Desenvolvimento de um carrinho para transporte e elevação do fardo de lixo

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UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

DCEENG - DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA – CAMPUS PANAMBI

RUDINEI ESTARLEU TOLFO

DESENVOVIMENTO DE UM CARRINHO PARA TRANSPORTE E ELEVAÇÃO DO FARDO DE LIXO

Panambi, 2020

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2 RUDINEI ESTARLEU TOLFO

DESENVOLVIMENTO DE UM CARRINHO PARA TRANSPORTE E ELEVAÇÃO DO FARDO DE LIXO

Trabalho de conclusão de curso apresentado a banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUI, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Mecânico.

Orientador: Prof. Me Edomir Schmidt

Panambi, 2020

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus pela infinita bondade e força que tem me disponibilizado nesta caminhada, agradeço aos professores e em especial o professor Mestre Edomir Schmidt pelo excelente trabalho e dedicação ao ensino dando assim condição a preparação ao presente trabalho. Agradeço em especial a minha esposa Deise de Moura Tolfo, que não mediu esforços para início e fim de caminhada para tudo dar certo, a minha querida filha Catieli Tolfo pela compreensão decorrente da falta de tempo para total dedicação a ela durante esse período da graduação. Também um agradecimento a todos colegas e equipe da Unijuí que se fizeram presentes e auxiliando nesta longa caminhada.

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RESUMO

O trabalho evidencia a análise e validação do projeto de um carrinho para transporte e elevação do fardo de lixo reciclável compactado, visando agilizar e facilitar o processo. As condições de trabalhos devem ser de forma adequada, garantindo a segurança e o bem-estar na sua operação, com base referencialmente nas Normas Regulamentadoras. O desenvolvimento do trabalho consta o contexto histórico na produção de lixo, a revisão bibliográfica das NBR 11 e NBR 17, um referencial de resistência, coeficiente de segurança, o referencial do método de elementos finitos e análise dimensional de resistência ao peso do fardo pelo método de elementos finitos via software Solidworks e cálculos analíticos para evidencia de comprovação de dados.

Palavras-chave: Facilitar. Condições. Segurança.

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ABSTRACT

The work highlights the analysis and validation of the design of a cart for transporting and lifting the burden of compacted recyclable garbage, in order to streamline and facilitate the process. The working conditions must be adequate, guaranteeing safety and well-being in its operation, based on the Regulatory Norms. The development of the work consists of the historical context in the production of garbage, the bibliographic review of NBR 11 and NBR 17, a reference of resistance, safety coefficient, the reference of the finite element method and dimensional analysis of resistance to the weight of the burden by the method finite element analysis using SolidWorks software and analytical calculations for evidence of data.

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6 LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Fluxo do processo de reciclagem ... 14

Figura 2 - Máquina de prensagem ... 16

Figura 3 - Carrinho de transporte do fardo ... 17

Figura 4 – Elevador de fardo ... 17

Figura 5 - Esquema de forças ... 22

Figura 6 - Esquema de força normal de tração e compressão ... 23

Figura 7 - Flexão em uma barra ... 24

Figura 8 - Eixo circular ... 25

Figura 9 - Representação de cisalhamento simples ou direto ... 25

Figura 10 - Equações de força ... 26

Figura 11 -Diagrama de análise de estruturas ... 30

Figura 12 -Representação de malha de elementos finitos ... 31

Figura 13- Processo da análise de rigidez ... 32

Figura 14- Projeto conceitual ... 34

Figura 15 – Projeto preliminar... 36

Figura 16 – Representação de forças no garfo ... 37

Figura 17– Perfil sobreposto na condição de simetria ... 38

Figura 18 – Modelo para análise por elemento finito ... 39

Figura 19 – Perfil do reforço superior ... 40

Figura 20-Demonstração do momento ... 41

Figura 21 – Modelo de análise do elemento superior ... 42

Figura 22 - Novo modelo de fixação na simulação ... 42

Figura 23 – Demonstração da implantação do sistema de rodizio ... 43

Figura 24 – Demonstração da grade e fechamento... 44

Figura 25 - Base inferior central ... 45

Figura 26 - Colunas laterais ... 46

Figura 27 - Base inferior lateral ... 46

Figura 28 – Suporte superior ... 47

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Figura 30 - Suporte superior da roldana ... 48

Figura 31 - Roldana de elevação ... 48

Figura 32 - Pino do suporte superior ... 49

Figura 33- Componentes da estrutura ... 49

Figura 34 - Garfo de elevação ... 50

Figura 35 - União do garfo ... 50

Figura 36 - Reforço de união do garfo ... 51

Figura 37 - Suporte dos garfos ... 51

Figura 38 - Eixo do suporte ... 52

Figura 39 - Roldana do conjunto dos garfos... 52

Figura 40 - Eixo dos roletes ... 53

Figura 41 - Tubo do rolete ... 53

Figura 42 - Acoplamento do rolamento ... 54

Figura 43 - Fixador do rolete ... 54

Figura 44 - Demonstração do conjunto montado ... 55

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SUMÁRIO

1.2.1Objetivos específicos...11

2.4.1 Síntese NR11...18

2.4.2Síntese sobre a normativa NR17 ... 19

DEFINIÇÕES DE PROJETO ... 20

RESISTÊNCIA DE MATÉRIAS... 21

2.6.1Força de tração e compressão ... 23

2.6.2Força de flexão ... 23

2.6.3Força de torção ... 24

2.6.4Força de cisalhamento ... 25

2.6.5Equações para cálculos dos esforços ... 26

COEFICIENTE DE SEGURANÇA ... 27

MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS ... 28

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1 INTRODUÇÃO

O estímulo ao capitalismo impulsionado pela Revolução Industrial iniciada na Inglaterra no final do Séc. XVIII foi o grande responsável pelas mudanças sociais, econômicas e ambientais existentes. Nesta perspectiva destaca-se que o sistema capitalista proporcionou tais mudanças e estimulou um novo perfil social enfatizado pelo acúmulo de bens de capitais e de serviços. Dessa forma percebe-se que o consumismo moderno, despertado pela indústria capitalista trouxe consequências sociais impactantes, como por exemplo, o aumento da geração de lixo nos centros urbanos.

De acordo com uma pesquisa desenvolvida no ano de 2011 pela Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública (ABRELPE) houve um aumento significativo de 1,8% na quantidade total de resíduo sólido urbano gerado. Em contrapartida considera-se que no momento da coleta de dados para análise, ocorrido entre 2010 e 2011, o aumento populacional no Brasil teve um acréscimo de apenas 0,9% justificando o aumento do consumo e da geração de lixo no país superior a taxa demográfica apurada no momento. Em virtude disso, figura-se um cenário no Brasil de atenção a esse setor, em especial ao relacionado às empresas que prestam serviços de coleta e tratamento desses resíduos.

Baseado nesse pressuposto e tendo finalidade de aprimorar os processos e os trabalhos realizados nas unidades de tratamento de lixo, pretende-se por meio deste estudo desenvolver um projeto de um equipamento eficiente, funcional, que respeite as normas técnicas cujas serão capazes de estabelecer parâmetros seguros de funcionamento. Para tanto, pretende-se qualificar nesta pesquisa as contribuições que as NR’s 11 e 17 manifestam, quando levadas em consideração ao elaborar projetos dessa natureza, cujas reforçam aspectos fundamentais de segurança para a elaboração de projetos de desenvolvimento de produtos.

Além disso, pretende-se destacar por meio de referência bibliográfica os princípios que regem as variáveis que envolvem a elaboração de um projeto de produto, como por exemplo, as relações de força e resistência para dimensionamento da estrutura. Baseado nisso Norton (2004) destaca que ao projetar determinado produto, deve ser levado em consideração o material e o que se pretende fabricar, segundo o autor, “uma sólida compreensão das propriedades, dos tratamentos e dos processos de fabricação dos materiais é essencial para se realizar bons projetos”. Nesse sentido, o referido trabalho pretende descrever as etapas regentes

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10 na concepção de um projeto preliminar, ao desenvolvimento e busca do modelo de projeto que melhor atenda às necessidades de transportes de cargas nas unidades de tratamento de lixo.

