Projeto Conceitual e Dimensionamento da Estrutura de um Pórtico Rolante

(1)

Marcus Vinícius Amélio de Moraes

Projeto Conceitual e Dimensionamento da

Estrutura de um Pórtico Rolante

Rondonópolis-MT, V-1.0

2013

(2)

(3)

Marcus Vinícius Amélio de Moraes

Projeto Conceitual e Dimensionamento da Estrutura de

um Pórtico Rolante

Monografa desenvolvida durante a disciplina Monografa desenvolvida durante a disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso de Trabalho de Conclusão de Curso (Gradua-ção), apresentado ao Colegiado do Curso de ção), apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Mecânica do Instituto de Engenharia Mecânica do Instituto de Ciên-cias Agrárias e Tecnológicas do Campus cias Agrárias e Tecnológicas do Campus Uni-versitário de Rondonópolis da Universidade versitário de Rondonópolis da Universidade Federal de Mato Grosso, como exigência Federal de Mato Grosso, como exigência par-cial para obtenção do título de Bacharel em cial para obtenção do título de Bacharel em Engenhar

Engenharia ia Mecânica.Mecânica.

Univ

Universidadersidade e FFederal de ederal de Mato Grosso - Mato Grosso - Campus RondonópolisCampus Rondonópolis Instituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas

Instituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas Curso de Engenharia Mecânica

Curso de Engenharia Mecânica

Orientador: Pro. Dr. Aguinaldo Soares de Oliveira

Rondonópolis-MT, V-1.0

2013

(4)

Marcus Vinícius Amélio de Moraes

ESTE TRABALHO DE GRADUAÇÃO FOI JULGADO ADEQUADO COMO PARTE ESTE TRABALHO DE GRADUAÇÃO FOI JULGADO ADEQUADO COMO PARTE DO REQUISITO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE

DO REQUISITO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE GRADUADO EM EN-GRADUADO EM EN-GENHARIA MECÂNICA

GENHARIA MECÂNICA..

APROVADO EM SUA FORMA FINAL PELO COLEGIADO DO CURSO DE APROVADO EM SUA FORMA FINAL PELO COLEGIADO DO CURSO DE GRA-DUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA.

DUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA.

Prof. Dr. Aguinaldo Soares de Oliveira Prof. Dr. Aguinaldo Soares de Oliveira

Coordenador Coordenador

Banca examinadora: Banca examinadora:

Prof. Dr. Aguinaldo Soares de Oliveira Prof. Dr. Aguinaldo Soares de Oliveira

Orientador - EM/ICAT/CUR/UFMT Orientador - EM/ICAT/CUR/UFMT

Prof. Esp. Renato Tillmann Bassinni Prof. Esp. Renato Tillmann Bassinni

EM/ICAT/CUR/UFMT EM/ICAT/CUR/UFMT

Prof. Dra. Viviane Cassol Marques Prof. Dra. Viviane Cassol Marques

EM/ICAT/CUR/UFMT EM/ICAT/CUR/UFMT

Rondonópolis-MT, V-1.0, 15 de Abril de 2013

(5)

(6)

Primeiramente agradeço a Deus que iluminou meu caminho nesta caminhada. Ao meu orientador, Pro. Dr. Aguinaldo Soares de Oliveira pela orientação e au-xílio.

A todos os proessores do curso, que oram tão importantes na minha vida acadê-mica e no desenvolvimento desta monografa.

Aos meus pais, que apesar das difculdades enrentadas, sempre incentivaram meus estudos.

Aos integrantes e ex-integrantes da Equipe Aeroo pela convivência, pelo apren-dizado, pela diversão e pela amizade. Em especial ao Saulo Barbosa pelo empenho e dedicação à equipe.

(7)

“Tudo deveria se tornar o mais simples possível, mas não simplifcado. (Albert Einstein )

(8)

Neste trabalho é apresentado o projeto conceitual e o dimensionamento da estrutura de um pórtico rolante. O projeto conceitual oi desenvolvido com base em erramentas de processo de desenvolvimento de produtos (PDP). O projeto es-trutural terá como base as normas NBR 8400 (1984) e NBR 8800 (2008). A NBR 8400 defne as solicitações e as combinações de solicitações a serem consideradas nos cálculos e a NBR 8800 estabelece os requisitos básicos que devem ser obedecidos no projeto de estruturas de aço.

Palavras-chaves: Pórticos Rolantes. Processo de Desenvolvimento de Produtos. NBR 8400.

(9)

Abstract

In this work is presented the conceptual design and sizing o the structure In this work is presented the conceptual design and sizing o the structure o a gantry crane. The conceptual design was developed based in tools o product o a gantry crane. The conceptual design was developed based in tools o product development process (PDP). The structural project will be based on

development process (PDP). The structural project will be based on NBR 8400NBR 8400 ((19841984) and) and NBR 8800NBR 8800 ((20082008) standards. The NBR 8400 defnes the solicitations) standards. The NBR 8400 defnes the solicitations and the combinations o solicitations that have to be considered on the calculations and the combinations o solicitations that have to be considered on the calculations and the NBR 8800 establish the minimum requirements to be ollowed on steel and the NBR 8800 establish the minimum requirements to be ollowed on steel structures project.

structures project.

Key-words

(10)

Fig

Figura ura 1 1 – – PóPórtirtico rco rolanolantete . . . . . . . 1199 Fig

Figura ura 2 2 – – TTalha alha elételétricricaa . . . . . . . 1199 Fig

Figura ura 3 3 – – ModelModelo go genérenérico ico PDPPDP . . . . . . . 2200 Fig

Figura ura 4 4 – – CasCasa da da qa qualualidaidadede . . . . . . . 2277 Fig

Figura 5 ura 5 – – FFunçãunção gloo global bal do prdo produtooduto . . . . . . . 3300 Fig

Figura 6 ura 6 – – DesDesdobrdobramenamento dto das uas unçõesnções . . . . . . . 3300 Fig

Figura ura 7 7 – – Roda Roda GirGiratóatóriaria . . . . . . . 3344 Fig

Figura 8 ura 8 – – TTalha alha e tre trole mole mananualual . . . . . . . 3355 Figura

Figura 9 9 – – CaractCaracterísterísticas icas técnictécnicas da as da talhatalha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4411 Figura

Figura 10 10 –– CaractCaracterísterísticas ticas técnicas écnicas do troldo trolee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4422 Fig

Figura ura 11 11 –– ReaçReações no ões no trotrolele . . . . . . . 4422 Figura

Figura 12 12 –– EstabiEstabilidade lidade longitlongitudinaludinal . . . . . . . 4488 Figura

Figura 13 13 –– EsquemEsquema estáta estático da vico da viga priiga principalncipal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4499 Fig

Figura ura 14 14 –– PePerfl rfl W310W310x21x21 . . . . . . . 5500 Fig

Figura 1ura 15 5 –– PePerfl Urfl U152x152x12,212,2 . . . . . . . 5511 Figura

Figura 16 16 –– EsquemEsquema estáta estático da ico da estrutestruturaura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5533 Fig

Figura 17 ura 17 –– PoPosiçsições crítões críticaicas do troles do trole . . . . . . . 5555 Figura

