INTRODUÇÃO AO PROJETO DE MÁQUINAS

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Curso de Engenharia Industrial Madeireira ELEMENTOS ORGÂNICOS DE I AT-096 Dr. Alan Sulato de Andrade alansulato@ufpr.br 1

2 CONCEITO: "Projeto é um empreendimento planejado que consiste num conjunto de atividades interrelacionadas e coordenadas, com o fim de alcançar objetivos específicos dentro dos limites de um orçamento e de um período de tempo dados." NATUREZA DOS PROJETOS: Há uma grande diversidade de projetos: Projetos de Pesquisa; Projetos de Extensão; Projetos de Ensino; Projetos Industriais; Projetos de Máquinas; Projetos de Elementos de Máquinas; 2

3 INTRODUÇÃO: Projeto é um instrumento fundamental para qualquer atividade de mudança e/ou geração de produtos, serviços e informações. Eles podem envolver desde uma única pessoa a até milhares de pessoas organizadas em times e ter a duração de alguns dias ou vários anos. Exemplo de projetos de curto e longo desenvolvimento. 3

4 CARACTERÍSTICAS: Um projeto pode ser considerado como um empreendimento, onde deve apresentar início e fim definidos. O projeto normalmente utiliza recursos limitados e é conduzido por pessoas, visando atingir metas e objetivos pré-definidos estabelecidos dentro de parâmetros de prazo, custo e qualidade. CARACTERÍSTICAS: O projeto pode ser definido por características distintas como temporário, único e progressivo. A característica de ser temporário é muito importante, pois todo projeto tem um início e um fim definidos. O projeto termina quando os objetivos para o qual foi criado são atingidos ou quando se torna claro que os objetivos do projeto não serão ou não poderão mais ser atingidos ou a necessidade do projeto não existe mais. 4

5 CARACTERÍSTICAS: Ser único significa que todo produto, serviço ou informação gerados por um projeto é diferente de outros, ou seja, a realização de algo jamais realizado anteriormente. Um projeto é progressivo porque à medida que é mais bem compreendido, ele é progressivamente elaborado, ou seja, maior é o detalhamento das características peculiares que o distinguem como único. Pente, Reator por Fusão Nuclear, VW Gol Exemplos de projetos temporários, únicos e progressivos. 5

6 Expansão de unidade fabril. ARACRUZ CELULOSE, Linhas A,B e C KLABIN Unidade Monte Alegre, Telêmaco Borba, PR Projeto MA

7 CARACTERÍSTICAS: Um projeto para ser executado precisa ser gerenciado. O ato de gerenciar consiste em executar atividades e tarefas que têm como propósito planejar e controlar atividades de outras pessoas para atingir objetivos que não podem ser alcançados caso as pessoas atuem por conta própria, sem o esforço sincronizado dos subordinados. CARACTERÍSTICAS: Desta forma o gerenciamento de projetos consiste na aplicação de conhecimentos, habilidades, ferramentas e técnicas para projetar atividades que visem atingir os requisitos do projeto. Para facilitar o gerenciamento do projeto ele deve ser dividido em fases que constituem seu ciclo de vida. 7

8 CARACTERÍSTICAS: O ciclo de vida do projeto serve para definir o início e o fim do projeto e definem qual o trabalho (atividade) deve ser realizado em cada fase (ou etapa) e quem deve estar envolvido. Ele descreve o conjunto de processos que devem ser seguidos para que o projeto seja bem gerenciado. PROJETO DE : Desenvolvimento de uma máquina que funcione adequadamente, levando em consideração os requisitos de segurança, confiabilidade, custos e tempo de execução do projeto. 8

9 PROJETO DE : Cabe aos engenheiros definir, calcular os movimentos, forças e mudanças de energia de modo a determinar as dimensões, as formas e os materiais necessários para cada uma das peças (elementos de máquinas) que integram o dispositivo. Esta na verdade seria a essência do Projeto de Máquinas. : Dentre as várias definições, podem ser consideradas como aparato que consiste em unidades interrelacionadas (elementos de máquinas), ou dispositivo que modifica a força ou movimento. 9

10 a) b) Exemplos típicos de máquinas. a) unidades inter-relacionadas b) dispositivo que modifica a força ou movimento. FORMULAÇÃO DE PROJETOS: Um projeto surge em resposta a um problema concreto. Elaborar um projeto é, antes de mais nada, contribuir para a solução de problemas, transformando IDÉIAS em AÇÕES. O documento chamado projeto é o resultado obtido ao se "projetar" tudo o que é necessário para o desenvolvimento de um conjunto de atividades a serem executadas: quais são os objetivos, que meios serão buscados para atingi-los, quais recursos serão necessários, onde serão obtidos e como serão avaliados os resultados. 10