Em relação às etapas de desenvolvimento do equipamento, salienta-se que o carrinho disponibiliza de um motor elétrico energizado por bateria para elevação do fardo, que permitirá uma autonomia em relação a sua utilização em lugares mais distantes de pontos de energia elétrica, não necessitando conexões por fios ou extensões elétricas, princípios esses que não serão abordados. Ele também disponibiliza de um sistema de rolos para facilitar o movimento do fardo para cima do mesmo, reduzindo o esforço para carregar e descarregar. Além disso, tem uma estrutura com capacidade de suportar cargas de até 400 kg, cuja é devidamente dimensionada, projetada tendo em vista a utilização de softwares que permitam a realização de simulações de força de carregamento para que assim o referido projeto tenha aprovação sem necessidade de elaboração de protótipo.

Ademais, pretende-se realizar dimensionamentos, como no caso o de suportar a carga e os garfos, e de sua estrutura, assim como a simulação por meio de software, que utiliza o método de elementos finitos e comprovação analítica dos dados. O outro aspecto importante a ser mencionado está relacionado ao sistema de travamento que é necessário para garantir a segurança em relação ao carregamento. Esse dispositivo tem por objetivo fixar a carga do carrinho, evitando o tombamento da mesma.

Nesse sentido, considera-se que a etapa de análise estrutural do equipamento tem extremamente importância para justificar a viabilidade e qualidade do carrinho, que é desenvolvido de acordo com as especificações e atributos técnicos adequados para a realização de trabalho e esforço. Além disso, esse equipamento auxilia os colaboradores das unidades de reciclagem a desempenhar suas funções de forma mais rápida e segura.

JUSTIFICATIVA

Este trabalho pretende descrever o desenvolvimento de um equipamento que facilite a movimentação e transporte de fardos de lixo nas unidades de tratamento, que venha possibilitar a redução de esforços físicos de seus colaboradores, assim como priorizar a redução do tempo de transporte e carregamento do referido material.

Como proposta de melhoría, o desenvolvimento do projeto desse equipamento, evidencia a simulação de resistência a força, para dimensionamento da capacidade de

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11 carregamento, de forma que em todas as etapas de realização do projeto leva-se em consideração as especificidades técnicas, que possam garantir a funcionalidade do produto, qualidade, segurança e baixo custo de aquisição, atendendo as empresas de menor porte, que necessitam melhorar os processos de transporte de materiais.

Outro ponto importante que merece destaque ao realizar a elaboração de um projeto de um carinho de transporte de fardos de lixo está diretamente relacionado ao benefício social e ambiental que o produto representa dentro de uma cadeia de produção que possui sérios problemas, como por exemplo, a falta de mão de obra, os problemas de saúde ocasionados pelo carregamento de cargas pelos operários, assim como pela carência de incentivos, de políticas públicas direcionadas ao setor, demandando dos responsáveis investimentos privados de custos elevados.

Tendo em vista tal realidade, salienta-se que o carrinho desenvolvido para o transporte de fardos de lixo é um equipamento de baixo custo, de fácil operacionalização por parte dos trabalhadores, e que desempenha de modo mais prático e seguro trabalhos que demandam força e deslocamento, que muitas vezes são realizados manualmente, comprometendo a saúde, gerando doenças ocupacionais decorrentes de esforços físicos.

OBJETIVOS GERAIS

Desenvolver um equipamento mecânico, energizado por bateria, que facilite a movimentação e transporte de fardos de lixo, cujo possibilite a redução de esforços físicos dos funcionários dessas indústrias, assim como na redução do tempo de transporte do referido material.

1.2.1 Objetivos específicos

1. Abordar por meio de referência bibliográfica os principais conceitos referentes aos princípios de força e deslocamento tendo em vista as normas regulamentadoras NR-11 e NR-17;

2. Desenvolver por meio do Software Solidworks o projeto de um equipamento capaz de realizar o trabalho de movimentação e transporte de fardos de lixo de forma eficaz;

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12 3. Detalhar e dimensionar por meio de simulação de força via Software Solidworks

os pontos críticos do esforço mais atuantes para o dimensionamento;

4. Realizar cálculos pelo método analítico para evidenciar as forças que atuam nos pontos críticos do esforço;

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2 EMBASAMENTO TEÓRICO

A urbanização e a industrialização evidenciada na sociedade moderna contribuíram significativamente para o aumento de consumo de bens e serviços. De acordo com Abramovay (2013) após a chegada do novo milênio houve um aumento nas taxas demográficas brasileiras acarretando um crescimento na geração de resíduos urbanos: “Entre 1991 e 2000 a população brasileira expandiu-se cerca de 15,6%. Porém, o descarte de resíduos aumentou 49%. Sabe-se que em 2009 a população cresceu 1%, mas a produção de lixo cresceu 6%”.

Como consequência deste processo, tem-se a grande geração de resíduos que necessitam de tratamento adequado para que não tragam prejuízos a saúde pública. Esse processo envolve o acondicionamento, a seleção, compactação e o transporte desses resíduos recicláveis para a unidades de transformação em materiais reciclados.

Segundo Athayde (2009), nem todo o material descartado pode ser considerado como inútil, boa parte deles podem ser reaproveitados por meio de técnicas específicas de tratamento. Nesse sentido, considera-se que os excessos da produção desses resíduos podem comprometer o meio ambiente, acarretando prejuízos. Bidone (2001) complementa que, “a noção de resíduo como elemento negativo, causador de degradação da qualidade ambiental, é de origem antrópica e, em geral, aparece quando a capacidade de absorção natural do meio no qual está inserido é ultrapassada” (BIDONE, 2001, p. 3).

De acordo com o Ministério do Meio Ambiente a preocupação com os resíduos difundiu-se muito nas últimas décadas no Brasil devido a expansão da consciência coletiva com relação a própria preservação do meio ambiente. Devido a tais fatores no ano de 2010 surge no país a aprovação da Política Nacional do Resíduos Sólidos que marcou a junção de várias esferas, como a própria União, os Estados e Municípios, assim como o setor produtivo e a própria sociedade civil no sentido de criar mecanismos para buscar soluções para a problemática da geração do lixo.

Dessa forma estabelece-se no Brasil uma priorização por desenvolver ações que possibilitem a gestão dos resíduos sólidos, sua redução e o devido tratamento no intuito de preservar o meio ambiente e a própria saúde da população. A Figura 1 demonstra como ocorre o processo de recebimento, triagem, compactação e transporte de fardos de lixo para reutilização nas as indústrias de tratamento.

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14 Figura 1- Fluxo do processo de reciclagem

Fonte: Portal de resíduos Sólidos, 2020

ABORDAGEM SOBRE A PRODUÇÃO LIXO

A partir da modernização industrial enfatizada a partir do Séc. XX percebe-se uma mudança nos hábitos da população. O acesso facilitado aos bens e serviços estimulou a demanda por produtos industrializados geradores de resíduos prejudiciais ao meio ambiente. Nos períodos anteriores à fase revolucionária da indústria, percebe-se que a maior parte do lixo produzido pela população era composto por restos de alimentos, cascas, sobras de vegetais e papeis, dos quais, em decorrência da atividade industrial, foram incorporados outros tipos de materiais de difícil decomposição, como no caso os vidros, plásticos, isopores, borrachas, dentre outros. De acordo com Zaneti (2000), em decorrência da grande quantidade de geração de resíduos sólidos algumas medidas foram necessárias para amenizar os impactos desses rejeitos ao meio ambiente. Nesse sentido, buscou-se por meio da coleta seletiva, da reciclagem e da compostagem reduzir a quantidade desses resíduos.