Figura 18 18 –– EstruEstrutura do tura do pórtico dpórtico deormaeormada para posida para posição 1ção 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6611 Figura 19

Figura 19 –– CoefcienCoefciente que deterte que determina as reaçmina as reações devidas ao rolões devidas ao rolamentamentoo . . . . . . . . . . . . . . 6677 Figura 20

Figura 20 –– CoefcienCoefciente de ambate de ambagem por exão de elemegem por exão de elementos intos isoladossolados . . . . . . . . . . . . . . 7711 Figura

Figura 21 21 –– VValores alores de (b/tde (b/t)lim)lim . . . . . . . 7722 Fig

Figura 2ura 22 2 –– MomMomenento Noto Nominminalal . . . . . . . 7733 Figura 23

Figura 23 –– VValores lalores limiteimites da relação las da relação largura espessurgura espessura de seções I ou Hra de seções I ou H . . . . . . . . . . . . 7733 Fig

Figura 24 ura 24 –– EsEsorçorços na vigos na viga 1 para posiça 1 para posição 1ão 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7744 Fig

(11)

Fig

Figura 38 ura 38 –– DesDeslocamlocamenentos na vigtos na viga 1 a 1 parpara posição 1a posição 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8888 Fig

(12)

Tabela 1 – Necessidades do cliente . . . 23

Tabela 2 – Matriz necessidade do cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Tabela 3 – Requisitos do cliente . . . 24

Tabela 4 – Matriz requisitos de projeto . . . 25

Tabela 5 – Requisitos do projeto . . . 26

Tabela 6 – Especifcações do projeto do produto . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Tabela 7 – Matriz morológica . . . 31

Tabela 8 – Avaliação das alternativas de estruturas . . . . . . . . . . . . . . . 32

Tabela 9 – Avaliação das alternativas do sistema de deslocamento horizontal . . . 33

Tabela 10 – Avaliação das alternativas do método de deslocamento horizontal . . . 33

Tabela 11 – Avaliação das alternativas do sistema de deslocamento vertical . . . . . 34

Tabela 12 – Conceito fnal . . . 36

Tabela 13 – Propriedades da seção da viga principal . . . . . . . . . . . 50

Tabela 14 – Propriedades da seção da perna . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Tabela 15 – Esorços máximos sobre a estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Tabela 16 – Valores . . . 58

Tabela 17 – Classe de uncionamento . . . 66

Tabela 18 – Classes de utilização . . . 66

Tabela 19 – Duração de utilização dos equipamentos . . . . . . . . . . . 67

Tabela 20 – Duração de utilização dos mecanismos . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Tabela 21 – Estados de carga . . . 68

Tabela 22 – Classifcação da estrutura dos equipamentos (ou elementos da estru-tura) em grupos . . . 69

Tabela 23 – Estado de solicitação dos mecanismos . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Tabela 24 – Grupo dos mecanismos . . . 69

Tabela 25 – Valores do coefciente dinâmico . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Tabela 26 – Tempos de aceleração e acelerações . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

(13)

Lista de abreviaturas e siglas

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR Norma Brasileira Registrada

PDP Processo de desenvolvimento de produtos

h Horas

s Segundos

m Metros

ton Toneladas

(14)

L Vão do pórtico [m] H Altura do pórtico [m] A Área [2]

 Tensão de escoamento [MPa]

E Módulo de elasticidade [GPa] g Aceleração da gravidade [/2_]

  Momento de inércia em relação ao eixo x [4]

  Momento de inércia em relação ao eixo y [4]

  Momento de inércia em relação ao eixo z [4]

  Força normal [N]   Força cortante em y [N]   Força cortante em z [N]   Momento etor em y [Nm]   Momento etor em z [Nm]  Deslocamento em y [mm]  Deslocamento em z [mm]

(15)

Sumário

Introdução . . . 17

I Processo de Desenvolvimento de Produtos 18 1 Metodologia do Projeto . . . 19

1.1 Objetivo . . . 19

1.2 Pórticos Rolantes . . . 19

1.3 Processo de Desenvolvimento de Produtos . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.4 Norma ABNT NBR 8400 . . . 20

1.5 ABNT NBR 8800 . . . 20

2 Projeto Inormacional . . . 21

2.1 Defnição do escopo do produto . . . 21

2.1.1 Análise do problema de projeto . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1.2 Pesquisa dos padrões/normas, patentes e legislação . . . . . . . . . 21

2.1.2.1 ABNT NBR 8400 . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1.2.2 ABNT NBR 8800 . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2 Ciclo de vida do produto . . . 22

2.3 Requisitos do cliente . . . 22

2.3.1 Defnição dos requisitos do cliente . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4 Requisitos do produto . . . 25

2.5 Especifcações de projeto do produto . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.5.1 Desdobramento da unção qualidade . . . . . . . . . . . 26

2.5.2 Defnição das especifcações de projeto do produto . . . . . . . . . . 28

3 Projeto Conceitual . . . 29

3.1 Verifcação do escopo do produto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.2 Modelagem uncional . . . 29

3.3 Princípios de soluções para as unções . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.4 Avaliação dos conceitos . . . 31

3.4.1 Estrutura . . . 32

3.4.2 Sistema de deslocamento horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.4.3 Método de deslocamento horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.4.4 Sistema de deslocamento vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.4.5 Sistema de acionamento do equipamento . . . . . . . . . . . 35

(16)

II Dimensionamento do Pórtico Rolante 37

4 Solicitações segundo a Norma NBR 8400 . . . 38

4.1 Classifcação do Pórtico Rolante . . . 38

4.1.1 Características principais: . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.1.2 Tempo médio de duração do ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.1.3 Tempo Médio de uncionamento diário . . . . . . . . . . . . 38

4.1.4 Duração teórica de utilização . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.5 Número de ciclo de uncionamento . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.6 Classe de utilização . . . 39

4.1.7 Tempo total de utilização eetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.8 Duração de utilização dos equipamentos . . . . . . . . . . . . . 39

4.1.9 Duração total de utilização dos mecanismos . . . . . . . . . . . 39

4.1.10 Classe de uncionamento dos mecanismos . . . . . . . . . . . 40

4.1.11 Classifcação da estrutura . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.1.12 Classifcaçãos do mecanismo . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.2 Seleção do mecanismo de levantamento . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.2.1 Talha manual . . . 41

4.2.2 Trole manual . . . 41

4.3 Reações nas rodas . . . 42

4.4 Solicitações que intererem no cálculo da estrutura do equipamento . . . . 43

4.4.1 Solicitações principais . . . 43

4.4.2 Solicitações devidas aos movimentos verticais . . . . . . . . . . . . 43

4.4.3 Solicitações devidas aos movimentos horizontais . . . . . . . . . . . 43

4.4.3.1 Eeitos horizontais devidos às acelerações ou desacelerações 44 4.4.3.2 Coefciente que determina as reações transversais devidas ao rolamento . . . 45

4.4.3.3 Eeitos de choques contra batentes ou pára-choques . . . 45

4.5 Casos de solicitação . . . 46

5 Dimensionamento da estrutura do pórtico rolante . . . 47

5.1 Dimensões do pórtico rolante . . . 47

5.2 Pré-dimensionamento da estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.2.1 Viga principal . . . 48

5.2.2 Pernas . . . 51

5.3 Cálculo das orças de inércia resultantes dos movimentos do pórtico rolante 52 5.3.1 Massa equivalente . . . 52

(17)

