MOTOR

Para movimentar a placa constantemente de forma uniforme, é necessário o auxílio de um motor. Sabendo que o sistema necessita de 15 N.m de torque, e 165 W potência, determinou-se a velocidade em rotações por exigida.

Para isso, fez-se a conversão da frequência angular dada em radianos por segundo necessária, conforme a Equação 12, encontrando o valor de 105 rpm.

𝑣 =60 ⋅ 𝜔

2𝜋 =

60 ⋅ 11

2𝜋 ≅ 105 𝑟𝑝𝑚 (12) Contudo, verificou-se que os motores disponíveis no mercado com velocidade próxima as desejadas não atendem as necessidades do torque. Os que atendem ao torque, por outro lado, possuem velocidade superior a 1.000 rpm, o que é muito elevado em relação ao almejado. Então, primeiramente, foi avaliada a possibilidade de utilizar um motorredutor.

O motorredutor é um conjunto composto por um motor e uma caixa redutora de velocidade acoplada a ele. Esta caixa contém um jogo de engrenagens extremamente preciso capaz de reduzir a velocidade de saída. Porém, o valor encontrado no mercado não foi compatível com o orçamento. Por isso, também foi descartado,

Em seguida, avaliou-se a possibilidade de utilizar um motor com seu eixo conectado a um jogo de polias. Para modificar a velocidade de saída de um motor por meio do uso de polias e correias, são necessárias, pelo menos, duas unidades com diâmetros diferentes conectadas entre si por uma única correia contornando externamente ambas (Figura 20).

Figura 24. Jogo de Polias.

Fonte: SENAI.

A partir desta composição, é possível gerar uma velocidade menor ou maior na saída do sistema, de acordo com a montagem feita. Primeiramente, é de necessário saber que há uma relação entre a velocidade linear da correia e

a velocidade angular da polia. Esta, por sua vez, é apresentada na Equação 13.

𝑣 = 𝑟 × 𝜔 , (13) Sendo r o raio da polia encaixada em um eixo com velocidade angular w em rad/s. Logo, para diminuir a velocidade de saída do sistema, a polia de diâmetro menor deve ser encaixada no eixo do motor e a outra no eixo de saída do sistema. Então, quando o motor é acionado, a polia menor, que está encaixada nele, gira. Consequentemente, a correia gira com velocidade linear calculada conforme Equação 14. Como essa velocidade é igual em qualquer ponto de sua extensão, a correia ao movimentar-se pela polia de raio maior, faz com que ela entre em movimento circular. Para calcular a velocidade angular da segunda polia, substitui-se o valor de seu raio e o de 𝑣.

𝑣 = 𝑟2× 𝜔2 → 𝜔2 = 𝑣

𝑟2 (14) Ou seja, a velocidade angular da segunda polia, nesta configuração, é menor, reduzindo a velocidade de saída do sistema. Com isso, pode-se concluir que quanto maior o raio da segunda polia, menor é a sua velocidade angular. Portanto, para aumentar a velocidade de saída, deve-se configurar ao contrário, encaixando a polia maior no eixo de entrada e a polia menor no eixo de saída do sistema.

A razão entre o diâmetro da polia do eixo de saída com a do eixo de entrada é chamada de relação de transmissão. Geralmente representada pela letra i, também pode ser calculada pela razão entre o número de rotações por minuto da polia de entrada pela rotação por minuto da polia de saída. O seu valor adimensional é calculado conforme Equação 15.

𝑖 =𝑟2 𝑟1 =

n₁

n2 (15) Um conjunto de polias, há limites de i que devem ser respeitados conforme o tipo de correia empregada. Para correia plana, i não pode ultrapassar o valor seis. Já para a correia trapezoidal, seu valor limite aumenta para dez. Isso ocorre porque há necessidade de ter um contato mínimo entre a

correia e a polia. Caso contrário, ela se solta da polia menor e o sistema não funciona.

Como motores elétricos comumente encontrados a venda que atendam ao torque de 15 N.m possuem velocidades entre 1500 a 1800 rpm, para atingir de 105 a 125 rpm, e posteriormente corrigir a velocidade com um inversor de frequência, o menor i necessário é equivalente a 12. Conclui-se que, para o projeto proposto, há necessidade de elaborar no mínimo dois jogos de polias para alcançar o valor da velocidade de saída desejada. Levando em consideração que o espaço permitido próximo ao tanque de ondas é muito restrito, descartou-se esta opção.