A coleta seletiva, segundo o Diagnóstico de Manejo de Resíduos Sólidos Urbanos, elaborado no ano de 2017, pela Secretaria Nacional de Informações sobre Saneamento está em um processo lento de implementação em muitos municípios do Brasil. Os dados apresentados pelo relatório destacam que, “dos 3.556 municípios participantes desta edição apura-se que 1.256 ou apenas 35,3% desse universo amostral dispõe de alguma forma de coleta seletiva. Por

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15 outro lado, há ainda 2.300 municípios ou 41,1% do total que declaram não dispor desse serviço e mais 36,3%” para os quais não se tem tal informação” (SNIS, 2017).

Em virtude da baixa adesão dos municípios em relação à coleta seletiva, percebe-se que as práticas relacionadas ao manejo, como a coleta e a posterior reciclagem são insuficientes e requerem atenção por parte do estado brasileiro, das empresas que produzem bens e também da própria sociedade. Além da conscientização há necessidade de investimentos nesse setor cujos possam minimizar os impactos da geração de lixo.

Tendo em vista essa problemática, considera-se que os equipamentos de transporte e movimentação de materiais são muito eficientes para os processos de reciclagem nas indústrias. Nesse sentido pretende-se evidenciar alguns conceitos que permitirão um melhor entendimento em relação às especificidades desses instrumentos facilitadores do trabalho nas unidades de reciclagem.

PROCESSOS DE PRENSAGEM DOS RESÍDUOS SÓLIDOS

Com base nessa problemática social, que é a crescente geração de lixo no Brasil, o processo de compactação do lixo pelas prensas tem sido eficiente para a redução do volume desses materiais, facilitando o seu transporte para as usinas de reciclagem, geralmente situadas em grandes cidades, distantes de outros pontos de recebimento desses resíduos. As prensas utilizadas nesse processo funcionam com uma pressão hidráulica que exerce força atuando como elemento causador da compactação. Esta pressão, de acordo com Walters & Van Tyne (2010), resulta o movimento do pistão hidráulico, sendo que a velocidade e a carga podem ser facilmente ajustadas por meio de um sistema de controle adequado.

As tecnologias são importantes e eficientes para os processos de reciclagem dos rejeitos urbanos, elas cumprem um papel de facilitar o trabalho e agilizar os procedimentos de compactação e movimentação de materiais. Sobre esta perspectiva, percebe-se que as prensas hidráulicas são componentes presentes em dispositivos e equipamentos para realizam esses trabalhos, facilitando o dia a dia das organizações. Elas são compostas por um reservatório de óleo, uma bomba, que quando acionada por botoeiras ou alavanca pressuriza o óleo ao pistão, que faz o movimento de avançar, exercendo grande força sobre um objeto, assim como uma baixa velocidade de deslocamento, tendo uma estrutura dimensional desejada ao tamanho do fardo, com portas para abastecimento do lixo reciclável e porta para retirada do fardo pronto. A

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16 prensa é abastecida com o cilindro todo recuado, de forma manual ou, por uma esteira que conduza os dejetos já selecionados para dentro da mesma. Após ser realizado o enchimento é acionado a botoeira, que proporciona o avanço do cilindro que realiza a prensagem. Deste modo, devido ao grau de compactação ocasionado pelo sistema hidráulico, a prensa pode ser reabastecida para aumentar o tamanho do fardo, quando concluído o fardo é amarrado para ser retirado e transportado ao caminhão. A Figura 2 demonstra uma prensa hidráulica utilizada no processo de prensagem dos resíduos sólidos selecionados.

Figura 2 - Máquina de prensagem

Fonte: Própria do Autor (2020)

O fardo compactado é retirado da prensa, colocado em um carrinho e transportado até um elevador, transpassado ao elevador de forma manual, elevado, descarregado e acondicionado ao caminhão, causando um relativo manuseio e esforço físico.

PROCESSO DE TRANSPORTE NAS UNIDADES DE RECICLAGEM

Os processos de transporte nas unidades de reciclagem são essenciais para o deslocamento dos materiais. Esses percursos são realizados por equipamentos que facilitam o carregamento de caminhões que levam os produtos obtidos no processo de tratamento de lixo, que no caso deste estudo são determinados pelos fardos compactados de lixo.

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17 As unidades de reciclagem utilizam equipamentos variados, conforme demonstrados nas figuras abaixo, há inúmeros modelos de carrinhos manuais e de elevadores que podem ser utilizados para tais finalidades.

Fonte: Manfrecar, (2020) Fonte: Horiz (2020)

Para tanto, salienta-se que os modelos demonstrados nas Figuras 3 e 4 são meros exemplos que ilustram modelos que normalmente são adotados pelas unidades de reciclagem, cujos são operados de maneira manual no deslocamento até o elevador de fardos para o posterior carregamento no caminhão.

NORMAS DE SEGURANÇA

Neste subcapítulo serão abordadas algumas definições em relação as normativas NR-11 e NR-17 cujas são fundamentais para a segurança dos equipamentos, assim como de seus operadores. Essas normativas visam estabelecer medidas e princípios para a prevenção de acidentes e doenças originadas do trabalho.

Figura 3 - Carrinho de transporte do fardo

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18 2.4.1 Síntese NR-11

A normativa NR-11 trata sobre todas as especificações pertinentes ao transporte, movimentação, armazenagem e manuseio de materiais. Nesse sentido pretende-se neste capítulo embasar com maior ênfase os conceitos e definições que determinam as diretrizes desta normativa, cujos são importantes para o embasamento do tema da referida pesquisa.

A NR-11 foi regulamenta pelo Ministério do Trabalho por intermédio da Portaria GM Nº 3214 de 08 de junho de 1978, e têm por objetivo estabelecer critérios que possibilitem melhoria e segurança no que se refere a execução de trabalhos que envolvam o deslocamento e armazenagem de materiais. Ela prevê algumas regras que devem ser cumpridas por todas as empresas brasileiras e trata tanto de atividades mecânicas ou manuais e prevê reduzir e evitar acidentes nas empresas assim como facilitar a organização dos materiais. Tendo por base a questão da movimentação e transportes de materiais, em seu item 11.1.3, a referida normativa contempla a seguinte premissa,

Os equipamentos utilizados na movimentação de materiais, tais como ascensores, elevadores de carga, guindastes, monta-carga, pontes-rolantes, talhas, empilhadeiras, guinchos, esteiras-rolantes, transportadores de diferentes tipos, serão calculados e construídos de maneira que ofereçam as necessárias garantias de resistência e segurança e conservados em perfeitas condições de trabalho. (111.003-9 / I2)

A referida norma regulamenta o trabalho de movimentação de materiais nas indústrias de modo que sua essência está diretamente relacionada à segurança do trabalho. Nesse sentido, percebe-se que a adoção de ações específicas que permitam melhorias das condições de trabalho e redução dos índices de acidentes diminuído gastos relativos a indenizações e tratamentos relacionados a saúde, assim como possibilitam a motivação dos trabalhadores, que passam a contar com um ambiente de trabalho adequado. Segundo Moura (2009), as mudanças em relação à execução dos trabalhos podem representar diversos benefícios, tanto para o empregado como para o empregador,

“A mudança de seu local de trabalho pode beneficiá-lo, com a redução ou prevenção de lesões, a redução do esforço dos funcionários através da diminuição das forças de elevação, de empurrar e de puxar materiais, a redução de fatores a eliminação aos gargalos de produção, das taxas de erros ou rejeições do uso de serviços médicos, indenizações por acidente de trabalho, excesso de atividade de funcionários,

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absenteísmo e retreinamento, e por fim aumento da produtividade, da qualidade dos produtos e dos serviços e da moral dos funcionários”.

Além dessas providências, a NR-11 permite que as organizações possam desenvolver processos e produtos com vistas a redução de danos a saúde de seus trabalhadores, promovendo assim um ambiente institucional comprometido com a qualidade de vida de seus colaboradores.