5.3.2 Coefciente  . . . 52

5.3.3 Coefciente ℎ . . . 52

5.3.4 Força de inércia . . . 52

5.3.4.1 Sistema de levantamento e carga útil . . . . . . . . . . . . 52

5.3.4.2 Viga principal . . . 53

5.3.4.3 Pernas . . . 53

5.4 Solicitações sobre a estrutura do pórtico rolante . . . . . . . . . . . . . 53

5.4.1 Peso próprio da estrutura ( ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.4.2 Solicitações devidas aos movimentos verticais ( ) . . . . . . . . . . 54

5.4.3 Solicitações devidas aos movimentos horizontais (  ) . . . . . . . . 54

5.4.4 Forças de inércia . . . 54

5.5 Análise dos esorços estruturais . . . 54

5.5.1 Esorços calculados . . . 55

5.6 Verifcação das seções ao estado limite último . . . . . . . . . . . . 56

5.6.1 Vigas submetidas à tração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.6.1.1 Força axial de tração resistente de cálculo (  ) . . . . . 56

5.6.2 Vigas submetidas à compressão . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.6.2.1 Força axial de compressão resistente de cálculo (  ) . . 57

5.6.2.2 Fator de redução  . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.6.2.3 Índice de esbeltez reduzido (0) . . . . . . . . . . . 57

5.6.2.4 Força de ambagem elástica ( ) . . . . . . . . . . . . 57

5.6.2.5 Flambagem local de barras axialmente comprimidas . . . . 58

5.6.2.6 Valores dos parâmetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.6.3 Vigas submetidas à momento etor e orça cortante . . . . . . . . . 58

5.6.3.1 Momento etor resistente de cálculo ( ) . . . . . . . . 59

5.6.3.2 Força cortante resistente de cálculo ( ) . . . . . . . . . 60

5.6.4 Vigas submetidas à combinação de esorços . . . . . . . . . . . . 60

5.6.4.1 Resistência à exão composta com compressão . . . . . . . 60

5.7 Verifcação dos estados limites de serviço . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Conclusão . . . 62

Reerências . . . 63

Anexos 65 ANEXO A Tabelas e fguras da NBR 8400 . . . 66

(18)

ANEXO D Esorços solicitantes de cálculo nas vigas . . . 74 ANEXO E Deslocamentos calculados nas vigas . . . 88

(19)

17

Introdução

Este trabalho pretende projetar uma máquina de elevação e transporte para a movimentação de chapas, tubos e vigas de aço em uma ábrica de equipamentos agríco-las. As atividades de movimentação e armazenagem de matérias primas e mercadorias intererem de modo signifcativo na produtividade das empresas do setor metal mecânico, principalmente por se tratar de produtos pesados e de diícil manuseio.

Máquinas de elevação e transporte são a melhor alternativa para a movimentação aérea desses produtos em um ambiente industrial, são usadas para movimentação de cargas à distâncias relativamente curtas em relação à outros tipos de máquinas de transporte, atuam em estabelecimentos ou áreas, departamentos, ábricas e indústrias, em canteiros de obras, em armazéns e etc1_{. Exitem diversos tipos de máquinas de elevação e transporte tais}

como pontes e pórticos rolantes, guindaste, transportadores de correia, etc. A seleção da máquina adequada depende de atores como o tipo de material e o local de instalação,como pode ser observado na seção 1.2 o pórtico rolante é a alternativa mais viável para este caso específco. Com a implantação do pórtico rolante reduz-se custos de mão de obra, materiais e despesas em gerais, além de melhorar as condições de trabalho dando maior segurança e reduzindo a adiga dos uncionários. Ainda há um aumento na capacidade produtiva da área e no estoque de matéria prima assim a empresa pode atingir um nível de produtividade que compensará o alto investimento2_{. Neste trabalho apresentamos a}

metodologia do projeto de um pórtico rolante e seus componentes.

Para o desenvolvimento de um produto mais competitivo será utilizado erramen-tas de processo de desenvolvimento de produtos (PDP). A demanda por mudanças nos produtos, e nas suas aplicações e usos, tem aumentado muito intensamente, justifcando uma preocupação maior com a efciência e efcácia do desenvolvimento de produto. E esse desempenho depende do gerenciamento do PDP3_.

1 Rudenko (1976) 2 Langui (2001) 3 Rozeneld (2006)

(20)

(21)

19

1 Metodologia do Projeto

1.1 Objetivo

O objetivo deste trabalho é desenvolver o projeto de um pórtico rolante que irá operar no interior da instalação de uma ábrica de equipamentos agrícolas. Para o desen-volvimento do projeto será utilizado o processo de desendesen-volvimento de produtos (PDP), e o cálculo das partes estruturais e componentes mecânicos dos equipamentos de levan-tamento e movimentação de cargas terá como base as normas NBR 8400 (1984) e NBR 8800 (2008).

1.2 Pórticos Rolantes

Pórticos rolantes (fgura 1) são máquinas de elevação e transporte normalmente utilizados para movimentação de cargas em áreas externas devido à ausência de estrutura do prédio porém é uma opção econômica para trabalho em áreas internas, pois é isento de undações, colunas e vigas. O pórtico rolante atende todas as necessidades de movi-mentação aérea de carga com a vantagem de não comprometer a integridade do ediício e ornecendo ao proprietário da empresa a exibilidade de mover o equipamento para insta-lações uturas1. Para o levantamento das cargas são utilizados troles com talhas elétricas

ou manuais, a fgura 2 mostra uma talha elétrica de cabo de aço montada em um trole elétrico.

Figura 1: Pórtico rolante

Fonte: Material... (2013)

Figura 2: Talha elétrica

Fonte: CM... (2013)

1

(22)

1.3 Processo de Desenvolvimento de Produtos

O PDP consiste em um conjunto de atividades multidisciplinares para solução de problemas que envolve diversas áreas como Engenharia, Administração, Marketing, Recursos Humanos entre outros. Com o PDP se obtém às especifcações do produto e de seu processo de produção através das necessidades do cliente, além de permitir o acompanhamento do produto após o lançamento. A sequência das atividades do PDP é Projetar-Construir-Testar-Otimizar, sendo que o que se “projeta-contrói-testa-otimiza” pode ser um conceito, uma especifcação ou uma tolerância, seja de produto ou do processo de produção2_{. A fgura 3 mostra um modelo genérico de um processo de desenvolvimento}

de produto.

Neste trabalho o PDP está ocado nos projetos inormacional e conceitual ilustra-dos na fgura 3.

Figura 3: Modelo genérico PDP

Fonte: Rozeneld (2006)

1.4 Norma ABNT NBR 8400

Esta Norma defne as solicitações e as combinações de solicitações a serem consi-deradas no cálculo das partes estruturais e componentes mecânicos além das condições de resistência dos diversos componentes do equipamento em relação às solicitações consi-deradas3.

1.5 ABNT NBR 8800

Esta norma estabelece os requisitos básicos que devem ser obedecidos no projeto à temperatura ambiente de estruturas de aço com base no método dos estados-limites4_.

