PRENSA HIDRÁULICA PARA PRODUÇÃO DE AMOSTRAS 

Engenharias, Volume 26 - Edição 116/NOV 2022 / 19/11/2022

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7338140

Gabriel dos Santos Mendonça
Gabriel Guedes Silvestre
Lucas de Oliveira Chaves
Orientador: Alexandre Iartelli

Resumo:
Esta pesquisa teve por objetivo geral analisar o desenvolvimento de uma prensa hidráulica com uma chapa aquecedora na qual transfere calor e pressão ao material a ser prensado. E mais especificamente levantar revisões bibliográficas sobre prensas hidráulicas; analisar da Produção da prensa hidráulica com a chapa aquecedora em que a mesma possua controle de algumas variáveis, como temperatura, pressão e densidade; e analisar a Montagem da prensa hidráulica com a chapa aquecedora. Para isso, foi utilizada uma pesquisa bibliográfica, em sites, artigos, livros e documentos. Além disso, também foi utilizado um estudo de caso a fim de investigar a aplicação da prensa hidráulica no processo de produção. A realização deste projeto permitiu a aplicação prática dos conhecimentos teóricos adquiridos no curso de engenharia mecânica. Permitiu também sentir a realidade da engenharia, para enfrentar os desafios que surgem todos os dias na indústria. Muitas coisas ainda precisam ser aprendidas e desenvolvidas e apenas anos de experiência fornecerão esse conhecimento. Desenvolvido o conceito de uma prensa hidráulica, o objetivo principal do trabalho foi alcançado. A proposta desenvolvida permite a criação de um modelo que leva em consideração as necessidades dos clientes e as necessidades do projeto. 

Palavras-chave: Prensa Hidráulica. Produção. Mecânica. 

Hydraulic press for sample production 

Abstract: This research aimed to analyze the development of a hydraulic press with a heating plate in which heat and pressure are transferred to the material to be pressed. And more specifically to raise bibliographic reviews on hydraulic presses; analyze the production of the hydraulic press with the hot plate in which it has control of some variables, such as temperature, pressure and density; and analyze the assembly of the hydraulic press with the hot plate. For this, a bibliographic research was used, in websites, articles, books and documents. In addition, a case study was also used in order to investigate the application of the hydraulic press in the production process. The realization of this project allowed the practical application of the theoretical knowledge acquired in the mechanical engineering course. It also allowed me to feel the reality of engineering, to face the challenges that arise every day in the industry. Many things still need to be learned and developed and only years of experience will provide this knowledge. Developing the concept of a hydraulic press, the main objective of the work was achieved. The proposal developed allows the creation of a model that takes into account the needs of customers and the needs of the project. 

Keywords: Hydraulic Press. Production. mechanics. 

1. Introdução 

Hoje, existem sistemas hidráulicos em diversas máquinas, como escavadeiras, máquinas agrícolas, elevadores de carga, máquinas-ferramentas de manuseio, entre uma série de outras aplicações, muitas das quais para trabalhos considerados “pesados”. Uma das aplicações mais comuns dos sistemas hidráulicos é no controle de uma prensa hidráulica. As prensas hidráulicas podem ser manuais ou automatizadas e podem produzir forças de 4900 Meganewtons ou mais (MICHELS et al. 2013). 

Existem vários tipos de prensas, alguns exemplos são as máquinas excêntricas, de fiação e de fuso de fricção. No entanto, se você deseja utilizá-los em obras, a prensa hidráulica se destaca entre outros modelos quando comparamos características, potência, parada e início rápido de ciclos de juntas e controle preciso devido ao baixo nível de pressão do fluido hidráulico. geralmente gordo (DURFEE; SUN; VAN DE VEM, 2015). 

As prensas hidráulicas têm a função de transmitir potência e movimento para a ferramenta ou molde. De 1795 até hoje, as prensas hidráulicas revolucionaram o fluido de trabalho, ganhando capacidade e desempenho ao incorporar comandos eletrônicos para operação automática, medição e sensoriamento. No entanto, nota-se que mesmo com a evolução da tecnologia, mantêm os mesmos sistemas hidráulicos em seus projetos (PEPPLOW, 2008). 

1.1 Justificativa 

Quando pensamos em criar um novo produto, temos que considerar um conjunto de premissas como necessidades de mercado, demanda e inovação. Portanto, é importante avaliar o poder do produto e entender cada uma de suas etapas para ajudar a entender seu desempenho. Da ideia de criar uma linha de produtos voltada para a sustentabilidade ambiental, surgiu a ideia da Prensa, uma máquina capaz de agilizar o processo de produção de embalagens e evitar o desperdício de material. 

