REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.12687740
Matheus Pexiolini Andrade1;
João Vitor de Souza Boechat2
RESUMO
O projeto visa apresentar um sistema de elevação para a empresa GAM ENGENHARIA com capacidade para 8 pessoas, capacidade mínima segundo a norma NBR NM 13994. A empresa necessita deste equipamento para obra de reforma em uma empresa, este projeto irá proporcionar melhor deslocamento para funcionários e clientes. Os elevadores ou sistemas de elevação remontam ao passado, esforços para transportar cargas e pessoas vêm sendo estudados por gerações e vários métodos já foram utilizados, tração animal, tração humana, energia a vapor e mais tarde energia elétrica. Somente em 1853 o americano Elisha Graves Otis apresentou o modelo que viria a ser nosso modelo atual. Elevadores são equipamentos de transporte utilizados para mover objetos ou pessoas, verticalmente ou diagonalmente. Este projeto necessita atender a requisitos mínimos em sua estrutura civil e em seu sistema mecânico. Hoje a estrutura civil de um elevador se baseia nas seguintes etapas: casa de máquinas, fosso, portas, cálculos de lotação máxima da cabine, do poço e do sistema de elevação. A estrutura mecânica engloba os componentes: Máquina de tração, cabos de aço, polias, para-choques, contrapeso e guias laterais da cabine (carro), freio de segurança e limitador de velocidade. Para a quantidade dos materiais e especificações da qualidade é necessário cálculo de tráfego, e assim temos um projeto seguro.
Palavras chave: Elevador, projeto, eletromecânico, cabos.
ABSTRACT
The project aims to present a lifting system for the company GAM ENGENHARIA with capacity for eight people, minimum capacity according to the NBR NM 13994 standard. The company needs this equipment for renovation work in a company; this project will provide better transportation for employees and customers. Elevators or lifting systems date back to the past, efforts to transport loads and people have been studied for generations and several methods have already been used, animal traction, human traction, steam energy and later electrical energy. Only in 1853 did the American Elisha Graves Otis present the model that would become our current model. Elevators are transport equipment used to move objects or people, vertically or diagonally. This project needs to meet minimum requirements in its civil structure and mechanical system. Today the civil structure of an elevator is based on the following steps, machine room, pit, doors, and calculations of maximum capacity of the cabin, the shaft and the lifting system. The mechanical structure includes the components: Traction machine, steel cables, pulleys, shock absorbers, and counterweight and side guides of the cabin (car), and safety brake and speed limiter. For quantity of materials and quality specifications, traffic calculation is necessary, and thus we have a safe project
Keywords: Elevator,Project,cables,electromechanical.
1 INTRODUÇÃO
O projeto de conclusão de curso de engenharia mecânica consiste em dimensionar um elevador elétrico para a empresa GAM ENGENHARIA, visando melhor deslocamento para clientes e funcionários.
Este elevador tem o objetivo de deslocar pessoas ou materiais verticalmente, usando sistema de cabos e roldanas, alimentadas por um motor elétrico.
Para escolhermos um sistema de elevação é necessário estar de acordo com o tipo de carga, e sua quantidade, assim buscar a capacidade, velocidade, segurança e custo.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Histórico dos Elevadores
Ao longo dos séculos a humanidade sempre buscou melhorias, tanto para trabalho como lazer, civilizações antigas como os egípcios e romanos utilizavam cordas e roldanas para movimentar cargas, estes usavam força animal ou mesmo a humana.
Durante a revolução industrial houve uma grande expansão nessa área, pois grandes industrias necessitavam a todo momento transportar ou mover cargas, isso impulsionou as pessoas da época a criarem ideias, soluções que cada vez mais iam se aperfeiçoando. Tais ideias sempre esbarravam no mesmo problema, os elevadores da época como usavam cabos, estes quando se rompiam resultavam em graves acidentes e perdas. Em 1853, o americano Elisha Graves Otis apresentou sua criação, um dispositivo que revolucionou a indústria de elevadores da época, sua invenção proporcionou segurança nos elevadores, caso os cabos rompessem, freios de segurança eram acionados evitando a queda dos equipamentos.
2.2 Funcionamento Básico
Segundo Atlas Schindler o esquema básico de funcionamento de um elevador consiste em uma cabine montada sobre uma plataforma, em uma armação de aço constituída por duas longarinas fixadas em cabeçotes (superior e inferior). O conjunto cabina, armação e plataforma denomina-se carro.