2 Rozeneld (2006) 3 NBR 8400 (1984) 4 NBR 8800 (2008)

(23)

21

2 Projeto Inormacional

Nesta ase são levantados os dados e inormações das necessidades dos clientes, para a defnição das especifcações de projeto de produtos. Esta ase do projeto consiste nas seguintes atividades:

∙ Defnição do escopo do produto;

∙ Detalhamento do ciclo de vida do produto; ∙ Identifcação dos requisitos do cliente; ∙ Defnição dos requisitos do produto;

∙ Defnição das especifcações de projeto do produto.

2.1 Defnição do escopo do produto

2.1.1 Análise do problema de projeto

O objetivo é projetar um pórtico rolante que deverá atender as seguintes especif-cações estabelecidas de acordo com as restrições de instalação e necessidades do cliente:

∙ Objetivo do equipamento: Transporte de materiais; ∙ Ambiente de trabalho: Interior (sem ação do vento); ∙ Carga útil: _5[];

∙ Vão: _3[];

∙ Altura de elevação: 3[];

∙ Número de horas trabalhadas por dia: 8[ℎ].

2.1.2 Pesquisa dos padrões/normas, patentes e legislação

2.1.2.1 ABNT NBR 8400

A defnição dos esorços solicitantes para o cálculo das partes estruturais e com-ponentes mecânicos dos equipamentos de levantamento e movimentação de cargas terá como base a NBR 8400 (1984).

(24)

2.1.2.2 ABNT NBR 8800

A verifcação estrutural obedecerá a NBR 8800 (2008).

2.2 Ciclo de vida do produto

O ciclo de vida de um produto são todas as ases da vida do produto, desde a concepção da idéia, sua conceituação, o desenvolvimento, a produção e vendas até a ase de descarte1. Este projeto tem as seguintes ases:

∙ Projeto; ∙ Fabricação; ∙ Montagem; ∙ Função; ∙ Uso; ∙ Manutenção.

2.3 Requisitos do cliente

Nesta ase devemos avaliar as necessidades do projeto de modo que o produto atenda os as necessidades do cliente. É gerado os requisitos do cliente obtendo as principais características do projeto através do ponto de vista do cliente.

A tabela 1 mostra as necessidades do cliente e o grau de importância atribuído conorme a ênase do cliente, sendo 1 pouco importante e 10 muito importante.

1

(25)

Capítulo 2. Projeto Inormacional 23

Tabela 1: Necessidades do cliente

Necessidades do cliente Importância (1 -10)

Ter Baixo custo 10

Ser Seguro 10

Ter Fácil operação 8

Ser compacto 5

Ser robusto 8

Atender as normas 9

Ser silencioso 4

Ser durável 9

Ter baixo consumo de energia 8

Ter baixo custo de manutenção 8

Ter uma boa estética 1

Ser rápido 5

Fonte: O autor Os atributos básicos do produto são:

∙ Funcionalidade; ∙ Impacto Ambiental; ∙ Confabilidade; ∙ Robustez; ∙ Ergonomia; ∙ Segurança; ∙ Normalização; ∙ Patenteabilidade; ∙ Econômico.

Relacionando os itens do ciclo de vida com os atributos básicos do produto obtemos a matriz necessidades do cliente conorme apresentado na tabela 2.

(26)

Tabela 2: Matriz necessidade do cliente

Fonte:O autor

2.3.1 Defnição dos requisitos do cliente

Colocando as declarações de necessidades do cliente em uma linguagem de enge-nharia obtemos os requisitos do cliente conorme apresentado na tabela 3, sendo 1 pouco importante e 10 muito importante.

Tabela 3: Requisitos do cliente

(27)

2.4 Requisitos do produto

Nesta ase os requisitos de clientes são convertidos em conceitos mensuráveis para o projeto. Os atributos específcos do produto são:

∙ Geométricos; ∙ Cinemática; ∙ Forças; ∙ Energia; ∙ Materiais.

Para se obter os requisitos de projeto relacionamos os requisitos de cliente e os atributos específcos do produto conorme apresentado na tabela 4.

Tabela 4: Matriz requisitos de projeto

Fonte:O autor

Da matriz requisitos de projeto podemos obter os requisitos de projeto, conorme apresentado na tabela 5, sendo 1 pouco importante e 10 muito importante. O peso da estrutura está diretamente relacionado ao custo justifcando o alto grau de importância do requisito "estrutura leve".

(28)

Tabela 5: Requisitos do projeto

Requisitos do projeto Importância (1 -10)

Material resistente 9

Estrutura leve 10

Segurança na operação 7

Normalização componentes 9

Baixo custo de manutenção 6

Fonte: O autor

2.5 Especifcações de projeto do produto

2.5.1 Desdobramento da unção qualidade

O Desdobramento da unção qualidade (QFD) relaciona os requisitos de projetos e os requisitos do cliente, é uma erramenta da qualidade voltada para o desenvolvimento de produtos que satisaçam os clientes, o método QFD utilizado oi a casa da qualidade. A casa da qualidade é a matriz que executa o projeto da qualidade, ordenando as qualidades verdadeiras exigidas pelos clientes por meio de expressões linguísticas, convertendo-as em características substitutas e mostrando a correlação entre essas características substitutas (características de qualidade) e aquelas qualidades verdadeiras2. A fgura 4 mostra a casa

da qualidade.

2

(29)

Figura 4: Casa da qualidade

(30)

2.5.2 Defnição das especifcações de projeto do produto

Segundo UTFPR (2003) para se obter as especifcações de projeto do produto é necessário um conjunto de inormações completas, que será utilizado como base para o desenvolvimento das etapas posteriores à etapa de projeto. Apenas os requisitos de projeto, apresentados na casa da qualidade, não são sufcientes para representar os objetivos a serem alcançados no projeto do produto. Portanto, para cada requisito de projeto deve-se associar um valor meta e o conjunto dessas inormações irá gerar a tabela 6 com as especifcações de projeto do produto.

Tabela 6: Especifcações do projeto do produto

Ordem Requisitos do projeto Saída desejada Saída indesejada

1o _{Estrutura leve} Menor custo

aquisição de aço Estrutura rágil 2o _{Material resistente} _{Longa vida útil} _{Falha mecânica}

3o Segurança na

operação Operação segura Acidentes

4o Normalização componentes Atender as normas de projeto e abricação Irregularidades em relação as normas 5o Baixo custo de manutenção Mínimo de paradas e manutenção eetuadas pelos próprios clientes Manutenção corretiva Fonte: O autor

(31)

29

3 Projeto Conceitual

O Projeto Conceitual trabalha com inormações dispersas, baseadas no raciocínio do próprio projetista portanto, não ormalizadas1. O projetista utiliza sua capacidade

intelectual, diversifcação de conhecimentos, sua experiência pessoal e criatividade para gerar a concepção do produto. Alguns autores dão maior ênase às ases de avaliação e outros às ases de geração de soluções, porém é consenso geral que deve haver uma sequência sistemática de procedimentos para a obtenção de soluções para problemas que não sejam atreladas somente à capacidade mental do projetista2, para tal, esta ase do

projeto consiste nas seguintes atividades:

∙ Verifcação do escopo do produto; ∙ Modelagem uncional;

∙ Princípios de soluções para as unções; ∙ Avaliação dos conceitos;

∙ Defnição e análise da arquitetura fnal.