11 FORMULAÇÃO DE PROJETOS: A organização do projeto em um documento nos auxilia a sistematizar o trabalho em etapas a serem cumpridas, compartilhar a imagem do que se quer alcançar, identificar as principais deficiências, a superar e apontar possíveis falhas durante a execução das atividades previstas. Desta forma a qualidade na formulação de um projeto reflete muito bem o nível científico e tecnológico do grupo de pessoas envolvidas na sua elaboração. METODOLOGIA DE PROJETOS: 1. Identificação das necessidades, 2. Pesquisa de suporte, 3. Definição dos objetivos, 4. Especificação das tarefas, 5. Síntese, 6. Análise, 7. Seleção, 8. Projeto detalhado, 9. Protótipo e teste, 10. Produção, 11

12 FORMULAÇÃO DE PROJETOS: 1. Identificação das necessidades: Consiste em uma exposição mal definida e vaga do problema. 2. Pesquisa de suporte: Consiste na definição e compreensão completa do problema. 3. Definição dos objetivos: Definir a utilidade de forma realista do problema. 4. Especificação das tarefas: Criação de um conjunto detalhado das tarefas que limitam o alcance do projeto. FORMULAÇÃO DE PROJETOS: 5. Síntese: Busca de tantas alternativas de projeto quanto possíveis, sem considerar geralmente seu valor ou qualidade. 6. Análise: Análise das alternativas levantadas anteriormente, estas podem ser aceitas, rejeitadas ou modificadas. 7. Seleção: A solução mais promissora é aceita. 12

13 FORMULAÇÃO DE PROJETOS: 8. Projeto detalhado: Nesta etapa todos os pontos são unidos, confecção de croquis, fornecedores identificados, especificações de fabricação definidos. 9. Protótipo e teste: A construção real do projeto é feita pela primeira vez nesta etapa, onde sua performance é testada. 10. Produção: Nesta etapa, após ser assegurada a qualidade, durabilidade e confiabilidade o produto ou equipamento é produzido em quantidade. FORMULAÇÃO DE PROJETOS: Este modelo é apenas uma proposta, sendo que em algumas situações a metodologia apresentada pode não funcionar de maneira linear. Nestas situações existe a necessidade de realizar iterações. Estas consistem em voltar ou repetir um determinado estágio anterior. 1º Iteração 2º Iteração

14 FORMULAÇÃO DE PROJETOS: Desafio 1: Propor uma formulação de projeto visando a modificação do tipo de combustível e sistema de alimentação em um gerador de vapor (caldeira). Gases de exaustão Vapor Combustível Atual: Óleo BPF Água Ar Combustível FORMULAÇÃO E CÁLCULO DO PROJETO: É extremamente importante para todo engenheiro desenvolver bons e cuidadosos hábitos em todas etapas do projeto, pois solucionar problemas complicados exige uma abordagem organizada. O profissional deve manter registros e documentações das hipóteses levantadas e decisões tomadas de modo que o processo de raciocínio do projetista possa ser reconstruído posteriormente se for necessário um reprojeto. 14

15 FORMULAÇÃO E CÁLCULO DO PROJETO: Outro procedimento sugerido para o projetista é mostrado na seqüência. Definir o problema Declarar os dados Elaborar hipóteses Decisões preliminares Croquis do projeto Modelos matemáticos Análise do projeto Avaliação Documentar resultados Produção e montagem Estágio de Definição Estágio Preliminar Estágio Detalhado Estágio da Documentação Estágio da Produção e Montagem ESTÁGIO DE DEFINIÇÃO: Num livro de registro do projeto, é definido o problema de maneira clara mediante um relatório. Os dados de uma determinada tarefa devem ser claramente relacionados, acompanhados pelo registro das hipóteses feitas pelo projetista. Isto visa delimitar o problema mediante as informações. 15

16 PROJETO PRELIMINAR: Uma vez que as delimitações sejam definidas, algumas decisões preliminares do projeto devem ser tomadas para se prosseguir. As razões e justificativas dessas decisões devem ser documentadas. Um exemplo seria a determinação de um determinado material que comporia um elemento, porém mediante uma análise preliminar, detectou-se que existe a necessidade de se modificar este material. Normalmente 90% das características de um projeto podem ser determinadas nos primeiros 10% do tempo total do projeto. PROJETO PRELIMINAR: Neste estágio, o projeto deve ser documentado através de croquis (manuais). Deve constar informações fundamentais, mesmo que aproximadas de dimensões, materiais entre outros. Parte A Componente B 16