O contrapeso consiste em uma armação metálica formada por duas longarinas e dois cabeçotes, onde são fixados (intermediários), de tal forma que o conjunto tenha peso total igual ao do carro acrescido de 40 a 50% da capacidade licenciada.
Tanto a cabina como o contrapeso deslizam pelas guias (trilhos de aço do tipo T), através de corrediças. As guias são fixadas em suportes de aço, os quais são chumbados em vigas, de concreto ou de aço, na caixa.
O carro e o contrapeso são suspensos por cabos de aço ou novos elementos de tração que passam por polias, de tração e de desvio, instaladas na casa de máquinas ou na parte superior da caixa.
O movimento de subida e descida do carro e do contrapeso é proporcionado pela máquina de tração, que imprime à polia a rotação necessária para garantir a velocidade especificada para o elevador. A aceleração e o retardamento ocorrem em função da variação de corrente elétrica no motor. A parada é possibilitada pela ação de um freio instalado na máquina.
Além desse freio normal, o elevador é dotado de um freio de segurança para situações de emergência.
O freio de segurança é um dispositivo fixado na armação do carro ou do contrapeso, destinado a para-los, de maneira progressiva ou instantânea, prendendo-os às guias quando acionado pelo limitador de velocidade. Sua atuação é mecânica.
Posicionamento dos componentes do elevador deve ser de acordo com a figura.
Figura 1: Posicionamento dos componentes do elevador. Fonte: Atlas Schindler (2013).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Dimensionamento da Estrutura do Carro e Contrapeso
- Tipo de engaste que será usado na estrutura
- Aceleração e desaceleração do carro, de acordo com a NBR NM 5665
- Determinação do peso da carga máxima a ser içada NBR 13994
- Determinação do perfil da estrutura
- Solicitação do projeto estrutural do carro e contrapeso
- Critério de falha de Von Misses
- Tipo de aço a ser utilizado na estrutura
- Conectores de ligação a serem utilizados
Determinação da Carga do Carro
Onde:
Q é a carga nominal (Carga na qual o equipamento foi construído)
W é a carga da estrutura do carro
g é a aceleração da gravidade (9,81 m/s²)
Determinação do Peso da Carga Máxima
Fdin é a Força dinâmica (N)
m massa (kg)
a aceleração (m/s²)
F é a força estática no carro (N)
Determinação da Aceleração e Desaceleração
Onde:
a é a aceleração (m/s²)
V é a velocidade (m/s)
Vօ é a velocidade inicial
(m/s) t é o tempo (s)
Foi definido que o engaste da estrutura se mantenha estático, assim, o tipo de engaste utilizado é determinado de acordo com as especificações do projeto. Selecionamos o tipo bi engastada para ser utilizado.
Tipo de Aço na Estrutura
Utilizamos a tabela fornecida pela ArcelorMittal para seleção do aço da estrutura do carro e contrapeso.
Assim escolhemos o aço ASTM A-36 com tensão de escoamento σe = 250Mpa e tensão de ruptura σr = 400Mpa a 550Mpa.
A seleção do tipo de aço para os parafusos, escolhemos os parafusos de alta resistência. Foi escolhido o aço ASTM A-325.
Para as guias laterais, utilizou-se características geométricas do perfil T, norma NBR NM 196, que determina o seguinte tipo de aço para as guias: Aço Fe 430B ISO 630, com tensão de escoamento: σe = 275Mpa, e tensão de ruptura σr = 410Mpa à 560Mpa.
Determinação da Estrutura do Carro e Contrapeso
Os perfis da estrutura foram projetados com um fator de segurança de 2,5 e foram determinados os seguintes elementos:
Vigas Transversais Superiores e Inferiores
Momento Fletor Relacionado à Viga Superior
Onde:
Fdin é a força dinâmica
L é o comprimento da viga
Obs: A maior solicitação de esforços esta localizada nas vigas superiores, portanto, mesmo as vigas inferiores recebam menor solicitação de esforço, esta será padronizada em função das vigas superiores (BEER, 1996).