3.1 Verifcação do escopo do produto

Após análise das especifcações de projeto do produto e o problema de projeto, que é movimentar cargas com segurança, agilidade e confabilidade. Constatou-se que todas as especifcações de projeto do produto defnidas na ase anterior do projeto permanecem inalteradas.

3.2 Modelagem uncional

Nesta ase é defnido a estrutura uncional do equipamento, estabelecendo as en-tradas e saídas do sistema temos a unção global do produto (fgura 5).

Realizando um desdobramento da unção global em subunções, de maneira que quando todas elas são executadas é realizada a unção global do produto temos a fgura 6.

1

DURKIN (1998)

2

(32)

Figura 5: Função global do produto

Fonte: O autor

Figura 6: Desdobramento das unções

Fonte: O autor

3.3 Princípios de soluções para as unções

Apresentando soluções para cada sub unção (fgura 6) temos a matriz morológica, tabela 7.

(33)

Capítulo 3. Projeto Conceitual 31

Tabela 7: Matriz morológica

Critérios Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa 3

Estrutura

Confguração 1 _{Confguração 2} _{Confguração 3}

Sistema de deslo-camento horizontal

Motor elétrico Moto redutor Manual

Método de

deslo-camento horizontal _{Perfl U} _Trilho _Livre

Sistema de deslo-camento vertical

Talha elétrica Talha manual Talha de alavanca

Sistema de acio-namento do

equipa-mento Botoeira com cabo Controle remoto

Manual

Sistema de

segu-rança Botão de emergên-_cia _{Alerta sonoro} _{Chave fm de curso} Fonte: O autor

3.4 Avaliação dos conceitos

Nesta seção é apresentada a avaliação dos conceitos indicados na tabela 7, sendo 0 pouco signifcativo e 5 muito signifcativo, porém nos itens de custos oi inverso.

(34)

3.4.1 Estrutura

A tabela 8 mostra a avaliação da confguração da estrutura, pode-se observar que a confguração 2 atende melhor as necessidades do cliente.

Tabela 8: Avaliação das alternativas de estruturas

Peso Requisitos do cliente Confguração 1 Confguração 2 Confguração 3

8 Custo de abricação 2 3 1

10 Custo de manutenção 0 0 0

10 Segurança durante operação 5 5 5

8 Custo de operação 0 0 0 6 Facilidade de manutenção 5 5 5 5 Compacto 4 4 4 8 Resistente 5 5 5 7 Durável 5 5 5 8 Rápido 5 5 5

9 Segurança ora de operação 5 5 5

8 Facilidade de operação 5 5 5

4 Silencioso 5 5 5

Total 336 344 328

Fonte: O autor

3.4.2 Sistema de deslocamento horizontal

A tabela 9 mostra a avaliação do sistema de deslocamento horizontal, pode-se observar que a alternativa de deslocamento manual atende melhor as necessidades do cliente.

(35)

Tabela 9: Avaliação das alternativas do sistema de deslocamento horizontal Peso Requisitos do cliente Motor elétrico Moto redutor Manual

8 Custo de Aquisição 1 0 5

4 Silencioso 5 5 5

Total 283 321 369

Fonte: O autor

3.4.3 Método de deslocamento horizontal

A tabela 10 mostra a avaliação do método de deslocamento horizontal, observa-se que a alternativa de deslocamento livre, ou seja o equipamento pode ser movimentar em qualquer direção no piso da ábrica, atende melhor as necessidades do cliente. Para que o deslocamento seja livre são utilizadas rodas giratórias como a mostrada na fgura 7

Tabela 10: Avaliação das alternativas do método de deslocamento horizontal Ordem Requisitos do cliente Perfl U Trilho Livre

8 Custo de aquisição 0 0 5

9 Segurança ora de operação 5 5 5 8 Facilidade de operação 5 5 5

4 Silencioso 5 5 5

Total 315 340 345

(36)

Figura 7: Roda Giratória

Fonte: All... (2013)

3.4.4 Sistema de deslocamento vertical

A tabela 11 mostra a avaliação do sistema de deslocamento vertical, a partir dela temos que a alternativa de levantamento da carga com talha manual montada em trole manual atende melhor as necessidades do cliente. A fgura 8 mostra exemplos de talha e trole manual.

Tabela 11: Avaliação das alternativas do sistema de deslocamento vertical

Ordem Requisitos do cliente Talha elétrica Talha manual Talha de alavanca

8 Custo de aquisição 1 5 3

4 Silencioso 5 5 5

Total 310 323 315

(37)

Figura 8: Talha e trole manual

Fonte: CM (2011)

3.4.5 Sistema de acionamento do equipamento

Como o sistema de deslocamento vertical que será utilizado no equipamento é a talha manual, o sistema de acionamento do equipamento é manual.

3.4.6 Sistema de segurança

O único item de segurança apresentado na tabela 7 que se aplica a confguração do equipamento é a alternativa 2, alerta sonoro.

3.5 Defnição e análise da arquitetura fnal

Após selecionar as soluções que apresentaram melhor desempenho oi defnido as características do equipamento conorme apresentado na tabela 12.

(38)

Tabela 12: Conceito fnal

Critérios Conceito fnal

Estrutura

Confguração 2

Sistema de

desloca-mento horizontal _Manual

Método de deslocamento

horizontal Livre

Sistema de

desloca-mento vertical _{Talha Manual}

Sistema de acionamento

do equipamento _Manual

Sistema de segurança

Alerta sonoro Fonte: O autor

(39)

Parte II

(40)

4 Solicitações segundo a Norma NBR 8400

Neste capítulo serão defnidos as solicitações sobre a estrutura com base na Norma NBR 84001.

4.1 Classifcação do Pórtico Rolante

É um dos aspectos mais importantes e complexo, que irá prever como o equipa-mento vai operar, ou seja, a proporção de carga usual de operação em relação à carga máxima, e a requência de utilização2_.

4.1.1 Características principais:

a) Carga: a carga máxima que o pórtico vai levantar é 5[] porém o a maioria

das cargas levantadas estará na aixa de 30% a 65% da carga máxima; b) Altura média de elevação (H): 1, 5[];

c) Velocidade de elevação (V): 2[/];

d) Tempo de trabalho diário (T): 8[ℎ];

e) Número de ciclos por hora(N): 6[/ℎ].

4.1.2 Tempo médio de duração do ciclo

Um ciclo compreende o içamento, o levantamento, a movimentação, o abaixamento e a retirada da carga. Considerando a velocidade de elevação obtém-se um tempo médio de duração do ciclo () de 300[].

4.1.3 Tempo Médio de uncionamento diário

O tempo médio de uncionamento diário () dado pela equação 4.1 é 1, 2[ℎ/].

 = 2* * * 60 * (4.1) 1 NBR 8400 (1984) 2 Tamasauskas (2000)

(41)

Capítulo 4. Solicitações segundo a Norma NBR 8400 39

4.1.4 Duração teórica de utilização

A duração teórica de utilização () é de 3200[ℎ], esse valor oi encontrado a partir

de  na tabela 17 do anexo A.