2.4.2 Síntese sobre a normativa NR-17

A NR-17, que trata sobre ergonomia foi regulamentada pela Portaria MTb n.º 3.214, de 08 de junho de 1978. Porém, somente após a década 90 foi elaborada a Redação dada pela Portaria MTPS n.º 3.751, de 23 de novembro de 1990 que padronizou uma série de ações institucionais com vistas a realidade dos trabalhadores e a proteção de sua integridade física. De acordo com o Ministério do Trabalho, “esta Norma Regulamentadora visa a estabelecer parâmetros que permitam a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores, de modo a proporcionar um máximo de conforto, segurança e desempenho eficiente”.

Nessa perspectiva subentende-se que as empresas necessitam adequar tanto os espaços designados para realização dos trabalhos como também avaliar as condições físicas de seus funcionários para que desenvolvam atividades adequadas ao seu perfil físico e mental. Para tanto, os tópicos 17.1.1 e 17.1.2 da NR-17 ERGONOMIA enfatizam sobre as condições do trabalho e a análise ergonômica, que deve ser realizada por cada empresa levando sempre em consideração a questão da organização dos espaços e as qualificações e o perfil dos colaboradores. Tais aspectos são mencionados da seguinte forma,

17.1.1 As condições de trabalho incluem aspectos relacionados ao levantamento, transporte e descarga de materiais, ao mobiliário, aos equipamentos e às condições ambientais do posto de trabalho e à própria organização do trabalho.

17.1.2 Para avaliar a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores, cabe ao empregador realizar a análise ergonômica do trabalho, devendo a mesma abordar, no mínimo, as condições de trabalho, conforme estabelecido nesta Norma Regulamentadora. (BRASIL, 2019).

Segundo VEZZÁ (2005) as questões pertinentes às analises ergonômicas podem ser desenvolvidas por especialistas, como médicos, engenheiros de segurança do trabalho,

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20 fisioterapeutas, enfermeiros, terapeutas ocupacionais, assistente sociais, designers, arquitetos dentre outros. Ambos os profissionais são qualificados para definir estratégias eficazes que objetivem a redução dos riscos do trabalho, sejam eles originários da organização dos espaços ou ainda pela repetição de esforços.

Para Chistol (2004) os aspectos ergonômicos devem ser orientados por profissionais que objetivem promover a construção de situações de trabalho adaptadas ao maior número possível de trabalhadores, sempre respeitando o contexto organizacional, às limitações de cada um, os objetivos a serem cumpridos pelas equipes de trabalho e as diferentes etapas de trabalho desenvolvidas na organização. De acordo com Lida (2005), a ergonomia possui um caráter interdisciplinar dentro das organizações “o objeto de estudo é a interação entre o homem e o trabalho no sistema homem-máquina-ambiente, ou mais precisamente, as interfaces desse sistema, onde ocorrem trocas de informações e energias entre o homem, máquina e ambiente, resultando na realização do trabalho”. Desse modo, compreende-se que a questão ergonômica está além de apenas regulamentar o trabalho, ela se destaca na atualidade por possibilitar melhorias, valorização profissional e obviamente ganhos financeiros.

Outro ponto relevante merecedor de destaque refere-se às mudanças proporcionadas pela globalização que trouxeram consequências ao âmbito empresarial, tornando-o mais competitivo. Em virtude disso, cada vez mais estes ambientes buscam as melhores condições de desempenho em termos de qualidade e produtividade. Nesse contexto, percebe-se que muitas empresas que investem nas melhorias das condições de trabalho obtêm bons resultados.

DEFINIÇÕES DE PROJETO

O desenvolvimento de um projeto consiste na elaboração de ideias com base nos conceitos de segurança e confiabilidade para criação de uma máquina. A máquina ou dispositivo que modifica a força é projetada e desenvolvida de forma a satisfazer uma necessidade de aplicação. Identificada à necessidade de aplicação, a metodologia do projeto tem base em pesquisas de suportes, definições de objetivos para solução ou minimização do problema. As especificações de tarefas para a solução dos problemas são uma síntese em busca da alternativa de concepção e invenção do projeto.

De acordo com Norton (2013), “o projeto de engenharia é o processo de aplicação de várias técnicas e princípios científicos com intuito de definir um dispositivo, um método ou um

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21 sistema suficientemente pormenorizado para permitir sua realização”. Nesse sentido, enfatiza-se que a eficiência na elaboração dos projetos depende da empregabilidade de conceitos e normas de elementos de máquinas, cujas necessitam serem capazes de estabelecer critérios técnicos que permitam o desenvolvimento de estruturas precisas.

De acordo com Pahl e Beitz (1998) a metodologia de elaboração de projetos segue uma lógica sistemática, delimitada por um ciclo de desenvolvimento de produtos cujas são especificadas pelas seguintes etapas: planejamento e esclarecimento da tarefa, projeto conceitual, preliminar e projeto detalhado. Para tanto, salienta-se que projetos devem ser elaborados tendo em vista às problemáticas que demandam soluções tecnológicas para o desenvolvimento de produtos ou equipamentos que facilitem os processos industriais.

Norton (2013, p.3) introduz algumas abordagens referentes ao conceito de máquinas e as menciona como sendo, “um aparato que consiste em unidades inter-relacionadas”, ou então as define como “um dispositivo que modifica a força ou movimento”. Nesse contexto, percebe-se que os projetos de máquinas são mais complexos e são evidenciados pela noção de trabalho útil para definições de máquinas. Além do mais, eles envolvem elementos como a força, movimento e desprendimento de energia, que no caso necessitam de cálculos precisos para que se consiga estabelecer qual a força e energia necessária para realização de algum tipo de movimento/deslocamento que se pretende obter.

De modo geral, as definições iniciais do projeto são decisões que devem ser tomadas para continuidade e realização do projeto preliminar. Esse projeto preliminar pode ser concebido através de um croqui de engenharia, que deve conter no mínimo três vistas e razoavelmente em escala para proporções geométricas. O projeto preliminar auxiliado por computador tem por objetivo o segmento inicial do croqui, ou até mesmo o desenvolvimento preliminar diretamente no software de computador.

Após a realização do croqui, são realizadas alterações para adequar o projeto de acordo com as normas e diretrizes que permeiam as necessidades do projeto, que qualifica seu desenvolvimento e suas funcionalidades na perspectiva de solucionar o problema.

RESISTÊNCIA DE MATÉRIAS

Os conceitos e definições referentes à resistência dos materiais partem do estudo das leis da estática amplamente difundida por Galileu e por vários estudiosos. De acordo com Bento

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22 (2003), historicamente os cientistas da antiga Grécia tinham o conhecimento acerca dos fundamentos da estática, porém poucos compreendiam sobre os problemas de deformação. Galileu foi o primeiro cientista a explicar sobre o comportamento de materiais submetidos a carregamentos. Segundo a autora, na época Galileu aplicou seu estudo na análise da composição das vigas dos cascos de navios da marinha Italiana.

A partir de então se inicia um amplo processo de pesquisas na tentativa de melhorar os processos de desenvolvimento e fabricação de máquinas e equipamentos. De acordo com Bento (2003), “pode-se definir que a estática considera os efeitos externos das forças que atuam num corpo e a resistência dos materiais, por sua vez, fornece uma explicação mais satisfatória, do comportamento dos sólidos submetidos a esforços externos, considerando o efeito interno”. Desta análise, compreende-se que os materiais sofrem interferências de forças internas e externas e desta forma é necessário que haja dimensões e proporções adequadas para que resistam aos esforços atuantes no material.

Na concepção de um projeto de máquina ou equipamento, é necessário determinar forças de cargas para dimensionamento da estrutura e dos elementos utilizados. A compreensão do comportamento do material mediante o esforço de cargas externas, cargas internas estruturais e de equipamentos para análise da resistência dos materiais.