1.2 Objetivos (Geral e específicos) 

1.2.1 Objetivo Geral 

Analisar o desenvolvimento de uma prensa hidráulica com uma chapa aquecedora na qual transfere calor e pressão ao material a ser prensado. 

1.2.2 Objetivo Específico 

a) Levantamento de revisões bibliográficas sobre prensas hidráulicas;
b) Análise da Produção da prensa hidráulica com a chapa aquecedora em que a
mesma possua controle de algumas variáveis, como temperatura, pressão e densidade
c) Analisar a Montagem da prensa hidráulica com a chapa aquecedora;

2. Revisão Bibliográfica 

2.1 Sistema hidráulico

A palavra hidráulica nasceu da ortografia grega “hydra” que significa água e da palavra “aulos” que está relacionada com cano ou tubo. A hidráulica é algo que converte o esforço colocado em um fluido em movimento ou trabalho mecânico, cuja potência pode variar, dependendo da área onde o fluido será comprimido e do tipo de agente fluido utilizado nesse processo. 

Os fluidos são agentes fluidos e não possuem uma forma pré-definida, portanto, assumem a forma do recipiente em que são colocados. A hidrostática é a ciência física que estuda os fluidos em equilíbrio, sob pressão. A hidrodinâmica, por outro lado, estuda a diferença de pressão entre dois pontos, ou seja, o movimento hidráulico. 

Para Stewart (2002) no sistema hidráulico, qualquer tipo de fluido pode ser utilizado para movimentar o conjunto, água, óleo e outros fluidos. Segundo Palmieri (1997) qualquer motivo que possa realizar trabalho pode ser chamado de energia, como exemplo podemos citar o corpo quando está em repouso, para movê-lo de um lado para outro é necessário utilizar energia sobre ele.  

Um exemplo de uso de potência é um macaco hidráulico, que é muito utilizado em oficinas mecânicas, se o pistão do cilindro tiver uma área de 100cm2 e outros 10cm² e for colocada uma carga de 80 kg, ele terá potência suficiente para levantar um carro ou um objeto de até 800kg.  

A Equação 1 mostra a relação entre as variáveis força, pressão e área: 

F = P.A 

Onde: F = Força, P = Pressão e A = Área. 

Quando um líquido é empurrado para um local onde está armazenado, por uma bomba de pressão positiva, dizemos que há um fluxo de líquido, mas quando tal líquido encontra resistência ao fluxo, ele começa a ser comprimido, produzindo pressão e, como resultado, força, nas paredes circundantes. 

Em princípio, a pressão é medida e verificada por S.I. (Sistema Internacional de Unidades) na unidade bar, porém existem muitas outras formas de medir a pressão, como unidades kg/cm², psi, Pa e muitas outras. Segundo Stewart (2002), o trabalho é definido como “o produto da força pelo deslocamento”, cuja força está na mesma direção do deslocamento, sendo capaz de mover o corpo em uma direção distante. 

Se for utilizado um grande fluxo de fluido no sistema, a vantagem está na velocidade do sistema. Para Fialho (2004), vazão é o volume de líquido empurrado pela bomba em um determinado momento, quando o volume é grande e por um curto período, quando o conjunto se movimentará em alta velocidade. /h, l/h ou l/s. 

De acordo com a lei de Pascal, citada em Moreira (2012), a pressão exercida a qualquer momento sobre um fluido confinado é a mesma em todas as direções e tem força igual em áreas iguais. Com este princípio, o assunto é conhecido como “Lei de Pascal”, por exemplo quando uma força F = P.A é aplicada a um fluido fechado o resultado será uma pressão igual em todas as direções. A Figura 1 mostra o princípio de Pascal em um vaso pressurizado.

Figura 1. Transmissão de energia hidráulica (lei de Pascal) 

Fonte: Martins (2019)

2.2 Prensas 

Durante a Revolução Industrial até o final do século XIX, as prensas de impressão dominaram o mercado por serem muito eficientes, utilizadas em quase todos os tipos de máquinas de corte e modelagem. A prensa hidráulica começou a surgir após o “Princípio de Pascal (1623-1662)” e começou a brilhar após a integração dos dispositivos elétricos e mecânicos, fazendo com que o desenvolvimento da eletrônica trouxesse muitos benefícios (SILVA, 2016). 

