Realização: IES parceiras: TÍTULO: PROJETO DE UMA BANCADA DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
SUBÁREA: Engenharias
INSTITUIÇÃO: FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI ROBERTO MANGE
-AUTOR(ES): EDUARDO AUGUSTO LIRYO DE NOBREGA
1. RESUMO
Esse projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma bancada de elementos de máquinas para facilitar a aplicação de aulas práticas e servir como ferramenta de ensino. O projeto constitui-se da associação dos elementos de máquinas mais comuns na indústria, como engrenagens de dentes retos e cônicos, esteiras, correias e polias sincronizadoras, eixos, motores de corrente contínua, rolamentos, sensores e Controlador Lógico Programável - CLP. A montagem desses elementos em uma bancada didática permite a aplicação da teoria desenvolvida em sala em cima de cada elemento e a visualização das suas relações de trabalho aplicadas de forma simultânea e integrada. Assim, o projeto busca induzir a interação do aluno com o conteúdo estudado, desenvolver capacidades que não são exploradas em uma aula expositiva, proporcionando a oportunidade do desenvolvimento de capacidades analíticas, interativas e críticas. Além disso, o desenvolvimento e a aplicação da bancada permite uma maior interação entre os alunos e os professores.
Palavras-chave: elementos de máquina; educação; bancada didática; automação. 2. INTRODUÇÃO
Com o atual cenário globalizado da atividade econômica mundial e a necessidade cada vez maior de profissionais capacitados nas mais diversas atividades industriais, torna-se essencial o conhecimento sobre novas tecnologias, tornando-se fundamental a formação acadêmica nos níveis técnico e superior. Segundo o Oliveira (2003), falar de educação técnica profissional no Brasil remete diretamente ao mercado de trabalho com suas necessidades de empregabilidade da mão de obra especializada.
O Programa Internacional de Avaliação de Estudantes (PISA), com base nos resultados da avaliação de 2015 pela Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) divulgados em seis de dezembro de 2016 onde 72 países e economias foram avaliados no tema de leitura, ciências e matemática, constatou que o Brasil está estacionado há dez anos entre os países com pior desempenho. A partir dos resultados obtidos o Brasil ficou com uma colocação de 92 pontos abaixo da média dos outros países (OCDE, 2015).
Este cenário nos leva a refletir sobre quais motivos contribuíram para esta realidade, falta de estabelecimentos de ensino qualificados, poucos recursos didáticos e muitos outros fatores que poderiam ter contribuído para a presente situação brasileira no ensino. Direcionando a análise para o ensino tecnológico podemos olhar para o sistema Alemão de ensino profissionalizante DUAL que fornece 54% da força de trabalho do país, segundo o departamento federal de estatísticas alemão (EDUCAÇÃO, 2016), que é uma referência de qualidade, pois consegue formar alunos com bom nível de conhecimento para o mercado de trabalho.
No Brasil, o Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI), maior complexo de educação profissional e tecnológica das Américas disponibiliza para seus alunos práticas pedagógicas avançadas onde o aprendizado é feito de forma dinâmica mediada por tecnologias sempre acompanhadas da vivência prática aliando as habilidades cognitivas desenvolvidas em laboratórios e oficinas especializadas com a utilização de máquinas, equipamentos e bancadas didáticas.
Valendo desses bons e satisfatórios modelos de aprendizado tecnológicos, já consolidados, verificou-se que o ponto comum está justamente na prática do conteúdo aprendido em sala de aula que faz com que o aluno não só execute os conhecimentos, mas também os fixe.
3. OBJETIVOS
O presente trabalho busca elaborar um projeto e sua construção de uma Bancada Didática de Elementos de Máquinas com baixo custo. Incentivando as próprias escolas com seu corpo docente e alunos a trabalharem em conjunto a fim de entregar um produto que atenda às necessidades de ensino prático com um custo mais baixo do que o praticado no mercado. Pretende-se medir a velocidade angular (ω), o período (T) e a relação de transmissão (i) e, assim, trazer ao aluno os elementos característicos de um sistema de transmissão mecânico como um motor redutor elétrico, engrenagem de dentes retos cônicos para eixos reversos, mancal de rolamento de esferas, polias dentadas, correias sincronizadas, correia transportadora plana entre outros elementos mecânicos.
4. METODOLOGIA
A bancada de elementos de máquina proposta no projeto permite estudar e analisar os elementos de máquinas na prática, aliando os resultados teóricos e práticos. Utilizando medições de velocidade, alteração das relações de engrenagens e polias. Possibilitando assim que o aluno faça a análise teórica e a aplicação prática de uma forma simples, rápida e eficaz, acelerando a dinâmica de aula e induzindo a curiosidade aos discentes.
As relações de movimento circular estão apresentadas na figura 1 e baseiam-se na teoria das relações de transmissão de elementos de máquina através de polias e são apresentadas nas equações 1, 2 e 3 (NORTON, 2013).
Figura 1 – Diagrama das principais relações de transmissão. Fonte: Autoria própria.
(1) onde: [ ] ( )[ ] ( )[ ] [ ⁄ ] [ ⁄ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
[ ] [ ]
(2)
(3)
5. DESENVOLVIMENTO
A bancada didática possui dimensões iguais a 171mm x 350mm x 550mm e peso aproximado de 23 kg. A bancada de elementos de máquinas é formada por seis subconjuntos que são apresentados no conjunto geral de número SIC 001-000-00-00 (tabela 1 e figura 2).
