peças para que o software da

impressora fizesse a leitura. As peças que foram impressas foram duas garras, dois

batentes, quatro abraçadeiras, dois punhos e duas fixações.

Após a impressão, foi realizada a montagem das peças nas posições

indicadas pelo desenho da figura. A fixação encontra-se no início da estrutura fixa. As

abraçadeiras situam-se a 295 mm do início da haste fixa, de ambos os lados da

estrutura; inferiormente a elas, se posiciona a garra e, embaixo, mais uma

abraçadeira. A figura 25 exemplifica a fixação das partes.

Figura 22 – Fixação da garra


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Os batentes encontram-se subsequentemente à junção das estruturas, a uma

distância de 147 mm do início da estrutura fixa; a figura abaixo demonstra a fixação

do batente.

Figura 23 – Fixação do batente


Os punhos encontram-se na estrutura móvel n° 3, a 300 mm de seu início;

sua fixação é ilustrada na próxima figura.

Figura 24 - Fixação do punho


32

Figura 25 – Distâncias das fixações


33

3.12 Montagem do manto

A montagem do manto deu-se com utilização da fita dupla face 3M para fixá-

lo; o material do manto é o plástico cristal.

A primeira etapa foi cobrir, com o manto, a parte traseira da cobertura, que

não necessita de ângulo. A fita é posta sobre o perfil de tubo e é esticado o plástico

para o contato; após a colagem, tiramos as rebarbas, com o auxílio de uma tesoura.

A montagem em si precisou da participação ativa dos três membros do grupo, pois

para ser realizada, é necessário que um integrante posicione e segure a estrutura no

ângulo de 30°, enquanto o outro posiciona e aplica a fita e um terceiro estica e perfila

o manto. A primeira parte a ser posta a fita é a que está reta, embaixo, e a segunda é

a que está em ângulo; repete-se esse processo para todas as estruturas.

Figura 26 – Protótipo


34

4 ANÁLISE DE RESULTADOS

Os resultados obtidos a partir da escolha dos materiais, do dimensionamento,

dos processos realizados por nós e das análises de tensões foram satisfatórios.

Houve a redução de peso referente ao projeto Cobertura para cadeira de rodas

(RODRIGUES; SCHMITZ, 2016), nossa estrutura atual pesa 6,88 kg. Porém, ficamos

insatisfeitos com o resultado estético do nosso projeto.

Ainda há melhorias que podem ser feitas. Deparamo-nos com algumas

dificuldades que devem ser revistas em uma continuação do projeto, como a escolha

de um processo adequado para fixação do manto, um manto que proporcione maior

visibilidade; além disso, posteriormente, devem ser feitos testes de mobilidade e

aplicação de questionários sobre a aceitação do dispositivo ao grupo alvo.

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5 CONCLUSÃO

O projeto de pesquisa elaborado abre uma nova alternativa para sanar uma

dificuldade cotidiana de um cadeirante, pois auxilia na sua proteção, em dias de chuva,

compreende seu espaço físico e evita que ele se molhe.

O desenvolvimento desse dispositivo é uma iniciativa que colabora com a área

da Tecnologia Assistiva; ela surge de uma ideia simples, que é um sistema similar a

um carrinho de bebê, mas com o módulo de referência de um cadeirante, retirado da

norma ABNT 9050 (2015). O projeto de pesquisa foi realizado com o intuito de

desenvolver um dispositivo leve, prático e funcional, mas não chegamos a um modelo

final.

Logo, propomos a continuidade da pesquisa para que se tenha um dispositivo

usual que faça com que o cadeirante enxergue normalmente, que se locomova sem

dificuldades e que tenha uma estética agradável.

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REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9050: acessibilidade a edificações, mobiliário, espaços e equipamentos urbanos. Rio de Janeiro, 2015.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO ALUMÍNIO. Disponível em: <http://www.abal.org.br/aluminio/caracteristicas-quimicas-e-fisicas/>. Acesso em: 28 ago. 2016.

CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia mecânica: processos de fabricação e tratamento – volume II. 2. ed. São Paulo: McGraw-Hill Ltda., 1986. GARCÍA, Jesus Carlos Delgado; FILHO, Teófilo Alves Galvão. Pesquisa nacional de tecnologia assistiva. São Paulo: Instituto de Tecnologia Social, 2012.

INSTITUTO DO PVC. Disponível em: <http://www.institutodopvc.org/reciclagem/basetxt.htm>. Acesso em: 28 ago. 2016.

MELCONIAN, Sarkis. Mecânica e resistência dos materiais. 19. ed. São Paulo: Érica, 2012. ORTOBRAS. Disponível em: <http://www.ortobras.com.br/produto/aktiva-ultra-lite-x>. Acesso em: 31 ago. 2016.

RODRIGUES, Gustavo Büttenbender; SCHMITZ, Paula Rolin. Cobertura para cadeira de rodas. Novo Hamburgo: Fundação Liberato, 2015. Relatório PID.

SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM. Curso profissionalizante: processos de fabricação – volume 4. São Paulo, 1997.

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APÊNDICES

APÊNDICE A – Desenho da estrutura fixa

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APÊNDICE B – Desenho da estrutura móvel n° 1

39


APÊNDICE C – Desenho da estrutura móvel n° 2

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APÊNDICE D – Desenho da estrutura móvel n° 3

41


APÊNDICE E– Desenho do pino

42


APÊNDICE F – Desenho da fixação

43


APÊNDICE G – Desenho da abraçadeira

44


APÊNDICE H – Desenho do batente 01

45


APÊNDICE I – Desenho do batente 02

46


APÊNDICE J – Desenho do punho

47


APÊNDICE K – Desenho da garra

48


APÊNDICE L – Desenho da vista explodida

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