Oliveira (2016) afirma que uma prensa é uma máquina de compressão que transmite potência e um ou mais movimentos a uma ferramenta para formar uma peça. A energia é gerada usando sistemas hidráulicos para aumentar a potência ao nível da máquina. Esta máquina é geralmente encontrada na área de produção (BOTTO; NEVES e CAMARGO, 2016). 

As especificações da prensa hidráulica e a definição dos modelos dos componentes dependerão do tipo de aplicação, pois afetam o método de operação e, portanto, as propriedades físicas que podem ser verificadas (PEPPLOW, 2008). Para Hibbeler (1999), o princípio compressivo é a aplicação específica do limite de energia da estrutura mecânica do objeto, e conhecer esse limite é essencial para obter o resultado final da afirmação. 

O cientista francês Blaise Pascal (1623-1662) chamou, em 1653, de “princípio de Pascal” que explicava que se a pressão na superfície de um líquido aumentasse de alguma forma – por um pistão agindo em cima, por exemplo. – a pressão P em qualquer profundidade deve aumentar exatamente na mesma proporção (BERGAMIN, 2007). O princípio de Pascal pode ser enunciado como qualquer aumento de pressão exercido sobre um líquido (gás ou líquido) é transferido proporcionalmente para todos os pontos desse líquido e para as paredes do recipiente que o contém. 

De acordo com Botto, Neves e Camargo (2016) da prensa é dotada de um sistema de acionamento de bomba hidráulica por meio de um motor que aciona os cilindros da máquina e coordena os movimentos de subida e descida. As prensas hidráulicas são máquinas utilizadas em diversos campos da engenharia industrial, possuem limites muito grandes de desempenho, tamanho, capacidade e podem ser utilizadas tanto para confecção de chapas metálicas de grande porte em máquinas pequenas, que exigem alta precisão e tolerâncias apertadas (GROCHE; SCHNEIDER, 2017). 

A NR-12 no Anexo VIII de Segurança do Trabalho, que trata de impressão e afins, explica que as máquinas de impressão são máquinas utilizadas na montagem e corte de diversos materiais, utilizando ferramentas, onde o movimento do martelo – punção – vem do sistema hidráulico ou pneumático – cilindro hidráulico ou pneumático -, ou sistema mecânico, onde o movimento rotativo torna-se linear por meio de sistemas de conexão de hastes, manivelas, conjunto de alavancas ou fusos. 

2.2.1 Classificação e dimensionamento de prensas 

As prensas são classificadas de acordo com critérios: tipo de produção, função, tamanho das peças moldadas e força de pressão. O tipo de produção determina se será uma única, pequena ou grande série quando se recomenda uma prensa manual, elétrica ou transfer, respectivamente. Trabalho refere-se ao tipo de trabalho que será usado para cortar ou construir, por exemplo; as dimensões das peças indicarão as dimensões da mesa de trabalho e a abertura máxima da prensa; E a capacidade de pressão é dada em função do material e espessura da peça e do formato e tamanho da ferramenta (DIRECTINDUSTRY, 2021). 

Na moldagem por compressão, as prensas são utilizadas para comprimir o composto e podem ser classificadas técnica e estruturalmente. Quanto à tecnologia, as prensas podem ser: hidráulicas, mecânicas e pneumáticas. As principais vantagens das máquinas de impressão são (DIRECTINDUSTRY, 2021): 

  • Altas velocidades de trabalho; 
  • Produção de grandes séries; 
  • São geralmente máquinas de alta precisão e repetibilidade garantida; 

No entanto, possuem desvantagens como: 

  • Poucos parâmetros ajustáveis; 
  • Menos versáteis do que as prensas hidráulicas; 
  • Curso é limitado 
  • Características construtivas limitadas às dimensões das peças a trabalhar e das peças finais. 

As prensas hidráulicas possuem as seguintes vantagens: 

  • São capazes de comprimir todos os tipos de materiais, uma vez que seu fluido de trabalho é relativamente incompressível e possuem certas vantagens na transmissão de força (BISTAFA, 2018); 
  • São mais compactas e silenciosas do que as prensas mecânicas de força equivalente. 
  • Passíveis de controle da força, além de poder ser aplicada em sua intensidade máxima ao longo de todo o curso, seja ele curto ou longo; 
  • Projetadas para evitarem eventuais sobrecargas de pressão. 