Outra opção avaliada foi utilizar motor de limpador de para-brisas de automóveis. Visto que, há modelos com movimentação angular. O que facilitaria o funcionamento do gerador de ondas, sendo necessário apenas limitar a abertura angular feita pelo motor. Porém, também não atendem as exigências. Alguns modelos são apresentados no Anexo A.

Então, a opção escolhida, levando em consideração o custo, eficiência, espaço necessário para instalação, foi adquirir um motor (usado) e uma caixa redutora, separadamente. Para esta configuração, primeiro foi feita a busca de uma caixa redutora adequada as necessidades do projeto, visto que o mais importante é garantir valores próximos ao desejado na saída do sistema motor- redutor. A Figura 25 apresenta o modelo da caixa redutora que atende as necessidades do projeto.

Suas especificações técnicas são apresentadas na Tabela 6.

Tabela 6. Informações técnicas do redutor de velocidade Modelo Redução Pe (CV) t (N.m) RPM h (%) MKP 38 1x12,5 0,33 14,91 136 87 1x15 0,33 17,46 113 85 1x25 0,33 26,77 69 78 1x30 0,25 26,06 57 75 1x37 0,25 25,69 46 71 1x56 0,25 25,50 30 62 1x76 0,16 20,59 22 54

Fonte: Adaptado de https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-960757008-caixa-de- reduco-redutor-de-velocidade-112-a-176-_JM?quantity=1

Devido ao fato de o redutor possuir eficiência de 87% e a potência de saída necessária ser equivalente a 0,22 CV, a potência de entrada calculada conforme Equação 16 deve ser igual a 0,25 CV. Como o valor máximo da potência de entrada permitida é de 0,33 CV, o redutor pode ser utilizado no para o sistema de geração de ondas.

𝑃𝑠 = 0,87𝑃𝑒 → 𝑃𝑒 = 𝑃𝑠 0,87=

0,22

0,87= 0,25 𝑐𝑣 (16) Após definir a caixa redutora, buscou-se o motor elétrico ideal. Como a caixa redutora escolhida faz redução de 1:12,5, o motor a ser escolhido deve ter entre 1500 e 1600 rpm. Para a redução ser próxima da velocidade desejada, e então corrigir a diferença com o inversor de frequência.

Não é recomendado usar um motor com valor muito próximo. Visto que, na prática laboratorial, há perdas de energia. Deixar uma margem para erros é fundamental para garantir eficiência.

No eixo de saída da caixa redutora, foi acoplado um disco metálico com 12 cm de diâmetro. Fixado no seu devido centro de massa, garantindo o balanceamento durante o movimento circular, a peça possui um corte de 2 cm de comprimento, a fim de permitir maior flexibilidade na fixação da biela em raios diferentes (podendo variar de 3 a 5 centímetros). Desta forma, a biela

presa em uma extremidade no disco e na outra a placa basculante, ao realizar o movimento circular, puxa e empurra continuamente o flap.

Consequentemente, para alcançar o stroke desejado, foi necessário fixar a biela em um raio exatamente igual à metade de seu valor. Logo, para o projeto desenvolvido, como o stroke é de 8 cm, o raio estipulado foi de 4 cm. Com isso, ao efetuar o giro completo, a biela causa o deslocamento horizontal da placa equivalente ao diâmetro.

É valido ressaltar que, para esse sistema de geração de ondas, foi necessário desenvolver, com auxílio do Laboratório de Tecnologia Mecânica (LTM), pertencente ao curso de Engenharia Mecânica da UFF, uma peça específica, contendo um rolamento para fixação da biela no disco, conforme Figura 26. De modo que, permita grau de liberdade para que a extremidade oposta não seja forçada a sofrer o giro completo.

Figura 26. Peça de fixação criada no LTM

Como é possível verificar na Figura 27, a biela, obrigatoriamente, gira junto com a placa chata, caso não tenha um rolamento. Logo, se prender a extremidade livre à placa basculante, ocorrerá danos ao sistema, visto que a biela será forçada a girar junto ao disco, enquanto o flap aplicará uma força impedindo tal movimento.

Figura 27. Movimento circular com biela fixada sem rolamento

Já na Figura 28, é possível observar que, ao colocar um rolamento entre as arras, quando o eixo do redutor girar a barra chata, a biela poderá permanecer sempre com a outra extremidade fixada à placa basculante. Isso ocorre pelo fato de o rolamento poder girar independentemente.

Figura 28. Movimento circular com biela fixada com rolamento