17 PROJETO DETALHADO: Com um rumo de projeto estabelecido, pode-se criar um ou mais modelos (matemáticos) de engenharia do elemento ou sistema para podermos analisá-lo. Nestes constam informações de carregamento, momentos, torques, tensões entre outros visando a avaliação e comparação com as propriedades dos materiais de engenharia escolhidos. Neste ponto toma-se a decisão de perseguir com o projeto ou iterar para encontrar uma solução melhor retornando a uma etapa anterior. PROJETO DETALHADO: Exemplo de modelos matemáticos visando a determinação da distribuição das tensões em diversas áreas dos elementos que compõem uma máquina. 17

18 PROJETO DETALHADO: DOCUMENTAÇÃO DO PROJETO: Uma vez realizando tantas iterações quantas forem necessárias para se atingir resultados satisfatórios, a documentação do projeto ou elemento de máquina deverá ser completada na forma de desenhos de engenharia detalhados, especificações dos materiais e da fabricação. 18

19 PRODUÇÃO E MONTAGEM: Após todas as etapas, podemos selecionar os processos e iniciar a construção dos elementos ou dispositivos complexos. COEFICIENTES DE SEGURANÇA: O engenheiro responsável pelo projeto de elementos estruturais ou mecânicos deve restringir a tensão do material a um nível seguro, portanto, deve usar uma tensão segura ou admissível. 19

20 COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Consiste na relação entre a carga de ruptura e a carga admissível. Podem ser considerados como reserva estratégica. Coeficientes de segurança são empregados para prevenir incertezas quanto a propriedades dos materiais, esforços aplicados, variações, etc. Depende então de uma série de requisitos, entre os principais o tipo de carregamentos e o modo de utilização. COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Coeficiente de segurança ou fator de segurança é adimensional N. Porém sempre maior que 1 a fim de evitar maior possibilidade de falha. Valores específicos dependem dos tipos de materiais usados e da finalidade pretendida da estrutura ou máquina. Ex.: Avião comercial N=1,2 a 1,5 Avião militar N=<1,1 Mísseis N=1 Bicicletas e carros? Para alguns N=10 seria suficiente? 20

21 COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Deve suprir possíveis sobre-utilizações ou falhas de projeto COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Fatores normalmente utilizados como coeficientes de segurança: Propriedades dos materiais disponíveis a partir de testes: (F1) Material realmente utilizado N=1,3 Dados representativos de testes do material estão disponíveis em bibliografia N=2 Dados razoavelmente representativos de testes N=3 Dados insuficientes N=5+ 21

22 COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Fatores normalmente utilizados como coeficientes de segurança: Condições ambientais nos quais será utilizado: (F2) Idênticas aos testes N=1,3 Essencialmente igual ao ambiente de um laboratório comum N=2 Ambiente moderadamente desafiador N=3 Ambiente extremamente desafiador N=5+ COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Fatores normalmente utilizados como coeficientes de segurança: Modelos analíticos para forças de tensões: (F3) Testados em experimentos N= 1,3 Representam precisamente o sistema N= 2 Representam aproximadamente o sistema N= 3 Aproximações grosseiras N= 5+ 22

23 COEFICIENTES DE SEGURANÇA: N materiais dúctil: N MAX (F1, F2, F3) N materiais frágil: N 2* MAX (F1, F2, F3) NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA: A escolha do coeficiente de segurança é uma tarefa de responsabilidade. Valores muito altos significam, em geral, custos desnecessários e valores baixos podem provocar falhas de graves conseqüências. Porém o domínio total do assunto é atingido somente quando o engenheiro possuir grande experiência. ACHAR PONTO IDEAL ENTRE : QUALIDADE X CUSTO X SEGURANÇA 23

24 NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA: Muitas associações de engenharia e agências governamentais desenvolveram normas para áreas específicas de projetos de engenharia. A maior parte delas são apenas recomendações, mas algumas têm força de lei. ANSI Instituto Americano de Normas ASME Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos SAE Sociedade dos Engenheiros Automotivos. ISO Organização internacional de Normas ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas- CB S COEFICIENTES DE SEGURANÇA: Desafio 2: Estabeleça os coeficiente de segurança a ser empregados nas seguintes situações: F1-Estrutura de madeira em Pinus, Eucalyptus e uma espécie amazônica até então desconhecida. F2-Disco de serra para o desdobro de peças de madeira. Utilização doméstica e industrial para madeiras de diferentes classes de densidade. F3-Vazo de pressão para branqueamento (Etapas O, Z, P ou D) de polpa celulósica. F1-F2-F3-Eixo de transmissão de potência em uma máquina utilizada na industria madeireira. 24

25 NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA: Desafio 3: Buscar 3 normas da ABNT que seriam pertinentes ao dimensionamento de componentes mecânicos Listando o CB, número da norma e um breve resumo. NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA: Projetar com consciência e competência! Pois a responsabilidade sempre será sua! 25