Tabela 1 – Subconjunto da bancada. NÚMERO
SUBCONJUNTO
QUANTIDADE DESCRIÇÃO DA FUNÇÃO NA
BANCADA
SIC 001-001-00-00 1 DISPOSITIVO PRINCIPAL SIC 001-002-00-00 4 MANCAL
SIC 001-003-00-00 1 MOTOR
SIC 001-004-00-00 2 MANCAL ESTICADOR
SIC 001-005-00-00 1 ESTEIRA TRANSPORTADORA SIC 001-006-00-00 1 PROTEÇÃO
Figura 2 – Subconjunto da bancada. Fonte: Autoria própria.
O movimento do sistema é realizado por um motor redutor de 24V e potência de 46W com 45rpm e relação de transmissão i=63:1 transmitindo o movimento para um grupo de engrenagens de dentes retos cônicas de módulo M=2,5 com número de dentes Z=30 e ângulo entre eixos 90° e relação de transmissão i=1:1 (figura 3).
Figura 2 – Destaque dos principais componentes da bancada. Fonte: Autoria própria.
Este movimento é transmitido por um acoplamento de elastômero de precisão para um eixo com uma polia sincronizada de 36 dentes transmitindo o movimento para outra polia de 18 dentes e interligadas através de uma correia sincronizada estabelecendo a segunda relação. Para determinar as velocidades periféricas no conjunto das rodas de verificação, foi utilizado um tacômetro digital com mira a laser.
6. RESULTADOS
Em um primeiro experimento montou-se as polias sincronizadas A de 12 dentes com a polia B de 36 dentes formando a primeira transmissão com rotação inicial de 45 rpm. A polia B transmite seu movimento para uma relação de transmissão formada pela polia C de 12 dentes com a polia D de 42 dentes. Todo esse conjunto de transmissão recebeu o nome de “TRANSMISSÃO REDUTORA”, conforme mostrado na figura 3.
Figura 3 – Montagem de uma transmissão redutora. Fonte: Autoria própria.
Em um segundo experimento montou-se as polias sincronizadas A de 36 dentes com a polia B de 18 dentes formando a primeira transmissão com rotação inicial de 45 rpm. O movimento da polia B é transmitido para outra relação de transmissão formada por uma polia C de 36 dentes com a polia D de 18 dentes. Todo esse conjunto de transmissão recebeu o nome de “TRANSMISSÃO AMPLIADORA”, conforme mostrado na (figura 4).
Figura 4 – Transmissão ampliadora. Fonte: Autoria própria.
A partir dos dois experimentos teóricos de configuração da bancada, utilizando as equações 1 e 3, foram obtidos os seguintes resultados conforme a tabela 2, com os resultados das velocidades periféricas que poderão ser validadas experimentalmente. São demonstrados os valores teóricos obtidos com a análise das relações mecânicas utilizadas.
Tabela 2 – Velocidades teóricas obtidas.
A partir do projeto já demonstrado e através de parcerias com empresas locais e o apoio da Faculdade de Tecnologia Senai “Roberto Mange”, foi construído um protótipo conforma apresentado na figura 5.
Figura 5 – Protótipo montagem mecânica. Fonte: Autoria própria.
Além do projeto mecânico como apresentado anteriormente, foi construído um painel elétrico de controle equipado com um PLC e sensores indutivos, apresentado na figura 8. A fim de permitir o monitoramento automático da velocidade de giro das polias e dar flexibilidade para futuras integrações de novas tecnologias e utilizações em sala.
Figura 6 – Painel elétrico da bancada. Fonte: Autoria própria.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O objetivo do projeto foi propor uma bancada didática de baixo custo a fim de contrapor o valor encontrado no mercado nacional, como exemplo, uma bancada de elementos de máquinas de um fabricante do estado do Rio Grande do Sul, teve seu preço superior a R$40.000,00, inviabilizando ou dificultando a compra por meio da maioria das instituições de ensino. Já no primeiro estágio de trabalhos onde faz se uma discussão da funcionalidade da bancada entre docentes e discentes idealizando um projeto e executando o mesmo é possível ter um ganho na vivência interdisciplinar tornando a transferência de conhecimentos uma notória realidade. Os diversos efeitos do equipamento serão avaliados no decorrer da utilização do protótipo no ambiente escolar. Como proposta de projeto futuro e avaliação da viabilidade da bancada construída, pretende-se desenvolver um plano de ensino e avaliação a fim de aplicar uma metodologia de ensino a um grupo de alunos para avaliar da melhor forma possível o ganho gerado pelo projeto.Espera-se melhorar
significativamente o ambiente de aprendizagem com a implementação do projeto, pois com a proposta apresentada, pretende-se permitir uma aproximação entre os estudantes e docentes. Assim desenvolvendo uma relação mais livre no ambiente escolar e estimulando o interesse e autonomia no processo de aprendizado.
8. FONTES CONSULTADAS
EDUCAÇÃO. Como funciona o bem sucedido ensino técnico da Alemanha. 2016. Disponível em: <https://revistaeducacao.com.br/2016/08/08/como-funciona-o-bem-sucedido-ensino-tecnico-da-alemanha>. Acesso em: 24/09/2020.
OECD. Collaborative problem solving. 2015. Disponível em: <https://www.oecd-ilibrary.org/docserver/cdae6d2een.pdf?expires=1561665176&id=id&accname=guest &checksum=0E97A07FFF8807A00ADA1FB0A1D87032>. Acesso em: 27 jun. 19.
OLIVEIRA, Ramon de. Empresariado industrial e a educação profissional
brasileira. Educação e Pesquisa, v.29, n.2, pp. 249-263. 2003.
NORTON, Robert L. Projeto de máquinas: uma abortagem integrada. 4. Ed. Bookman, 2013.
SENAI. Metodologia. 2013. Disponível em:
<https://www.oitcinterfor.org/sites/default/files/file_publicacion/MSEP_Documento.pdf >. Acesso em: 27 jun. 19.