Para representação correta de todas as forças é necessário fazer um diagrama de corpo livre para representação de forças diretas e de reações para calcular uma tensão admissível adequada. As forças atuantes em um corpo têm efeito diferente segundo a direção, o sentido e o ponto de aplicação, que podem ser classificadas como esforços normais ou axiais. Os esforços normais atuam no mesmo sentido do eixo do corpo, são forças de tração, compressão e a flexão. Já os esforços axiais no sentido perpendicular ao eixo do corpo, são forças de cisalhamento e torção. Na Figura 5 demonstra um exemplo de distribuição de forças e reações atuante em uma viga.

Figura 5 - Esquema de forças

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23 Na figura acima estão representadas as forças externas que geram reações nos apoios, apresentando os conceitos de tenção normal e de cisalhamento aplicadas especificamente de acordo com a análise do esforço ocorrido.

2.6.1 Força de tração e compressão

A intensidade das forças distribuídas em uma determinada seção transversal é chamada de tensão atuante e pode ser especificada como uma força de tração ou compressão e é considerada uma tensão normal, pois essa força por unidade de área atua perpendicularmente a essa área. A Figura 6 demostra forças normais de tração e compressão.

Fonte: Própria do Autor, 2020

A tensão de tração utiliza o sinal positivo para indicar que a tensão está gerando o alongamento do material (barras tracionadas) e sinal negativo para indicar que a tensão está gerando a compressão do material, (barras comprimidas).

2.6.2 Força de flexão

A flexão ocorre quando uma barra ou uma viga é submetida a uma força, que atua perpendicularmente ao seu eixo, causando a flexão da barra, que consiste na curvatura da peça. O comportamento do esforço que representa esta flexão é chamado de momento fletor, podendo causar o esforço cortante ou uma força normal, que comprime a superfície de encontro à força e alonga a superfície oposta à força. A Figura 7 demonstra a flexão em uma barra.

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24 Figura 7 - Flexão em uma barra

Fonte: Wikipédia, 2020

A figura representada, demonstra uma barra sem o efeito do carregamento, descarregada e reta. Já na outra, com o carregamento aplicado, um momento fletor aplicado, causando a flexão da barra. A linha neutra N de carregamento, não muda ao longo de seu comprimento, e é chamada de linha neutra, porque no lado de atuação da força tem o efeito de comprimir o material e no lado oposto à força gera um alongamento no material. Na linha neutra não possui o efeito do carregamento, o efeito da flexão é zero (Norton, 2013).

2.6.3 Força de torção

A força de torção ou torque, atuam de forma a torcer um elemento em torno de seu eixo longitudinal, esta força é chamada de momento de torção ou momentos torcionais. O efeito do torque deve ser levado em consideração em projetos de eixos ou na utilização de eixos em estruturas diversas, conforme salienta Hibbeler (2010). Na Figura 8 ilustra o que ocorre no seu eixo circular ao longo de seu comprimento.

(25)

25 Figura 8 - Eixo circular

Fonte: UFPR, 2015

Conforme a representação, o eixo está fixo em uma de suas extremidades e com a aplicação do torque o plano longitudinal é torcido de forma a querer girar sua extremidade fixa, causando deformação na sua linha longitudinal a uma forma obliqua, definindo assim o ângulo de torção ϕ, o qual não é utilizado neste estudo.

2.6.4 Força de cisalhamento

A tenção de cisalhamento são forças que são aplicadas em sentidos opostos, mas com direções semelhantes no material. Esse tipo de carregamento demonstrado na Figura 9, representa um cisalhamento simples ou direto.

Figura 9 - Representação de cisalhamento simples ou direto

(26)

26 Conforme demonstram as figuras acima, percebe-se que este tipo de cisalhamento é causado pela ação direta da carga aplicada e acontece em diversos tipos de aplicações como em pinos, parafusos e uniões soldadas. Segundo Hibbeler (2010), “uma investigação mais exata da distribuição da tensão de cisalhamento na seção crítica revela, muitas vezes que ocorrem tensões de cisalhamento muito maiores do que as previstas”, desta forma, mesmo que isso aconteça, ocorre extrema utilização em projetos e análise, porém quando houver dois tipos de cisalhamento devem ser tratados separados para melhor apresentação dos dados.

2.6.5 Equações para cálculos dos esforços

Diante das representações dos esforços de tração, compressão, flexão e cisalhamento atuantes no material, considera-se que ela consiste no seu equacionamento para fins de cálculos. Para a realização dos cálculos faz-se necessário a análise do esforço gerado ao material ou componente e a interpretação da equação adequada. Na Figura 10 demonstra as equações para cálculo.

Figura 10 - Equações de força

(27)

27 Onde tem-se:

1. Para equação de tensão por tração e compressão:

σ = Tensão (N/m²), P = Força (N), A = área (m²); No Sistema Internacional, a tensão σ é expressa em (N/m²), unidade que é denominada pascal (Pa), P é expressa em newtons (N) e 𝐴 em metros quadrados (m²).

2. Para a equação de tensão por flexão:

σ = Tensão (N/m²), M = momento (N*m), C = distância perpendicular ao eixo neutro (m), I = inércia (m4); No Sistema Internacional, a tensão σ é expressa em N/m², unidade que é denominada pascal (Pa), o momento em (N*m), a distância C em (m) e a Inercia é expressa em (m4).

3. Para a equação de tensão por torção:

τ = _{Tensão de cisalhamento (N/m²), T = torque (N.m), ρ = raio intermediário (m), J =}

Inércia polar(m4); No Sistema Internacional, a tensão σ é expressa em N/m², unidade que é denominada pascal (Pa), o torque T é expresso em N.m e o raio intermediário ρ em metro (m) e a inércia polar J expressa em (m4).

4. Para a equação de tensão por cisalhamento:

τ = _{Tensão de cisalhamento (N/m²), V = Força de cisalhamento interna(N), Q = momento}

elástico (m³), I = momento inércia (m4), t = largura da área transversal (m); No Sistema Internacional, a tensão σ é expressa em N/m², unidade que é denominada pascal (Pa), a força de cisalhamento interna V, é expressa em Newton (N), o momento elástico Q, é expresso em (m³), a inercia I, é expressa em (m4_{) e a largura transversal da área T é expressa (m).}

COEFICIENTE DE SEGURANÇA

A qualidade de um projeto tem muitos critérios de medida a serem levados em consideração, mas é sempre necessário calcular com um ou mais coeficiente de segurança, para que seja capaz de satisfazer as necessidades de fabricação dos equipamentos e reduzir a probabilidade de falha. O coeficiente de segurança é a relação entre a força de tensão máxima de escoamento da resistência do material e a força atuante.

(28)

28 Coeficiente de segurança = c.s. = Tensão Máxima = Tensão de Escoamento (1) Tensão Atuante Tensão Atuante

Segundo Norton (2013), o coeficiente de segurança pode ser escolhido com base na força atuante e na condição de aplicação, na possibilidade de uma sobrecarga, uma medida razoável de incerteza. Esses fatores de segurança ou coeficiente de segurança para áreas especificas de um projeto de engenharia seguem recomendações, que servem de orientação para sua determinação. O quadro abaixo demonstra algumas recomendações de fatores para determinar um coeficiente de segurança para materiais dúcteis.