4.1.5 Número de ciclo de uncionamento

O número de ciclo de uncionamento ( ) dado pela equação 4.2 é 3, 8*104.

  = 3600*





(4.2)

4.1.6 Classe de utilização

A classe de utilização leva em conta o uso do equipamento como um todo3 e é

obtida a partir do valor de   na tabela 18 do anexo A. A classe de utilização obtida oi:

A.

4.1.7 Tempo total de utilização eetiva

O tempo total de utilização eetiva () dado pela equação 4.3 é 3167[ℎ].

 =

  *

3600 (4.3)

4.1.8 Duração de utilização dos equipamentos

A duração de utilização dos equipamentos obtida na tabela 19 é de 5300[ℎ].

4.1.9 Duração total de utilização dos mecanismos

A duração total de utilização () dos mecanismos é encontrado na tabela 20. Para

a determinação de  devemos determinar a relação entre o tempo de uncionamento do

mecanismo () e o tempo do ciclo (), essa relação é dada pela equação 4.4.

 =





(4.4) Os tempos de uncionamentos para os mecanismos são:

a) Para os movimentos verticais:  = 75[] ;

b) Para os movimentos horizontais:  = 75[].

Então o  para os dois casos é 0,25. A partir da tabela 20 obtemos 3320[ℎ] para .

3

(42)

4.1

4.1.10 .10 Cla

Classe de 

sse de unc

uncion

ionamen

amento do

to dos meca

s mecanis

nismos

mos

Na

Na tabela 20tabela 20 também é indicado a classe de uncionamento dos mecanismos comotambém é indicado a classe de uncionamento dos mecanismos como sendo

sendo   22..

4.1

4.1.11 .11 Cla

Classi

ssifca

fcação

ção da

da est

estrut

rutura

ura

As estruturas dos equipamentos são classifcados em grupos de acordo com o As estruturas dos equipamentos são classifcados em grupos de acordo com o ser-viço à ser executado, para a determinação do grupo são levados em consideração dois viço à ser executado, para a determinação do grupo são levados em consideração dois atores atores44:: a) Classe de utilização; a) Classe de utilização; b) Estado de carga. b) Estado de carga.

A classe de utilização oi encontrado na

A classe de utilização oi encontrado na subseção 4.1.6subseção 4.1.6. O estado de carga incorpora. O estado de carga incorpora a percentagem da carga nominal normalmente levantada pela maquina

a percentagem da carga nominal normalmente levantada pela maquina55_{. Conorme a}_{. Conorme a}

indicado nas características principais do equipamento a maioria das cargas levantadas indicado nas características principais do equipamento a maioria das cargas levantadas estará na aixa de 30% a 65% da carga máxima, na

estará na aixa de 30% a 65% da carga máxima, na tabela 21tabela 21 temos que o estado de cargatemos que o estado de carga é

é 2.2.

Com esses dois atores, classe de utilização A e estado de carga 2 podemos Com esses dois atores, classe de utilização A e estado de carga 2 podemos deter-minar que as estruturas dos equipamentos pertence ao grupo 3, como pode ser observado minar que as estruturas dos equipamentos pertence ao grupo 3, como pode ser observado na

na tabela 22tabela 22 dodo anexo Aanexo A..

4.1

4.1.12 .12 Cla

Classi

ssifca

fcaçãos

çãos do

do meca

mecanis

nismo

mo

A classe de uncionamento dos mecanismos oi encontrado na

A classe de uncionamento dos mecanismos oi encontrado na subseção 4.1.10subseção 4.1.10.. Conside

Considerando que os rando que os mecanismecanismos são mos são submetisubmetidos as dos as solicisolicitações próximtações próximas às as às maximamaximas nas na maioria das vezes temos que o estado de solicitação conorme a

maioria das vezes temos que o estado de solicitação conorme a tabela 23tabela 23 é 3. Naé 3. Na tabela 24tabela 24 verifcamos que o mecanismo deve ser classifcado no grupo 3 m.

verifcamos que o mecanismo deve ser classifcado no grupo 3 m.

4.2 4.2 Sel

Seleçã

eção do

o do me

mecan

canism

ismo de

o de lev

levant

antame

amento

nto

Na

Na subseção 3.4.4subseção 3.4.4 estabeleceu-se que o tipo de mecanismo de elevação à ser uti-estabeleceu-se que o tipo de mecanismo de elevação à ser uti-lizado é talha e trole manual. Com a carga nominal, especifcada na

lizado é talha e trole manual. Com a carga nominal, especifcada na subseção 2.1.1,subseção 2.1.1, e e aa classe de

classe de uncionauncionamentmento o dos mecanismos, estabelecidos mecanismos, estabelecido do nana subseção 4.1.10subseção 4.1.10, pode-se seleci-, pode-se seleci-onar o modelo da talha e do trole. A seleção oi eita consultando o catálogo da empresa onar o modelo da talha e do trole. A seleção oi eita consultando o catálogo da empresa Colum

Columbus McKinnon bus McKinnon do do BrasiBrasil l LtdaLtda66_..

4 4 NBR 8400 NBR 8400 ((19841984)) 5 5 Brasil (1985 Brasil (1985)) 6 6 CM CM ((20112011))

(43)

Capí

Capítulo 4. tulo 4. SoliciSolicitaçtaçõeões segus segundo a Norma NBR 8400 ndo a Norma NBR 8400 4141

4.2

4.2.1 .1 T

Talh

alha

a man

manual

ual

O modelo de talha selecionado oi o GLS-5, a

O modelo de talha selecionado oi o GLS-5, a fgura 9fgura 9 mostra as característicasmostra as características técnica

técnicas s da da talha selecionadtalha selecionada.a. Figur

Figura a 9: 9: CaractCaracterísterísticas técnicas da icas técnicas da talhatalha

Fonte:

Fonte: CMCM ((20112011))

4.2

4.2.2 .2 T

Trol

role

e man

manual

ual

O modelo de trole selecionado oi o GCTY-5, a

O modelo de trole selecionado oi o GCTY-5, a fgura 10fgura 10 mostra as característicasmostra as características técnica

(44)

Figura 10:

Figura 10: CaractCaracterísterísticas técnicas do icas técnicas do troletrole

Fonte:

Fonte: CMCM ((20112011))

4.

4.3 3 Re

Reaç

ações

ões na

nas

s rod

rodas

as

A

A fgura 11fgura 11 mostra as reações no trole,mostra as reações no trole, 11 ee 22, sendo que, sendo que     é o peso total doé o peso total do

sistema de levantamento somado a carga útil, e

sistema de levantamento somado a carga útil, e 11ee 22as distâncias das rodas até o centroas distâncias das rodas até o centro

de aplicação da carga, que coincide com o centro de massa do sistema de levantamento. de aplicação da carga, que coincide com o centro de massa do sistema de levantamento.