Por outro lado, não garantem essa repetição constante. Dependendo do tipo de sistema, eles exigem manutenção mais regular do que se feito corretamente, as avarias são raras e fáceis de corrigir. Possuem velocidade de operação menor que uma prensa, sendo mais indicada para produção em pequenas séries (DIRECTINDUSTRY, 2021). Quanto às vantagens das prensas pneumáticas: 

  • Podem operar a velocidades elevadas; 
  • Passíveis de controle da força e velocidade; 
  • São, geralmente, mais baratas do que as prensas mecânicas e hidráulicas, mas têm de ser ligadas a um circuito de ar comprimido que lhes forneça pressão e caudal suficientes; 

Já as desvantagens são: 

  • As forças envolvidas são pequenas se comparadas a outros sistemas. 
  • São difíceis de serem obtidas velocidades muito baixas devido às suas propriedades físicas do ar comprimido; 
  • Dada a compressibilidade do ar é impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes (DIRECTINDUSTRY, 2021). 

Quanto ao tipo de estrutura, as prensas são classificadas em: monobloco ou tipo C (também chamado de pescoço de cisne). As prensas do tipo monobloco possuem uma estrutura rígida, o que significa que resistem melhor à flexão lateral. Quanto maior o número de colunas, mais forte a estrutura da prensa e, portanto, maior sua precisão. Por outro lado, os botões C-frame permitem um fácil manuseio das peças, pois são abertos não apenas na parte frontal, mas também nas laterais (DIRECTINDUSTRY, 2021). 

2.2.2 Prensa hidráulica 

Atualmente, os sistemas hidráulicos existem em máquinas muito diferentes, tais como: escavadoras, máquinas agrícolas, elevadores de carga, etc. Existem outros tipos de aplicações, muitas das quais são consideradas projetos pesados (GESSER, 2017). 

Um dos sistemas mais utilizados é no controle de prensas hidráulicas. A pressão hidráulica pode ser feita manualmente ou automatizada e pode produzir uma força de 4900 mega newtons ou mais (MICHELS et al, 2013 apud GESSER, 2017). Segundo Botto et al (2016) uma prensa hidráulica pode ser definida como uma máquina utilizada para levantar ou prensar coisas em geral. A potência que produz é gerada por meio de sistemas hidráulicos para aumentar a potência, atingindo assim o nível da máquina. Esta máquina é frequentemente encontrada em áreas industriais. 

Uma prensa hidráulica usa um princípio bem conhecido, o Princípio de Pascal. Este princípio afirma: “A mudança de pressão causada em um determinado ponto da água em equilíbrio é transmitida a todos os pontos do líquido e às paredes que o contém”. As máquinas possuem atuadores que convertem energia hidráulica em trabalho, por isso são chamadas de saídas do sistema (BOTTO et al, 2016). 

A hidráulica pode ser entendida como a ciência que estuda o comportamento e o uso de fluidos na transformação e transmissão de energia. “O objetivo de qualquer sistema hidráulico é realizar trabalho com esforço fluido” (BOTTO, et al, 2016). Assim, a energia aplicada em um ponto do fluido pode ser transferida para outro ponto do fluido. 

A Figura x apresenta um exemplo de prensa hidráulica. Do lado direito se encontra a unidade hidráulica e os manômetros para a medição da carga. No lado esquerdo se encontra o cilindro onde a carga é aplicada no material que está sendo ensaiado. A pressão desenvolvida pelo sistema é transferida para o cilindro através de uma mangueira de alta pressão. 

Figura 2. Prensa Hidráulica tipo C 

2.2.2.1 Prensa Hidráulica tipo “C” 

Segundo a Pressform, as prensas hidráulicas tipo C são utilizadas em diversas aplicações, mas as principais são: corte, dobra, trefilação, extrusão, furação, montagem e outros processos que exigem alta precisão. 

Sua missão é operar em ciclo contínuo, com velocidade de compressão inferior à velocidade de aproximação. Geralmente é operado com comando bimanual, porém existem modelos com controles eletrônicos para controlar seu funcionamento. 

Figura 3. Prensa industrial tipo “C” 

Fonte: CEFEQ Máquinas 

2.2.2.2 Prensa Hidráulica tipo 2 colunas 

Este tipo de prensa utiliza o princípio de funcionamento baseado em duas direções do martelo, sua precisão está ligada à qualidade deste conjunto. Segundo a Pressform, a prensa de duas colunas é adequada para pequenas ferramentas, sua característica de desempenho é que possui uma velocidade de aproximação maior que a velocidade da prensa, e utiliza uma válvula de enchimento especial. Suas principais aplicações são: montagem, desmontagem, montagem, desmontagem e dobra. 