Informações Qualidade das informações Fator

F1 Dados das propriedades dos materiais disponíveis a partir de testes

O material realmente utilizado foi testado 1,3 Dados representativos de testes do material estão disponíveis

2 Dados razoavelmente representativos de testes do material estão disponíveis

3 Dados insuficientemente representativos de testes do material estão disponíveis

5+ F2 Condições

ambientais nos quais é utilizado

São idênticas as condições dos testes de materiais 1,3 Essencialmente igual ao ambiente de um laboratório comum

2

Ambiente moderadamente desafiador 3

Ambiente extremamente desafiador 5+

Modelo analíticos para forças e tenções

F3 Os modelos foram testados em experimentos 1,3 Os modelos representam precisamente o sistema 2 Os modelos representam aproximadamente o sistema 3 Os modelos são aproximações grosseiras 5+

Fonte: Norton, 2013

MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

O sucesso para o desenvolvimento de cálculos estruturais não está apenas atrelado ao aparato matemático na resolução de cálculos, mas na identificação dos pontos relevantes do problema em que se propõem a resolver. Os métodos analíticos clássicos permitem o cálculo

(29)

29 de resposta exata, mas utilizam de um arsenal de formulas que demandam de tempo e conhecimento aprofundado. Mas em caráter geral de procedimento aproximado, para resolução com o auxílio de um computador via software, os problemas técnicos simples e complexos do dia a dia utilizam o método dos elementos finitos.

Segundo Norton (2013) as técnicas clássicas de solução analítica são aplicáveis principalmente em componentes de geometria simples. Para formas mais complexas os cálculos de forças, tornam se difícil ou mesmo impossível. Na análise de uma geometria complexa, o volume é dividido num conjunto finito de elementos próximos e discretos para resolução de um grande conjunto de equações, aplicadas sobre um elemento e seus nós, ligando os elementos entre si.

De acordo com Alves Filho (2000) o Método dos Elementos Finitos é um Método Aproximado de Cálculo de Sistemas Contínuos, de sorte que,

A estrutura, o componente mecânico ou, de forma geral, o corpo continuo é subdividido em um número finito de partes (os Elementos), conectados entre si por intermédio de pontos discretos, que são chamados de Nós. A montagem de Elementos, que constitui o Modelo Matemático, tem o seu comportamento especificado por um número finito de parâmetros. Em particular, nos problemas de Análise Estrutural, os parâmetros são os Deslocamentos Nodais, que são as incógnitas do problema.

O método dos elementos finitos, consiste na subdivisão artificialmente de um corpo continuo em certo número finito de elementos ligado apenas por nós, fazendo a representação aproximada de um corpo continuo, para fornecer resultados de tensão, deformação e deslocamento de um equipamento, de uma estrutura ou produto sob análise.

Outro ponto a destacar no que se refere ao processo de cálculo de estruturas, está relacionado a habilidade de formular modelo de cálculo em que a estrutura idealizada possa ser analisada. De acordo com Alves Filho (2000), “Seria interessante desenvolver procedimento aproximados, que pudessem ser aplicados em caráter geral, independente da forma da estrutura e da condição de carregamento, dentro da precisão aceitável do problema de engenharia”. Desta forma, compreende-se que as soluções obtidas pela realização de procedimentos aproximados, que se mantêm dentro das condições de precisão aceitáveis do projeto de engenharia são concebidas como o início dos estudos pelo Método dos Elementos Finitos.

De acordo ainda com Alves Filho (2000), os pequenos elementos finitos são conectados por nos, e interligam a estrutura do corpo inteiro, a subdivisão do grande problema em partes menores, geram equações simples para um sistema maior de equações, que modelam todo o problema, usando métodos variados para cálculos de variações para solução aproximada para

(30)

30 solução. Para utilização do método necessita possuir o modelo CAD, definir as propriedades do material, fazer a malha do modelo de elementos finitos, definir carga e condições de restrição, resolver a análise e verificar os resultados de tensão, deformação e deslocamento. Na Figura 11, destaca-se o fluxo para analises de estruturas simples e complexas.

Fonte: (Alves Filho, 2000, p.03)

2.8.1 Sistemas discretos para elementos finitos

Para análises de cálculos estruturais é de extrema importância que se reconheça todos os elementos contidos no sistema. As verificações de pontos essenciais do comportamento do conjunto são obtidas pelo aparato de equações interligadas a cada ponto referenciado desse sistema. De acordo com Alves Filho (2000), “a solução analítica permite determinar o deslocamento vertical y para todos os valores de x, isto é, a solução é obtida para os infinitos pontos da viga, por intermédio de uma função matemática. ”, portanto a viga ou objeto de análise apresenta um sistema continuo baseado na solução obtidas de pontos essenciais do corpo continuo.

No âmbito de equilíbrio da estrutura, o sistema discreto considera partes distintas são conectadas a divisão por pontos discretos, para simulação de uma solução aproximada. Essa solução aproximada modela por um agregado de estrutura simples, em que os pontos de conexão são chamados de nós do modelo. Conforme Alves Filho (2000), “são calculados somente os deslocamentos, que são os nós do modelo”, esse número de pontos, deve ser suficiente para representar o modelo do conjunto de forma adequada. Esse modelo da estrutura

Estruturas com Geometria, Carregamento e Condições de Apoio Simples Estruturas Complexas Solução Exata

Solução Aproximada Método dos Elementos Finitos

(31)

31 em forma de nós, representa o comportamento da estrutura real e quanto melhor especificado, melhor é o resultado. A Figura 12 demonstra a malha de elementos finitos conectados nos nós, representando a estrutura de corpo continuo.

Figura 12 -Representação de malha de elementos finitos

Fonte: (Alves Filho, 2000, p.15)

Para que esta estrutura de malha com ligação somente nos nós, represente a estrutura real continua completa, faz-se necessário por intermédio da especificação das propriedades do elemento com relações matemáticas adequadas. Para elementos com extensão bi, ou tridimensional como sólidos é necessário definir a relação entre os deslocamentos nodais e deformações internas não somente nos nós. De acordo com Alves Filho (2000), “ As forças externas são aplicadas somente nos nós e os deslocamentos da estrutura são expressos em termos de deslocamentos nodais”. Para cálculo dos deslocamentos da estrutura utiliza-se a linguagem matricial, que representam o conceito de rigidez. Rigidez axial, rigidez à flexão, rigidez a torção e ao cisalhamento, que são representados na Figura 12, justificam o equilíbrio

(32)

32 do elemento em um diagrama de corpo livre. Segundo Alves Filho (2000), nos processos para análise de rigidez, o material permite deslocamentos e também possui elasticidade semelhante ao de uma mola. A equação abaixo permite demonstrar essas similaridades. A Figura 13 demonstra os processos de análise de rigidez.

Fonte: (Alves Filho, 2000. p. 20)

Compreende-se por meio da definição acima descrita que um componente de força pode ser definido pela relação entre o deslocamento e o coeficiente de rigidez da mola, em que o material tem comportamento semelhante. De acordo ainda com Alves Filho (2000), a análise de rigidez da estrutura, depende da rigidez de cada um de seus elementos, a técnica geral que permite a abordagem é a Matriz de Rigidez da Estrutura a partir da matriz de rigidez de cada um de seus elementos.

Com recurso da Álgebra Matricial conforme Alves Filho (2000), estabelece-se o Sistema de Equações Simultâneas, para resolução de procedimentos por computadores. A matriz de tipos m x n, onde m representa linhas e n representa coluna, isto é m x n elementos, com regras de operações. Essas operações são evidenciadas pela Matriz K do tipo 3 x 3.

(33)

33

[K]=[

k11 k12 k13

k21 k22 k23

k31 k32 k33

]

(2) Onde K11 representa o elemento localizado na 1ª linha e 1ª coluna e K23 é o elemento

1

Onde assim é representado em K21, a força no nó 2, devido ao

deslocamento unitário no nó 1 e U1 o deslocamento unitário no nó 1, o K11 é a força no nó 1

devido ao deslocamento unitário no nó 1.

1ª linha 2ª linha

(34)

34

3 METODOLOGIA

Este capítulo evidencia a concepção do projeto conceitual que tem seu embasamento teórico em referências bibliográficas que permitem atender aos parâmetros técnicos de forma adequada, na perspectiva de satisfazer suas necessidades de realização. Após o desenvolvimento desta etapa pretende-se ajustar e formular ideias que possibilitem qualificação do estudo. Para tanto o desenvolvimento do projeto preliminar é elaborado tendo em vista a análise de resistência dimensional e descrição do projeto.