Fazendo o somatório das orças e dos momentos iguais a zero, sabendo que Fazendo o somatório das orças e dos momentos iguais a zero, sabendo que 11 éé

igual a

igual a 22 que éque é 186186,, 5[5[]] , temos:, temos: 

11 == 22 ==

   

22 (4.5)(4.5)

O peso total do sistema de levantamento pode ser obtido a partir das

O peso total do sistema de levantamento pode ser obtido a partir das fgura 9fgura 9 ee fgura 10fgura 10, temos que o peso total da talha é, temos que o peso total da talha é 37[37[]] e peso total do trole ée peso total do trole é 40[40[]],,

então o peso total do sistema de levantamento é

então o peso total do sistema de levantamento é 77[77[]]. A carga útil oi especifcada na. A carga útil oi especifcada na

subseção 2.1.1

subseção 2.1.1 como sendocomo sendo 5[5[]], então, então     éé 5077[5077[]],, 11 ee 22 sãosão 25382538,, 5[5[  ]]..

Figura 11: Reações no trole Figura 11: Reações no trole

Fonte: O autor Fonte: O autor

(45)

4.4 Solicitações que intererem no cálculo da estrutura do

equipa-mento

Segundo NBR 8400 (1984) o cálculo da estrutura do equipamento é eetuado determinando-se as tensões atuantes na estrutura em uncionamento. Para o cálculo destas tensões deve-se considerar as seguintes solicitações:

a) Principais atuantes sobre a estrutura imóvel, no estado de carga mais desavo-rável;

b) Devidas aos movimentos verticais; c) Devidas aos movimentos horizontais;

4.4.1 Solicitações principais

Segundo NBR 8400 (1984) as solicitações principais, supondo os elementos móveis na posição mais desavorável, são devidas:

∙ Aos pesos próprios dos elementos __; ∙ À carga de serviço __;

4.4.2 Solicitações devidas aos movimentos verticais

Estas solicitações são devidas a elevação relativamente brusca da carga de serviço e as acelerações/desacelerações7. A NBR 8400 (1984) estabelece que em solicitações devidas

ao levantamento da carga, deve-se considerar as oscilações provocadas pelo levantamento brusco, multiplicando-se as solicitações devidas as cargas pelo coefciente dinâmico (Ψ).

O valor de Ψ, dado na tabela 25 do anexo A, é 1,15.

4.4.3 Solicitações devidas aos movimentos horizontais

Segundo NBR 8400 (1984) as solicitações devidas aos movimentos horizontais são: a) Os eseitos de inércia devidos as acelerações/desacelerações, dos movimen-tos de translação horizontais, calculáveis em unções dos valores das acele-rações/desacelerações ;

b) As reações horizontais transversais provocadas pela translação; c) Os eeitos de choque.

7

(46)

4.4.3.1 Eeitos horizontais devidos às acelerações ou desacelerações

Segundo NBR 8400 (1984) nas solicitações horizontais devidos às acelerações ou desacelerações deve ser calculado:

1. As orças de inércia na direção longitudinal a viga resistente resultante dos movi-mentos do trole.

Os esorços devem ser calculados em unção do tempo de aceleração, obtido conorme as condições de utilização do equipamento e as velocidades atingidas8.

Estimando uma velocidade de0, 16[/]o tempo de aceleração e a aceleração podem

ser obtidos pela tabela 26 do anexo A. Temos que o tempo de aceleração ( ) é

2, 5[] e a aceleração ( ) é 0, 064[/2].

Segundo a NBR 8400 (1984) o cálculo da orça de inercia segue o seguinte método: a) Massa equivalente: Para este caso a massa equivalente é igual a massa do

sistema de levantamento.

 = 77[] (4.6)

b) Força de inércia média: A orça de inercia média é obtida pela equação 4.7, 

é a carga útil, o valor de   é 320[ ].

  =  ·  (4.7)

c) Período de oscilação: O período de oscilação é 3, 47[], dado pela equação 4.8  1 = 2· ·

√

_ℓ

 (4.8)

Onde:

 1 = período de oscilação

ℓ = comprimento de suspensão de carga  = aceleração da gravidade

d) Coefciente  : O valor do coefciente  é 66,77 dado pela equação 4.9.  = 1



(4.9) e) Coefciente  : O valor do coefciente  é 0,72 dado pela equação 4.10.

 =    1

(4.10)

8

(47)

) Coefciente ℎ: Para valores de  maiores do que dois o ℎ pode ser calculado

pela equação 4.11. O valor obtido oi 8,3.

ℎ =

√

(2 +  + 1

) (4.11)

g) Força de inércia devida à carga: O valor da   é 2656[ ] dado pela

equa-ção 4.12.

  = ℎ ·   (4.12)

2. As orças de inércia resultantes dos movimentos do pórtico rolante.

As orças de inércia resultantes dos movimentos de arranque e paragem do pórtico rolante são consideradas como uniormemente distribuídas sobre a estrutura. Considerando uma velocidade de   = 0, 40[/] e classifcando o equipamento

como de velocidade lenta e média, o tempo de aceleração e a aceleração podem ser obtidos pela tabela 26 do anexo A. Temos que o tempo de aceleração ( ) é 4, 1[]

e a aceleração ( ) é 0, 098[/2]. O cálculo das orças de inércia resultantes dos

movimentos do pórtico é realizado depois do pré-dimensionamento na seção 5.3.

4.4.3.2 Coefciente que determina as reações transversais devidas ao rolamento

As reações transversais devidas ao rolamento do trole ocorrem devido ao levan-tamento torto de carga ou travamento das rodas. Segundo a NBR 8400 (1984) as orças componentes deste momento são obtidas multiplicando-se a carga vertical devido as rea-ções nas rodas, calculadas na seção 4.3, pelo coefciente ( ), que depende da relação entre

o vão e a distância entre eixos 

. O vão (v) sera considerada como sendo 200[] e a

distância entre eixos é 186, 5[], então _ = 1, 07. A partir da fgura 19 do anexo A

temos que  é igual à 0,05.

Assim temos que:

 = ·  (4.13)

Portanto  1 =  2 = 126, 92[ ].

4.4.3.3 Eeitos de choques contra batentes ou pára-choques

A NBR 8400 (1984) estabelece que não se leva em consideração os eeitos de choque para velocidades de deslocamento horizontal menores que 0, 7[/], como a velocidade do

(48)

4.5 Casos de solicitação

Na NBR 8400 (1984) são previstos nos cálculos três casos de solicitações:

∙ Caso I - serviço normal sem vento;

∙ Caso II - serviço normal com vento limite de serviço; ∙ Caso III - solicitações excepcionais.

Conorme defnido na subseção 2.1.1 o pórtico trabalha sem ação do vento, portanto será eetuado cálculos somente para o caso I.

A NBR 8400 (1984) diz que as diversas solicitações determinadas na seção 4.4 podem ser ultrapassadas devido às impereições de cálculo ou imprevistos. Por isso deve ser considerado um coefciente de majoração ( ) que depende do grupo em que o

equi-pamento está classifcado, que deve ser aplicado no cálculo das estruturas.

A NBR 8400 (1984) estabelece que para o caso I considera-se as solicitações estáti-cas devidas ao peso próprio  , as solicitações devidas à carga de serviço   multiplicadas

pelo coefciente dinâmico , e os dois eeitos horizontais mais desavoráveis   . Portanto

temos a expressão abaixo:

  · ( +  ·  +   )

O coefciente de majoração para equipamentos industriais de aplicação não-siderúrgica é dado pela tabela 27 do anexo A. Sendo que o equipamento se encontra no grupo 3, con-orme defnido na subseção 4.1.11, o coefciente de majoração é igual a 1.

