Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP 88040-970 - Florianópolis - SC - BRASIL www.emc.ufsc.br/estagiomecanica estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO 3/3 (terceiro) ORYZON INDÚSTRIA DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS LTDA. Aluno: Eduardo Felipe Ribeiro Supervisor: Felício João Silveira Orientador: Carlos Henrique Ahrens, Dr. Eng. Período: Novembro/Dezembro Joinville, 2009
Índice ATIVIDADES REALIZADAS... 3 ELEMENTOS DE FIXAÇÃO: PARAFUSOS/PORCAS... 3 COMPRESSOR RADIAL... 4 MANGUEIRAS... 5 VISÃO FINAL DO EQUIPAMENTO PROJETADO... 7 OUTRAS ATIVIDADES REALIZADAS NO PERÍODO... 9 MODELOS DE FICHA DE CONTROLE INTERNA... 9 PROJETO SENSOR DE RUPTURA PARA FIOS E CABOS... 9 CONCLUSÃO... 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 13 ANEXO... 14 2
Atividades realizadas Elementos de fixação: parafusos/porcas Para dar continuidade ao projeto do equipamento em desenvolvimento (Secador de fios e cabos), foi necessário o uso de elementos de fixação: parafusos, porcas, etc. No entanto, observou-se que nenhum parafuso neste equipamento estará sujeito a grandes cargas. Por isso, quando da escolha dos elementos, ao estagiário tornou-se complicada a escolha entre diferentes modelos, marcas, classes, tipos de materiais, revestimentos, etc, do que os cálculos propriamente ditos. Em virtude das vibrações que serão provocadas por um componente do equipamento (um compressor radial), é interessante utilizar-se de formas para impedir o afrouxamento dos parafusos. SCHRÖCK descreve duas formas de meios de segurança que impeçam o afrouxamento dos parafusos: aqueles que atuam por arraste de força entre as duas superfícies, e os que atuam por arraste de forma. A Figura 1 mostra a quantidade de elementos disponíveis que operam por arraste de força. Após análise de projetos anteriores, de estoque e principalmente de custo, foram escolhidas as opções a (DIN 127 arruela de pessão) e h (contra-porca). Vale ressaltar que, os parafusos passantes são presos na porca, enquanto aqueles não passantes, pela cabeça. Figura 1 - Dispositivos de segurança para parafusos (arraste de força). Fonte: [1] A grande quantidade de parafusos de pequeno diâmetro fez optar pela DIN 127, e buscou-se também a padronização dos diâmetros de parafusos ao longo do equipamento. Na Figura 2, pode-se ver um detalhe da localização do conjunto parafuso arruela de pressão. 3
Figura 2 - Detalhe do parafuso Compressor Radial O princípio de funcionamento deste aparelho reside na coluna de vácuo que proporcionará a retirada do filme de água disperso sobre a superfície do fio através da sucção do mesmo. Para tanto, é necessário especificar um produto que atenda este fim. A experiência da empresa em equipamentos anteriores, já testados, foi essencial para este fim. A escolha recai sobre um compressor radial. Este produto pode operar tanto produzindo pressão ou vácuo e possui na indústria as mais diversas aplicações. É empregado em tanques para galvanoplastia, transporte pneumático, colchões de ar, aspiradores de pó e cavaco, etc [3]. Sua principal característica é a alta vazão, em detrimento da pressão, que pode ser observada com o exemplo das curvas de desempenho de compressores radiais da fabricante IBRAM, mostrada na Figura 3. Figura 3 - Curva de desempenho - Compressor Radiais série CR. Extraído de http://www.ibram.ind.br/catalogo_ibram.pdf 4
Nesta situação, a área final é relativamente grande (pelo pequeno diâmetro do fio e sua alta velocidade). A necessidade da alta vazão é evidente. Por outro lado, coube ao projeto minimizar as perdas de carga de modo a adequá-lo à pequena pressão fornecida, com a redução do comprimento das mangueiras, menor quantidade de conexões, etc. Uma característica negativa deste equipamento é o alto nível de ruído, variando de 60 a 84 db. Dentre os equipamentos da linha de extrusão, produzirá um dos maiores níveis de ruído, superando os motores elétricos, bombas hidráulicas, etc. De modo a evitar este fato, o fabricante do componente oferece como acessórios supressores de ruído para a saída de ar. No entanto, no caso deste equipamento, o fato de acoplar-se um separador de ar/água após o compressor impossibilitará a instalação