PROJETO CONCEITUAL

Tendo em vista a definição do problema, as informações das pesquisas de suporte, as razões e justificativas de necessidade de um projeto de melhoria, destaca-se nesta etapa a prospecção de ideias com base nos conceitos de segurança e confiabilidade para a tarefa de decisões preliminares do projeto conceitual inicial, conforme estudos abordados anteriormente.

As especificações exigidas no projeto evidenciam a resistência à carga do fardo de 400 kg, a resistência a sua própria estrutura, assim como a atender as normas de segurança, bem como enclausuramento de partes com risco de esmagamento, da bateria e motor, por risco de contaminação e risco pelo contato aos agentes químicos. A Figura 14 demonstra a criação do projeto conceitual.

Figura 14- Projeto conceitual

(35)

35 Com o projeto conceitual desenvolvido iniciou-se a análise de deficiência do mesmo e a descrição de pontos, cujos devem ser mantidos com um aperfeiçoamento e melhoria nas decisões tomadas. Verificou-se na parte estrutural a necessidade de mudança de dimensões, que foram determinadas para aumentar a largura do carrinho para maior estabilidade

reduzindo o risco de tombamento.

Além disso, foi realizada uma mudança no sistema de roletes dos garfos, que se justifica pela proposição de que a existente no sistema pode dificultar o deslocamento do fardo compactado, devido possuir superfície desuniforme. Outro ponto de análise, foi falta do devido acondicionamento das partes moveis constituintes do carrinho, como por exemplo, as roldanas, o motor elétrico e a bateria, cujas em adequado enclausuramento, favorece aos aspectos referentes a segurança do operador evitando que em sua rotina de trabalho ocasione acidentes.

DEFINIÇÃO DO PROJETO

O estudo desse trabalho não tem por finalidade detalhar todas as etapas do desenvolvimento do projeto. Sendo assim, pretende-se realizar a demonstração de cada peça para possível fabricação ou continuação de estudo que vise dimensionar outros elementos, como por exemplo a parte elétrica do motor e da bateria. Também pretende-se demonstrar por meio do projeto geral do carrinho de elevação de fardo de lixo, as especificações gerais encontradas, buscando atender as necessidades do equipamento, de forma a considerar as evidências de melhorias citadas, as quais estejam de acordo com as Normas Regulamentadoras vigentes, que atuam na concepção desse projeto.

O desenvolvimento do projeto tem por finalidade suprir a dificuldade existente no processo de deslocamento do fardo compactado de lixo reciclável. Baseado nisso, o dimensionamento do projeto leva em consideração os fatores do tamanho do fardo compactado, que possui as dimensões das máquinas de prensagem do lixo reciclável e altura de levantamento da carga em cima do caminhão, bem como a possibilidade de acondicionar um fardo sobreposto ao outro.

As dimensões padrões de mercado existentes das prensas são: 600 x 800 x 1000mm, para fardos de pequeno porte, 800 x 800 x 1000mm, para fardos de médio porte, os de 1000 x 800 x 1000mm, e de 1200 x 800 x 1000mm, os de maior porte. De acordo com tais informações deve-se levar em consideração que o presente projeto foi dimensionado para suportar a massa

(36)

36 do fardo de 400 kg e levantamento da carga a uma altura de 2000mm. Fora dessas especificações não há evidenciado garantia de segurança por ultrapassar valores estimados dos cálculos e estudo analítico do projeto.

Além das especificidades técnicas definidas para a capacidade do carrinho, outro aspecto a considerar no que se refere a segurança do operador está relacionado aos cuidados no momento dos deslocamentos como no do transporte da carga, que deve estar o mais próximo possível do chão, não realizar movimentos bruscos com a carga suspensa, pois em situações como essa há riscos de acidente por tombamento. A Figura 15 demonstra o projeto preliminar com base na melhoria elaborada no projeto conceitual.

Figura 15 – Projeto preliminar

Fonte: Própria do Autor, (2020)

O dimensionamento de resistência do projeto nesse trabalho evidencia pontos específicos dos cálculos estruturais onde possui um alto carregamento, ou seja, pontos específicos de maior força aplicada. O carregamento evidenciado pela necessidade do projeto, especificou uma massa de 400 kg, para o fardo compactado de lixo reciclável. Tendo em

(37)

37 consideração que o material adotado para o projeto é o aço ASTM A36, salienta-se que esse material possui um limite de escoamento de 250 MPa e um modulo de elasticidade de 200 GPa. Baseado nestes dados é realizado o estudo do material especificado para o desenvolvimento do projeto, que neste caso é o aço A-36, tendo em vista a tensão máxima de 250 MPa. Considerando esse dado salienta-se que, quando carregado o fardo de lixo ao carrinho de transporte e elevação de fardo, não se deve atingir a tensão máxima do material tendo em vista um coeficiente de segurança que permita garantir uma possível sobrecarga ou falha nas propriedades do material, levando em consideração que os dados das propriedades são adquiridos pelo fornecedor, sem demanda por análise das propriedades de resistência do material.

VALIDAÇÃO PELO MÉTODO ANALÍTICO

O primeiro ponto de análise foi o carregamento de força sofrido pelo garfo, que demonstrou que a força atuante ocasionou uma flexão que é determinada pelo método analítico e simulação via Software. Destas especificações considera-se que: 400 kg de massa total do fardo de lixo reciclável, dividido por 2 garfos, atua somente 200 kg em cada garfo do carrinho. Esse carregamento, multiplicado pela gravidade de 9,81 m/s², representa a força sofrida no garfo que se refere por: F= 200 kg * 9,81 = 1962 Newton de força e um comprimento de 1020mm. A Figura 16 demonstra uma distribuição de forças, com uma atuação centralizada de 510mm.

Figura 16 – Representação de forças no garfo

(38)

38 Momento M (N*mm) = Força F (Newton) * Distância d (mm);

M = F * d (4) M = 1962 * 510

M = 1000620 N*mm

Para conseguir suportar a carga atuante com um bom coeficiente de segurança, a montagem do garfo utilizou o encaixe de um perfil “U” sobreposto ao outro, dando assim uma condição de simetria da linha neutra para cálculos da tensão de flexão, como demonstra o encaixe dos perfis na Figura 17.

Figura 17– Perfil sobreposto na condição de simetria

Onde calcula-se a inercia do perfil inteiro e subtrai o espaço vazio, adquirindo assim a inercia do garfo. I= (₁₂1 ∗ b1 ∗ h13_{+ A1 ∗ d1}2_{) −} 1 12∗ b1 ∗ h13 + A1 ∗ d12 (5) I=(₁₂1 ∗ 104,75 ∗ 34,753_{+ 0) −} 1 12∗ 85,75 ∗ 25,25³ + 0) I=251263,38 mm4

(39)

39 Para cálculo da tensão de flexão no carregamento, utiliza-se a inercia dos dois perfis “U” encaixados, σ = Tensão (N/m²), M = momento (N*m), C = distância perpendicular ao eixo neutro (m), I = inércia (m4);

σ =M∗C_I σ =1000620∗17,375_251263,38 σ = 69,19 Mpa (6)

Tendo em vista a análise pelo método analítico acima referenciado, considera-se que a tensão de flexão encontrada foi de σ = 69,19 Mpa. Essas tensões encontradas pelo método analítico podem-se realizar um comparativo com as tensões encontradas na análise de software. A Figura 18 demonstra a comprovação da resistência do material.

Figura 18 – Modelo para análise por elemento finito

No modelo de análise estática de tensão nodal do garfo que teve sua análise via software, demonstrou tensão de 84,7 Mpa e no desenvolvimento analítico 69,19 MPa, gerando confirmação de resistência a carga. Sabendo que o material é o aço ASTM A36, com limite de escoamento de 250 MPa, levando em consideração que a relação da tensão máxima ou limite de escoamento em que o material suporta, pela tensão atuante, onde tem-se assim o coeficiente de segurança de 3,5 conforme o cálculo abaixo.