(49)

47

5 Dimensionamento da estrutura do pórtico

rolante

Segundo Sobue (2005) não existe erramentas analíticas disponíveis para o dimen-sionamento estrutural de pórticos rolantes, mas sim equações de verifcação, as estruturas ótimas são procuradas por tentativa e erro com base na experiência do projetista. Para dimensionamento da estrutura, primeiro é realizado um pré-dimensionamento, para pos-teriormente verifcar-se a estabilidade estrutural com base na NBR 8800 (2008).

A NBR 8400 (1984) determina que deve-se determinar as tensões nos dierentes elementos da estrutura e nas junções e verifcar a existência de um coefciente de segurança sufciente em relação às tensões criticas, considerando que podem ocorrer as seguintes causas de alha:

1. Ultrapassagem do limite de escoamento;

2. Ultrapassagem das cargas críticas de ambagem; 3. Ultrapassagem do limite de resistência à adiga.

A NBR 8800 (2008) diz que deve-se também verifcar os deslocamentos máximos. As verifcações estruturais obedecerão as recomendações da NBR 8800 (2008), mas utilizando os coefcientes de segurança estabelecidos pela NBR 8400 (1984).

Neste trabalho não será realizada nenhuma análise quanto aos elementos parau-sados, junções soldadas e resistência à adiga.

5.1 Dimensões do pórtico rolante

Conorme defnido na subseção 2.1.1 o pórtico tem três metros de vão e de altura, a estabilidade longitudinal pode ser obtida considerando uma parada brusca do pórtico e igualando os momentos de estabilidade e de tombamento. A fgura 12 mostra as orças usadas para o cálculo dos momentos, sendo:

∙  _ = massa total do sistema de levantamento (_5075[]); ∙  = aceleração da gravidade (9, 8[/2]);

(50)

∙ __ = altura máxima de elevação da carga (_{2, 9[]}); ∙  = largura da base do pórtico [m];

∙ __ = orça de inércia devido à carga (_2656[ ]).

Figura 12: Estabilidade longitudinal

Fonte: O autor

Pela equação 5.1 temos que o valor mínimo de B é 0,62 m será adotado 1, 2[]

porque utilizou-se uma regra prática1 _{de que}

 ≥/2, 5.   · ·



2 =   · (5.1)

5.2 Pré-dimensionamento da estrutura

O pré-dimensionamento do pórtico é divido em duas partes:

∙ Viga principal; ∙ Pernas.

5.2.1 Viga principal

A fgura 13 mostra o esquema estático da viga principal onde 1, 2 oram

calcu-lados na seção 4.3 e  é o vão do pórtico rolante, então temos:

1

(51)

Capítulo 5. Dimensionamento da estrutura do pórtico rolante 49

∙ _1 = 2 = 25[ ];

∙ _ = _{0, 373[]}; ∙ _ = _3[].

Figura 13: Esquema estático da viga principal

Fonte: O autor

A equação 5.2 calcula o valor do momento máximo na viga, o valor será majorado com os coefcientes calculados na seção 4.4. Pela equação 5.2 temos que o valor de   é

igual à 37, 8[ ].

  =   · · 1 ·

(−)

2 (5.2)

Para o caso de solicitação I ou seja, serviço normal sem vento, a NBR 8400 (1984) estabelece a tensão admissível () para tração e compressão como sendo 1,5, onde  é a

tensão de escoamento do material.

Os perfs estruturais oram selecionados pelo catálogo da Gerdau2, o aço

seleci-onado oi o AR350, pela NBR 7007 (2002) temos que  é igual à 350[  ]. Então o

módulo elástico mínimo da seção é 162[3

], dado pela equação 5.3.   >   ·106  (5.3) 2 Gerdau (2012)

(52)

A NBR 8800 (2008) estabelece valores limites para a echa máxima admissível ( ), para pórticos com capacidade nominal inerior a 200 kN é recomendado /600, então

temos que   é 5[]. O momento de inércia ( ) é 3155, 5[4], dado pela equação 5.4,

sendo que o módulo de elasticidade3 _{(E) é}

205[ ].

  =

( ·  ·2· 1)· 3

48·_·__ (5.4)

Com os valores de   e   oi selecionado o perfl W310x21 (fgura 14) em Gerdau

(2012). As propriedades da seção da viga principal são mostradas na tabela 13. Figura 14: Perfl W310x21

Fonte: Gerdau (2013)

Tabela 13: Propriedades da seção da viga principal Propriedade Valor Unidade

 21 /  101   303  ℎ 292   5,1   5,7   30,7 2   3776 4   98 4   249,2 3   19,5 3 Fonte: Gerdau (2012) 3 FATEC-SP (2008)

(53)

Capítulo 5. Dimensionamento da estrutura do pórtico rolante 51

5.2.2 Pernas

Segundo Ribeiro (2011), para o pré-dimensionamento das pernas considera-se o momento máximo nas pernas, 35% do momento máximo na viga principal. O módulo elástico mínimo da seção é 56, 7[3

], dado pela equação 5.5.   >

 · _{0, 35} 

(5.5) Com o valor de  oi selecionado em Gerdau (2011) o perfl U152x12,2 (fgura 15).

Figura 15: Perfl U152x12,2

Fonte: Gerdau (2011)

As propriedades da seção das pernas são mostradas na tabela 14. Tabela 14: Propriedades da seção da perna

Propriedade Valor Unidade

 12,2 /  48,77   152,4   5,08   8,71   15,5 2   546 4   28,8 4   71,7 3   8,16 3 Fonte: Gerdau (2011)

(54)

5.3 Cálculo das orças de inércia resultantes dos movimentos do

pórtico rolante

Conorme citado na subseção 4.4.3.1 as orças de inércia serão consideradas como uniormemente distribuídas sobre a estrutura, como a viga principal e as pernas tem seções dierentes serão calculadas orças de inércia para cada seção.

5.3.1 Massa equivalente

A massa equivalente () corresponde a soma das massas da viga principal (),

das pernas ( ) e da massa do sistema de levantamento (), onde:

∙ __ _{= 21[/]} ∙ _ = 12, 2[/] ∙ __ _{= 77[]}

Pela equação 5.6 temos que a  é igual à 319[].

 = 3· + (4 · 3, 06 + 1, 2·2)·  +  (5.6)

5.3.2 Coefciente



O valor do coefciente  é 15, 7, dado pela equação 4.9.

5.3.3 Coefciente

ℎ

O valor do coefciente ℎ é 4, 21, dado pela equação 4.11.

5.3.4 Força de inércia

A orça de inércia é o produto da massa pela aceleração, na seção 4.4 oi defnido que a aceleração do pórtico ( ) é 0, 098[/2].

5.3.4.1 Sistema de levantamento e carga útil

Pela equação 5.7 temos que a orça de inércia do conjunto sistema de levantamento e carga útil ( 1) é 2, 1[ ].

 1 = _ℎ ·(_ + _)· _ (5.7)

Distribuindo a orça de inércia nas quatro rodas do trole temos que a orça de inércia por roda ( 1) é 525[ ]