deste acessório. Espera-se uma atenuação significativa nos níveis de ruído em virtude do separador. Mangueiras As mangueiras de entrada de ar-comprimido e aquelas de descarga de água foram apenas dimensionadas no projeto, de acordo com o volume necessário de entrada e a previsão de volume de saída, respectivamente. No entanto, a aquisição e instalação destes componentes ficará a encargo do cliente, sendo especificadas no manual do equipamento. Por outro lado, as mangueiras de conexão compressor radial/equipamento e compressor/separador ar-água devem ser dimensionadas e montadas na produção. Especial cuidado deve ser tomado com o dimensionamento das mangueiras, principalmente daquelas submetidas a vácuo, pela resistência necessária. Uma vez que diversos equipamentos fabricados pela empresa Oryzon utilizam vácuo (banheiras de calibração, etc), o almoxarifado da empresa possui alguma diversidade de estoque destes itens. Procurou-se trabalhar com produtos deste estoque, desde que sendo adequados aos requisitos de projeto. Para a conexão entre o Compressor e o Equipamento, foi selecionada a mangueira modelo S-470 da fabricante italiana Alfagomma, fabricada em PVC Cristal com reforço interno de arame de aço. A Tabela 1 mostra as características técnicas e a Figura 4 mostra a imagem do produto. A partir desta tabela, estima-se que a mangueira resiste a uma coluna de vácuo de até 3,4 bar (85% da pressão de trabalho). Uma vez que a coluna de vácuo máxima gerada pelo compressor radial é de 2100mmH20 ( 0,20 bar), este componente está 5
sobre-dimensionado. No entanto, de modo a aproveitar o estoque, a escolha deste componente foi indicada. Tabela 1 - Características técnicas mangueira S-470 Extraído de http://www.alfagomma.com Figura 4 - Mangueira S-470 Alfagomma. Extraído de http://www.alfagomma.com Ainda com relação à mangueira, a disposição inicial dos acessórios do equipamento foi adaptada de acordo com as recomendações do fabricante da mangueira quanto a sua instalação. Os seguintes preceitos foram seguidos, podem ser visualizados na Figura 5: a)deve ser deixada folga suficiente para a contração ou expansão da mangueira quando esta for submetida à pressão/vácuo (alteração de até +2% a -4% no comprimento); b) conexões de ângulo devem ser usadas ao invés de instalação com dobras na mangueira; c) nunca utilizar raio mínimo inferior ao recomendado pelo fabricante. De posse destes conceitos, a disposição pensada inicialmente para os acessórios ficou comprometida. Esta foi repensada e a disposição final adotada está representada na Figura 6. 6
Figura 5 - Recomendações de instalação para mangueiras sob pressão. Extraído de [2] Figura 6 - Disposição do compressor radial em relação ao equipamento Visão Final do Equipamento Projetado A Figura 7 apresenta o resultado desta concepção de equipamento. Na Figura 8, consta o documento de projeto (desenho de montagem) do mesmo. A relativa simplicidade do produto omite a quantidade de itens inseridos no mesmo. São mais de 10 sub-conjuntos a serem fabricados internamente e demais itens de almoxarifado, contabilizando quase 50 itens, excluídos os sub-itens das sub-montagens. 7
Figura 7 - Visão geral do equipamento Figura 8 - Desenho de montagem do equipamento Para preparar os desenhos, foram seguidas as normas editadas pela ABNT (NBR 8196, 8402-8404, 8993, 10067, 10068, 10126, 10582 e 10647) [4]. Para a especificação dos componentes, utilizaram-se o código interno da empresa, a descrição e a especificação dimensional condizentes com a norma vigente ou critérios dos fornecedores. Para componentes de fixação, por exemplo, estes foram associados às normas DIN correspondentes. Por outro lado, para as conexões em ferro fundido, foram utilizadas as especificações do fornecedor TUPY, apesar destas seguirem as normas NBR 6943, ISSO 49 e EN 10242 [5]. 8