Figura 4. Prensa industrial tipo duas colunas  

Fonte: Romaq Máquinas Industriais

2.2.2.3 Prensa hidráulica tipo “H” 

De acordo com a Pressform, esse tipo de máquina tem uma vantagem sobre outros tipos: oferece uma vida útil da ferramenta até 50% maior do que outras máquinas e um nível de ruído menor. Podem ser utilizados para a produção de peças seriadas, estruturas de chapas metálicas, perfis e rebitagem. Seu processo de trabalho é um ciclo contínuo, além de apresentar uma velocidade de pouso maior que a da prensa, normalmente utilizada pelo comando bimanual. 

Uma outra função deste tipo de prensa é o endireitamento de chapas, barras, eixos, vergalhões e cunhagem.

Figura 5. Prensa industrial tipo “H” –  

Fonte: Romaq Máquinas Industriais

2.2.2.4 Prensa Hidráulica tipo 4 colunas 

Segundo a Romaq Máquinas, seu princípio de funcionamento é o mesmo de uma prensa de coluna dupla, este tipo de máquina possui as mesmas características de desempenho. A principal diferença entre os dois, como o nome sugere, é que o martelo é guiado por quatro colunas em vez de apenas duas no outro modelo. Essas duas colunas adicionais aumentam a precisão e confiabilidade da máquina, o que aumenta a faixa de trabalho com ferramentas pequenas, podendo trabalhar com ferramentas de médio e grande porte. 

Figura 6. Prensa industrial tipo 4 colunas 

Fonte: Romaq Máquinas Industriais

2.3 Processo de desenvolvimento de produto 

Segundo Romano (2003) projetos de desenvolvimento de produtos são aqueles negócios cuja finalidade é realizar o processo de geração da ideia de objetos tangíveis, que muitas vezes são criados por muitas tarefas e grupos de pessoas, em todas as diversas etapas até o lançamento. . o mercado. Dentre as categorias propostas na literatura, os produtos podem ser classificados como: 

Produtos originais ou inovadores: são os produtos cuja solução funcional e formal não existe e assim não há produto similar industrializado ou comercializado. 

Produtos aperfeiçoados: são os produtos cuja solução funcional e formal existe, há produto similar industrializado e comercializado, sobre o qual são propostas melhorias ou gerados novos modelos a partir deles. 

Produtos adaptados: são produtos que possuem uma solução prática e legal que existe, ao invés de um produto industrial e comercial similar, onde se propõem modificações para atender a objetivos específicos a partir dos quais podem ser retirados novos modelos de produtos. 

Diante do desenvolvimento e pujança da economia e das relações globais, as empresas tiveram que tornar seus produtos competitivos, portanto, adotar a prática de desenvolvê-los de forma sistemática que reduza as chances de projetos mal elaborados e, consequentemente, produtos ineficazes. 

Um dos fatores que reforça a importância dessa situação é observar, na Figura 07, que o custo do projeto corresponde ao custo de 5% do produto, mas o resultado das decisões tomadas nesta fase pode afetar até 70% do custo do projeto. custo total do produto (BACK et al., 2008). 

Figura 7. Influências sobre o custo do produto: Decisões tomadas no projeto, materiais, à mão de obra e instalações. 

Fonte: BACK et al., 2007

Dentre os métodos sistemáticos disponíveis para a realização de um projeto de desenvolvimento de produtos está o Processo Integrado de Desenvolvimento de Produtos – PRODIP proposto com base nas pesquisas e conhecimentos desenvolvidos pelo Núcleo de Desenvolvimento Integrado de Produtos – NeDIP da Universidade Federal de Santa Catarina. Romano (2003) descreveu e desenvolveu os detalhes de um modelo de desenvolvimento integrado de produtos a partir da pesquisa de métodos anteriores e utilizando etapas que podem ser desenvolvidas simultaneamente. Este processo contribui para a implementação de um processo estruturado, sistemático e coordenado em todos os níveis da organização, o que é recomendado tanto na formação dos alunos como no desenvolvimento ou utilização do desenvolvimento nas empresas (BACK et al., 2008). 

O modelo PRODIP é composto por três Macrofases: 

  • Planejamento de projeto; ● Elaboração do projeto do produto; 
  • Implementação do lote piloto. 

De acordo com Back e cols. (2008) a primeira macrofase, denominada planejamento, envolve a definição das ideias de produto a serem desenvolvidas e a especificação do plano de desenvolvimento para as ideias de produto selecionadas e estabelecidas como projeto, que inclui definições de escopo, cronograma, orçamento, qualidade, recursos, comunicação, risco, aquisição, stakeholders e integração. O plano do projeto contém as prioridades que serão entregues na próxima fase. 