(40)

40 Coeficiente de segurança = c.s. = Tensão de Escoamento = 250 = 3,5 (7) Tensão Atuante 69,19

Um coeficiente de segurança de 3,5 tem extrema importância, pois reduz a probabilidade de falha e colapso da estrutura mediante uma sobrecarga ou falha nas propriedades do material. Outro ponto relevante ao projeto foi o dimensionamento e análise estática do reforço superior de união, que une uma coluna a outra, que sofre o esforço de levantar os garfos carregados com o fardo de lixo reciclável que possui massa de 400kg, fixado de uma coluna do carrinho a outra coluna. A Figura 19 demonstra como o perfil é analisado para cálculo da linha neutra “c”.

Figura 19 – Perfil do reforço superior

c=

(y1∗A1+y2∗A2)_2A1+A2

c=

2(40x4,75x80)+77,625𝑥4,75𝑥100_{2(4,75∗80)+100∗4,75}

c=

67271,875₁₂₃₅ c=54,4712mm (8) I= 2 (₁₂1 ∗ b1 ∗ h13_{+ A1 ∗ d1}2_{) +} 1 12∗ b1 ∗ h1 3 _{+ A1 ∗ d1}2₍₉₎ I=2 (₁₂1 x4,75x80³ + 380x14,4712²) + (₁₂1 ∗ 90.5 ∗ 4,75³ + 429,875 ∗ 23,15382₎ I=564489,2117+231263,57 I=795752,7894mm4

(41)

41 No reforço superior a massa é a total, sendo uma força de 400 kg * 9,81=3924 N. Esta força gera a reação nos apoios e compreende-se desta análise que as reações de força consegue esclarecer o momento, conforme a Figura 20 que se refere a sua demonstração.

Figura 20-Demonstração do momento

Fonte: Unijuí, 2020

A força P = 3924 centralizado, gera uma força de reação em cada um dos apoios de 1962, representado acima, para demonstração do momento máximo.

Mmax= P∗L

4 Mmax=

3924∗1000

4 Mmax = 981000 N.mm (10)

Com o cálculo do momento máximo representado pela força, utiliza-se a equação da tensão de flexão, para cálculo da reação sofrida pelos garfos.

σ =M∗C_I σ = 981000∗54,4712_795752,7894 σ = 67,15 Mpa (11)

Tendo em vista a análise pelo método analítico acima referenciado, considera-se que a tensão de flexão encontrada foi de σ = 67,15 Mpa. Essas tensões encontradas pelo método analítico podem-se realizar um comparativo com as tensões encontradas na análise de software.

(42)

42 No modelo de análise estática de tensão nodal do elemento superior que teve sua análise via software, demonstrou tensão de 31,4 Mpa, gerando o ponto de tensão máxima da carga nos pontos de fixação. A Figura 21 demonstra o modelo onde foi realizado a análise estática da tensão.

Figura 21 – Modelo de análise do elemento superior

Mediante a análise obtida por este modelo do elemento superior evidenciou-se a tensão gerada pelo modelo de fixação rígido existente, necessitando de nova simulação, sabendo que os componentes não são totalmente rígidos, pois as colunas do carrinho possibilitam flexão admissível, podendo assim haver a divergência nos valores e sendo uma simulação que possibilite a falha. Os resultados obtidos estão demonstrados na Figura 22.

Figura 22 - Novo modelo de fixação na simulação

(43)

43 A partir dos resultados obtidos na Figura 22, observa-se que os pontos principais de fixação do carregamento do suporte de união das colunas, obteve considerável divergência nos valores, onde se torna um erro grande de simulação do elemento anterior demonstrado na Figura 21. Assim como forma de validação do estudo pela simulação do elemento superior de forma correta da Figura 22, afirma-se que a estrutura atende ao carregamento, e pode ser representada pelo coeficiente de segurança de 3,5 da tensão máxima de escoamento do material. Esse coeficiente se torna um bom padrão para projetos dessa natureza, com dimensões de relação interessante pois permite um ponto de fixação maior de uma coluna ao elemento superior e a outra coluna de forma a proporcionar uma maior resistência na estrutura. Os demais componentes também atendem aos carregamentos, pois não sofrem tensões críticas como os pontos aqui demonstrados nas simulações.

Ao considerar toda a parte estrutural para dimensionamento, evidencia-se essencial um olhar ao sistema de rodas do carrinho, com visão a resistência a carga e a facilidade no transporte. Em razão da importância e da garantia de exigências das normas regentes, implantou-se um sistema de rodizio com características que proporcionam condições de forma a manter a facilidade no manuseio do carrinho que possibilite apenas um operador para sua condução. As alterações do projeto no sistema de rodas fabricadas, para implantação do sistema de rodízio está demostrado na Figura 23.

Figura 23 – Demonstração da implantação do sistema de rodizio

(44)

44 Os sistemas de rodízios são projetados e desenvolvidos especificamente para movimentação de cargas, visando simplificar o processo de transportes de cargas leves e pesadas de acordo com as necessidades exigidas para transporte e redução de esforços, assim especificadas anteriormente.

Com todas as precauções e cuidados neste projeto, faz-se necessário um fechamento das partes móveis da polia de enrolamento da espia, enclausuramento do motor, como precaução ao risco de acidente, lesões por esmagamento, torções e contusões em partes expostas ao movimento. As alterações do projeto, para implantação do sistema de proteção está demostrado na Figura 24.

Figura 24 – Demonstração da grade e fechamento

A figura 24 demostra o sistema com o motor acoplado, que evidencia a sobra de espaço para possível sistema de bateria, para alimentação do motor, do sistema de proteção contra acidente, enclausurando motor e partes móveis. Também cabe salientar que o presente projeto conta com sistema de travamento do fardo por meio de uma corrente para estabilizar o fardo, cuja se mantém fixada a uma coluna que possibilita o engate a outra coluna envolvendo e fixando o fardo.

(45)

45 DESCRIÇÃO DO PROJETO

Conforme mencionado anteriormente o estudo desse trabalho não tem por finalidade detalhar todas as etapas do desenvolvimento do projeto, porém, pretende-se realizar a demonstração de cada peça para possível fabricação ou continuação de estudo que vise dimensionar outros elementos, como por exemplo a parte elétrica do motor e da bateria. Nesse aspecto, é evidenciado cada peça do carrinho de elevação de fardo de lixo reciclável demonstrando as especificações gerais citadas e tendo em vista as melhorias citadas com demonstração das dimensões para prosseguimento de outros estudos. As Figuras 25,26 27,28,29,30,31 e 32 demonstram os componentes da estrutura da Figura 33.

Figura 25 - Base inferior central

A base inferior central é o perfil de ligação de uma coluna a outra, também é fixado o rodizio traseiro nesta peça. A medida maior definida para esse elemento é definida pelas dimensões do carrinho e do fardo com perfil estipulado na definição do conceito do projeto. A base inferior é unida as colunas laterais e a Figura 26 demonstra essas colunas.

(46)

46 Figura 26 - Colunas laterais

As colunas laterais servem de guias para o deslocamento no levantamento dos garfos e do fardo compactado de lixo reciclável. O conjunto formado pelas colunas laterais, interligadas a base inferior central, juntamente com as bases inferiores de fixação das rodas dianteiras, e o suporte superior compõe a estrutura desse projeto. As dimensões da extensão das colunas estão relacionadas à altura desejada para o carrinho, que pretende atingir a altura do carregamento ao caminhão. As duas colunas laterais são unidas a uma base inferior central e a duas bases inferiores laterais. A Figura 27 demonstra a base inferior lateral.

Figura 27 - Base inferior lateral