Outras atividades realizadas no período Modelos de Ficha de Controle Interna Observando a usinagem de algumas peças, internas à fábrica, o estagiário propôs a criação de uma ficha de controle interna para registro de peças inutilizadas. Controle e documento similar já havia na empresa, porém com uma discriminação muito menor do ocorrido. A ficha, presente no Anexo I, pede a indicação da ocorrência (qual falha), e dá indicativos para o motivo da falha. Com estes dados, reunidos a cada ocorrência, há a possibilidade de levantamento semanal, mensal, anual, corrigindo as falhas com maior prontidão e objetividade. Projeto Sensor de Ruptura para Fios e cabos Numa linha de extrusão de fios e cabos, a velocidade de extrusão sofre apenas pequenas variações, podendo ser considerada uma constante. Neste processo produtivo, os cabos são armazenados em bobinas, sendo enrolados a medida que são revestidos pelos diversos polímeros. Quando o diâmetro dos cabos enrolados na bobina aumenta a medida que maior volume é lá acondicionado. Isto geraria uma variação na velocidade periférica. Por não ser econômico variar constantemente a velocidade de extrusão, utiliza-se do aumento ou redução da velocidade de rotação da bobina, de acordo com a necessidade, para compensar a variação no diâmetro e manter as velocidades constantes. Uma das formas de compensar essas variações é atuar na bobina a parte de medições da tensão do fio. Se a velocidade de bobinamento for elevada, maior será a tensão no fio. Para medir estas grandezas, é utilizado o Sensor de Ruptura, similar ao da Figura 9. Ele converte, por meio do braço de alavanca, a informação de tensão no cabo em sinal elétrico a ser atuado na velocidade radial da bobina. 9
Figura 9 - Sensor para Fios e cabos. Extraído de [6]. Pesos posicionados ao longo de um braço de alavanca fazem com que uma força constante seja aplicada sobre o fio. Um movimento do rodízio para cima indica uma tensão mais elevada no fio, enquanto um movimento do rodízio para baixo indica uma menor tensão. Um sensor indutivo transforma a variação mecânica (maior ou menor aproximação) em sinal elétrico com saída entre -5V e +5V, que irá acelerar ou frear a bobina na qual o cabo é enrolado. Pela simplicidade do equipamento, necessidade de confiabilidade e o ambiente corrosivo ao qual será exposto, a concepção inicial citava como material de construção mecânico o aço inox AISI 304. No entanto, uma propriedade muito característica do inox, sua leveza, impossibilitou a utilização deste material. O dispositivo sempre deve exercer força sobre o cabo, de modo a validar sua sensibilidade. Para chegar nas medidas finais, foram analisadas diversas possibilidades construtivas, a partir do destino final do produto, com AISI 304 e 1020. Um resumo das posições citadas pode ser observado na Figura 10. Obtidas com este método, as dimensões mais apropriadas ao equipamento, procedeu-se com o projeto. A Figura 11 apresenta grande parte do corpo do equipamento finalizada. 10
Figura 10 - Diagrama para diferentes situações Figura 11 - Sensor de ruptura 11
Conclusão Apesar de não acompanhar a construção do equipamento projetado, o estagiário adquiriu conhecimentos numa série de pequenas áreas, além do foco principal da empresa. Poder relacionar os conhecimentos adquiridos na faculdade com as perspectivas de mercado, as escolhas baseadas em política de preços de fornecedores, etc. também foi de grande importância para o estagiário. O projeto de máquinas e equipamentos é uma atividade complexa, que requer uma série de conhecimentos, mas principalmente, experiência e prática. O conhecimento das soluções existentes, das soluções de mercado e dos fornecedores é fundamental. No entanto, a realização do desenvolvimento, desde a necessidade, a concepção, até o desenho técnico final, é gratificante. A oportunidade de estar em contato com outras áreas que não aquela escolhida para o estágio também foi muito importante. A diversidade de atividades relacionadas a engenharia mecânica desenvolvidas dentro da fábrica, foi de grande valia. 12
Referências Bibliográficas 1. SCHRÖCK, Joseph. Montaje ajuste verificación de elementos de máquinas. Editorial Reverté, S.A. Barcelona, 1965. 2. Assembly Installation. Engineering Data. Alfagomma, sem data. 3. http://www.aeromack.com.br/pt/compressor_radial.html 4. ABNT. Coletânea de normas de desenho técnico. São Paulo, SENAI-DTE-DMD, 1990. 5. http://www.tupy.com.br/portugues/produtos/conexoes_normas_bsp.php 6. PUISSANT, Stéphan. Lignes d extrusion em câblerie Étapes de fabrication. Editions T.I., 2008. 13
Anexo 14