A segunda macrofase decompõe-se em quatro fases: 

Projeto informacional: a partir de reuniões, discussões e pesquisas bibliográficas, desenvolve-se pesquisa educacional e obtêm-se informações do projeto por meio da utilização do mecanismo Quality Function Deployment ou matriz QFD, o principal método utilizado nesta fase é gerar informações do produto a partir da busca de uma solução eficaz para o problema necessário. 

Projeto conceitual: parte-se das funções de extração para identificar os principais problemas nos métodos: a integração das funções, a matriz morfológica e as matrizes de seleção multicritério que permitem encontrar, de forma rápida, a concepção que resolve. 

Projeto preliminar: o planejamento, dimensionamento e otimização do produto é estabelecido com base no projeto selecionado, por meio de modelos analíticos, simulação e otimização, além da construção e teste de protótipos, tendo como principal saída o projeto do produto e a viabilidade técnica e econômica; 

Projeto detalhado: inclui a conclusão do projeto inicial referente às instruções finais do produto em relação à sua configuração, levando à entrega dos documentos do produto definindo as dimensões, estruturas superficiais dos componentes; seleção de materiais, descrição dos métodos de produção, desempenho e custos. 

A terceira macrofase se desdobra em três fases: 

  • Preparação da produção, na qual há a liberação do produto; 
  • Lançamento cuja principal saída é o lote inicial; 
  • Validação do produto na qual ocorre a validação do produto. 

Esse processo de geração de ideias é chamado de Processo de Desenvolvimento de Produto onde as etapas são divididas em atividades e estas em grupos de atividades, sendo as atividades o nível final de execução do trabalho. Os métodos são os recursos usados para realizar e os resultados, as entregas produzidas pelas atividades (BACK et al., 2008). 

A Figura 8 mostra a representação gráfica do modelo de desenvolvimento integrado de produtos. 

Figura 8. Representação gráfica do modelo PRODIP 

Fonte: Ogliari (2021) 

3. Metodologia 

O trabalho atual foi baseado em pesquisa bibliográfica, sites de organizações. Portanto, do ponto de vista da situação de pesquisa, este estudo pode ser considerado como uma pesquisa aplicada, pois visa gerar novas informações sobre a classificação de transportadores no setor logístico rodoviário, com a proposta de um método de classificação que o auxiliará na tomada de decisão. Diante disso, quanto aos seus objetivos é baseado na pesquisa experimental e os métodos utilizados é a pesquisa bibliográfica e o estudo de caso. 

A pesquisa exploratória teve como finalidade esclarecer, e modificar conceitos e ideias, com o objetivo de explicar problemas e hipóteses. É caracterizada por ser, entre todos os métodos de pesquisa, a de menor rigidez no planejamento. Utilizando ferramentas bibliográficas e documentais, entrevistas e estudos de caso (GIL, 2009). O estudo bibliográfico foi baseado nos seguintes temas: Prensa Hidráulica, Engenharia Mecânica e Produção. 

O estudo de caso tem as características de um estudo profundo de um ou de poucos objetos, ele investiga fenômenos e acontecimentos atuais e reais, mostrando clareza entre o contexto e o fenômeno estudado (GIL, 2009). O estudo de caso foi realizado por meio do estudo de Neves et al. (2020) que desenvolve uma prensa hidráulica para uma chapa aquecedora.  

4. Resultados e Discussão 

4.1 Variáveis envolvidas no processo de prensagem 

Em muitos dos processos existem variáveis envolvidas que afetam os processos de produção. Coelho (2010) destaca que as variáveis do processo são condições internas ou externas que afetam o desempenho do processo, em todos os processos industriais é muito necessário controlar e manter determinadas variáveis do processo, como pressão, vazão, vazão, temperatura, pH., condutividade, velocidade, umidade, densidade, etc. 

4.1.1 Pressão 

A pressão é a força exercida por um fluido em cada superfície do recipiente que ele contém. No sistema internacional de medição (SI) sua unidade é dada em N/m² ou Pa. Unidades como atm, bar, kgf/cm², lib/in², etc. também são usados. (FIALHO, 2004). Além disso, essa variável afeta diretamente a resistência e durabilidade das chapas, caso isso não aconteça, as chapas podem ser trocadas, afetando a qualidade e característica, principalmente deste produto quando se trata de um material resistente e durável. 