Cálculo de Tensão Admissível
Onde:
σ e é a tensão de escoamento
FS é o fator de segurança
W é o módulo de resistência do perfil relacionado ao eixo
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Cálculo da Força Máxima de Içamento
Peso da estrutura (W): – Pesquisa de campo
Viga U = 254 x 29,8. Massa linear = 29, 8 Kg/m
Coluna I – w200 x 15. Massa linear = 15 Kg/m
Total de vigas 4 → 4 x 1,26 m x 29,8 Kg/m = 150, 19 Kg
Total de colunas 2 → 2 x 2,9m x 15 Kg/m = 87 Kg
W = 150,19 Kg + 87 Kg = 237,19 Kg
F = (600 Kg + 237,19 Kg) x 9,81 m/s²
F = 8213 N
4.2 Estrutura do Carro
4.2.1 Seleção das Vigas
Perfil U 254 x 29,8:
Tabela 1: Tabela Perfil U. FONTE: Pfeil
4.2.2 Seleção das Colunas
Utilizou-se o Coluna I – W 200 x 15.
Tabela 2: Tabela referente ao perfil I. FONTE: Pfeil
Viga U 254 x 29,8, Norton (2013), para o cálculo de flexocompressão:
Momento fletor máximo Mf = 2,5KNm
Sendo assim, o fator de segurança da viga U:
Para a Coluna I – W 200 x 15, Pfeil (2011), para o cálculo de flexocompressão:
- Momento fletor máximo Mf = 2,5KNm
- Força de compressão Fr = 4,3KN ]
4.2.3 Critério de Falha de Von Misses
Tensão relacionada ao eixo X:
Tensão cisalhante relacionada ao plano XY:
Onde:
Q = A × Xg
Q = 37,9 ×10-4 × 1,54 × 10-2
Q = 5,8366×10-5 m³
Tensão Máxima Cisalhante
Tensões Principais
Cálculo do fator de segurança, a partir da tensão equivalente de Von Misses:
Cálculo relacionado ao fator de segurança, a partir da tensão máxima de cisalhamento:
5 CONCLUSÕES
Após realizar os devidos cálculos e verificar os resultados dos fatores de segurança, podemos afirmar que o projeto foi bem dimensionado.
O contrapeso da estrutura do carro foi submetido a análise do critério de falha de Vom Misses, com bons resultados, sempre atento as normas técnicas.
O cabo de aço escolhido foi 8×19 com 10mm de diâmetro, este atende a razão entre o diâmetro da polia de tração e o diâmetro do cabo.
Foi usado as orientações da norma NBR NM207 que se refere ao número de cabos e fator mínimo de segurança.
6 REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NOSMAS TÉCNICAS. NBR 5666: Elevadores Elétricos – Terminologia.
NBR NM-207: Elevadores Elétricos de Passageiros – Requisitos de Segurança para Construção e Instalação. Brasília, 1999.
NBR 5665: Cálculo de trafego dos Elevadores – Procedimento.
NBR 8800: Projetos de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios.
NBR-NM 10098. Elevadores Elétricos – Dimensões e Condições do Projeto de Construção Brasília: ABNT, 1987.
NBR 13994: Elevadores de passageiros – Elevadores para transporte de pessoa portadora de deficiência.
ATLAS SCHINDLER. Manual de Transporte Vertical em Edifícios. Disponível em: http://www.schindler.com/br/internet/pt/home.html
ARCELORMITTAL. Catálogo de aços. Disponível em:
https://brasil.arcelormittal.com
BEER, Fernand. Resistência dos Materiais. São Paulo: Makron Books, 1996.
BIASUZ, Saule Augusto. Estudo da adequação da vibração de elevadores a normas internacionais. 2011, monografia, 30f. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
CIMAF. Manual técnico de cabos de aço. São Paulo: CIMAF, 2009.
CISER. Parafusos para estruturas metálicas. Santa Catarina: Ciser, 2013.
DRAKO. Pfeifer cabos de aço e sistemas de içamento LTDA. Rio de Janeiro: Drako, 2010.
HIBBLER, R. C. Dinâmica: mecânica para engenharia. São Paulo: Prentice Hall, 2005.
MONTEZANO, André Felipe Moreira. Modelo em rede de petri de um sistema de automação de elevador de passageiros. 2009, Projeto, 80f. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
PFEIL, Walter. Estruturas de aço – dimensionamento prático. São Paulo: LTC, 2011.
POLIMOLD. Catálogo de Molas. São Bernardo do Campo: Polimld, 2009.
1Graduando em Engenharia Mecânica – UniREDENTOR;
2Orientador Engenheiro Mecânico – UniRedentor