4.1.2 Densidade 

Densidade é a razão entre o peso e o volume de uma substância, seja ela sólida ou líquida. Porém, no caso de uma máquina hidráulica com placa quente, a densidade interfere na expansão do material e garante que haja diminuição do peso volumétrico quando há aumento de capacidade. 

4.1.3 Tempo de Acionamento Hidráulico 

O tempo de ativação está relacionado ao tempo de prensagem adequado para não queimar ou alterar as propriedades do material prensado, devendo este tempo ser definido por testes laboratoriais com a produção das primeiras chapas de Celeron. 

4.1.4 Temperatura 

A temperatura afeta a umidade das placas Celeron, podendo causar perda de resistência deste material. A temperatura precisa ser ajustada adequadamente para que não haja retenção de umidade no interior das placas após a prensagem, o que facilita as coisas. 

4.2 Produção 

A partir da descoberta dos materiais de construção, iniciou-se a montagem da peça de prensa. Para iniciar a construção de uma prensa hidráulica com placa aquecedora, as placas são montadas conforme Figura 2, com resistência elétrica em cada parte, foram necessárias quatro placas de 30 cm x 30 cm, em cada parte duas placas de aço com tamanho de ¼ . e a resistência elétrica de M. 

Figura 9. Montagem da chapa aquecedora  

Para a montagem das placas de aquecimento foi necessário utilizar uma barra de aço resistente cortada com peças que ajustam a resistência elétrica. Barras de aço duro foram soldadas às chapas de aço para ajustar a resistência elétrica conforme mostrado na Figura 2 e, posteriormente, foi revestida com outra chapa de aço forjado e parafusada. A Figura 3 mostra as placas de aquecimento com suas respectivas resistências elétricas após a montagem. 

Figura 10. Chapas aquecedoras montadas (Parte inferior e superior) 

Conforme mostrado na Figura 3, cada placa foi conectada a uma resistência elétrica. Posteriormente, as placas térmicas montadas foram soldadas na estrutura metálica fornecida pelo professor. As placas de aquecimento são soldadas uma na parte superior e outra na parte inferior, onde a parte inferior se moverá e funcionará com a ajuda de um macaco hidráulico. A estrutura do instrumento fornecida pelo professor é mostrada na Figura 4. 

Figura 11. Estrutura utilizada para a construção da prensa  

A estrutura de aço teve que ser alterada por não ter suporte para suportar o macaco hidráulico, então um pedaço de aço foi soldado no meio da estrutura com suporte para suportar o macaco e colocar as molas que fariam com que ele descesse completamente, o macaco hidráulico. A Figura 5 mostra uma prensa hidráulica equipada com placas de aquecimento soldadas e o local correto onde o macaco hidráulico será fixado no solo. 

Figura 12. Prensa hidráulica com as chapas aquecedoras soldadas  

Em seguida, foi colocado um macaco hidráulico de 20 toneladas com uma corrediça e duas molas. Foram necessárias duas molas, pois o macaco hidráulico utiliza o Princípio de Pascal, que diz “A pressão aplicada a um ponto de fluido em repouso é transmitida completamente a todos os pontos do fluido”, para que o macaco abaixasse completamente era necessário use uma mola em cada lado da prensa. A Figura 6 mostra uma prensa hidráulica com placa quente e molas para abaixar completamente o macaco hidráulico. 

Figura 13. Prensa hidráulica com chapa aquecedora montada com a parte mecânica completa  

Após a montagem completa da peça da máquina de prensar, foi feita a pintura, foram utilizados três sprays de tinta preta fosca. A Figura 7 mostra a prensa após a pintura. 

Figura 14. Prensa Hidráulica com chapa aquecedora montada pintada  

Após o desenho da prensa, combinou-se a parte elétrica com os elementos considerados adequados e os instrumentos de controle variável do controle de temperatura, que transfere o calor para as placas de aquecimento. A Figura 8 mostra uma prensa elétrica com uma placa quente preenchida com um componente elétrico instalado. 

Figura 15. Prensa hidráulica com chapa aquecedora com a parte elétrica,
hidráulica e mecânica instalada  

Após o projeto e desenvolvimento da prensa hidráulica de placa quente, os testes de laboratório da eficácia da prensa começaram com a produção da primeira placa Celeron. Para fazer a placa Celeron, foi necessário encontrar 2 moldes para montar as placas, e foi utilizado um molde desmoldante no molde para que as propriedades físicas da placa não se alterassem quando expostas a altas temperaturas. A Figura 9 mostra o molde montado. 

Figura 16. Molde para fabricação da placa de Celeron  

Antes de iniciar a montagem da placa, é feita a mistura de resina. Para a mistura de resina a ser utilizada foram utilizados 600 g de farinha de trigo, 600 g de resina, 600 ml de água e 30 g de sulfato de amônio, todos os componentes foram misturados em liquidificador até formar uma mistura homogênea. E, por fim, o prato foi coberto com 11 peças de tecido 100% algodão medindo 30 cm x 30 cm. A Figura 10 mostra a placa Celeron antes da compressão. 

Figura 17. Placa de Celeron antes de ser prensada 

Para continuar o processo de prensagem, a placa foi curada à temperatura ambiente no laboratório (18°C) por três dias. A Figura 11 mostra a placa Celeron após compressão a uma temperatura de 110°C. 

Figura 18. Placa de Celeron após ser prensada  

O objetivo principal da pesquisa foi o projeto e desenvolvimento de uma prensa hidráulica com placa quente para iniciar a produção das placas Celeron. Conforme explicado ao longo do caminho, o desenvolvimento da prensa foi além do dimensionamento mecânico, hidráulico e elétrico e exigiu a instalação de outros instrumentos para fornecer calor e pressão às placas Celeron e a instalação de instrumentos para controle dessas variáveis envolvidas, pois, a produção de placas de Celeron, calor e pressão é necessário um laminado forte e espesso. 

A partir do objetivo proposto, o resultado obtido foi uma prensa hidráulica com placa de temperatura eficiente, e para comprovar sua eficácia, foram realizados os primeiros testes laboratoriais da eficiência dos instrumentos de controle variável e com o objetivo de analisar a qualidade do primeiro Placas Celeron produzidas. 

Com a produção da primeira placa Celeron, observou-se com a pressão dada pelo macaco hidráulico que era possível transferir a temperatura, de forma significativa, para as placas Celeron, e foi analisado com um manômetro que a pressão exercida pelo macaco hidráulico nas placas foi de 152,7 kgf/cm2. Ou seja, foi possível analisar que o calor foi transferido de forma uniforme em toda a extensão da placa. 

A placa estava em processo de prensagem sob temperatura de 110°C por um período de 40 minutos e todo o tempo sob pressão de 152,7 kgf/cm2. Como resultado, a placa ficou com uma cor amarela. 

A partir da produção da primeira placa, foi analisado que a prensa hidráulica foi realizada com sucesso pois atingiu os objetivos e os resultados foram satisfatórios pois produziu a primeira placa Celeron com qualidade industrial. Com relação aos instrumentos instalados para o controle das variáveis e para fornecer calor e pressão à prensa foram instalados e funcionaram corretamente, tendo como resultado a placa com qualidade. 

5. Considerações Finais 

Durante o desenvolvimento deste trabalho, foram feitos cálculos para medir a potência utilizada pela mídia, e seus componentes, para analisar seus esforços, os desenhos feitos para combinar com a folha, entre outros. Conclui-se que o projeto atende as necessidades da empresa que deseja utilizar conceitos de engenharia para produzir de forma mais eficiente e produtiva, para melhorar o processo e visa reduzir o custo do produto acabado. 

A realização deste projeto permitiu a aplicação prática dos conhecimentos teóricos adquiridos no curso de engenharia mecânica. Permitiu também sentir a realidade da engenharia, para enfrentar os desafios que surgem todos os dias da indústria. Muitas coisas ainda precisam ser aprendidas e desenvolvidas e apenas anos de experiência fornecerão esse conhecimento. 

Desenvolvido o conceito de uma prensa hidráulica, o objetivo principal do trabalho foi alcançado. A proposta desenvolvida permite a criação de um modelo que leva em consideração as necessidades dos clientes e as necessidades do projeto, pensado para atender as necessidades das pequenas e médias indústrias siderúrgicas, que têm dificuldade em encontrar opções oferecidas pelo mercado devido aos altos custos. 

O trabalho de desenvolvimento do projeto conceitual para uma prensa de chapas metálicas destaca a importância de realizar outras etapas do processo de desenvolvimento do produto. A partir desse momento, a proposta é fornecer o conceito da máquina voltada para indústrias siderúrgicas de pequeno e médio porte, para que o segundo trabalho continue com o desenvolvimento através da realização do Primeiro Projeto e posteriormente do Projeto Detalhado, para completar o ciclo de desenvolvimento do produto. 

6. Referências Bibliográficas 

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