INTRODUÇÃO Movimentação de materiais é a arte e a ciência do fluxo de materiais, envolvendo a embalagem, movimentação e estocagem. Levando somente em conta o transporte dos mesmos, pode-se afirmar que geralmente é uma tarefa que demanda grande esforço. O desenvolvimento e aprimoramento das máquinas de transporte tem por objetivo promover a redução de custos, um aumento da capacidade produtiva e a melhoria das condições de trabalho. A redução de custos será realizada através da minimização da mão-deobra pela implantação de equipamentos mecânicos substituindo o trabalho braçal, exigindo menos esforço físico e reduzindo os tempos de deslocamento assim como os custos referentes aos materiais, pela melhor estrutura de acondicionamento e uma movimentação mais eficaz diminuindo o índice de perdas. Já o aumento da produção será conseqüência de uma racionalização dos processos de movimentação e estoque, o que permitirá maior rapidez na chegada dos materiais até as linhas de produção assim como permitirem um melhor acondicionamento do produto e uma máxima utilização do espaço na área de estocagem, com liberação de área produtiva e também um sistema de armazenagem mais eficiente. A escolha dos equipamentos específicos para cada tipo de material a ser transportado pode contribuir para uma melhor execução desta tarefa. Com o avanço tecnológico e a necessidade de otimização do tempo industrial (pela automação dos processos) verifica-se que equipamentos mais modernos e sofisticados são introduzidos no mercado, e a escolha dos mesmos depende de muitas variáveis, como o custo, o produto a ser manuseado, a necessidade de mão-de-obra especializada e espaço fabril disponível. Com a utilização de máquinas para a movimentação de materiais, obtém-se maior segurança no ambiente de trabalho, fazendo com que o risco de acidentes de trabalho com funcionários fique reduzido. Outro benefício aparente é a redução da fadiga, já que à medida que o homem emprega a máquina para realizar o serviço pesado e de risco, seu esforço braçal é praticamente eliminado. Ao mesmo tempo, aqueles que continuam trabalhando em serviços de transporte e armazenagem, trabalham com muito mais conforto, já que a máquina fará o esforço físico despendido pelo homem. homem. Neste trabalho, abordaremos os principais equipamentos utilizados na movimentação de materiais, ressaltando suas classificações e aplicações no meio industrial.
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1. SISTEMAS DE MOVIMENTAÇÃO MOVIM ENTAÇÃO DE MATERIAIS Existe no mercado uma ampla variedade de máquinas de transportes de materiais, as quais diferem em tamanho, volume e forma de aplicação. Diversas classificações para essas máquinas são encontradas na literatura, porém, podemos dividi-las em quatro sistemas básicos, conforme a atividade funcional que neles será aplicado: sistemas de transportadores contínuos, sistemas de transportadores descontínuos, veículos industriais e equipamentos de elevação e transferência. 1.1. SISTEMAS DE TRANSPORTADORES TRANSPORTADORES CONTÍNUOS São mecanismos destinados ao transporte de granéis e volumes em percursos horizontais, verticais ou inclinados, fazendo curvas ou não e com posição de operação fixa. São formados por um leito, onde o material desliza em um sistema de correias ou correntes sem fim acionadas por tambores ou polias. São utilizados onde haja grande fluxo de material a ser transportado em percursos fixos. Podem-se citar como exemplos os seguintes sistemas: siste mas: •
Esteiras transportadoras: São equipamentos de ampla aplicação, podem ser de correia, fita ou de tela metálica utilizadas geralmente para grandes quantidades de material. As fitas metálicas podem ser feitas de aço carbono, aço inoxidável e aço revestido por borracha. Nas esteiras o ângulo máximo de inclinação é função das características do material (entre 20 e 35°). As esteiras transportadoras apresentam a desvantagem de possuir uma pequena flexibilidade na trajetória. trajetór ia.
Figura 1.1 – Esteira transportadora.
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1. SISTEMAS DE MOVIMENTAÇÃO MOVIM ENTAÇÃO DE MATERIAIS Existe no mercado uma ampla variedade de máquinas de transportes de materiais, as quais diferem em tamanho, volume e forma de aplicação. Diversas classificações para essas máquinas são encontradas na literatura, porém, podemos dividi-las em quatro sistemas básicos, conforme a atividade funcional que neles será aplicado: sistemas de transportadores contínuos, sistemas de transportadores descontínuos, veículos industriais e equipamentos de elevação e transferência. 1.1. SISTEMAS DE TRANSPORTADORES TRANSPORTADORES CONTÍNUOS São mecanismos destinados ao transporte de granéis e volumes em percursos horizontais, verticais ou inclinados, fazendo curvas ou não e com posição de operação fixa. São formados por um leito, onde o material desliza em um sistema de correias ou correntes sem fim acionadas por tambores ou polias. São utilizados onde haja grande fluxo de material a ser transportado em percursos fixos. Podem-se citar como exemplos os seguintes sistemas: siste mas: •
Esteiras transportadoras: São equipamentos de ampla aplicação, podem ser de correia, fita ou de tela metálica utilizadas geralmente para grandes quantidades de material. As fitas metálicas podem ser feitas de aço carbono, aço inoxidável e aço revestido por borracha. Nas esteiras o ângulo máximo de inclinação é função das características do material (entre 20 e 35°). As esteiras transportadoras apresentam a desvantagem de possuir uma pequena flexibilidade na trajetória. trajetór ia.
Figura 1.1 – Esteira transportadora.
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Figura 1.2 – Esteira transportadora. Exemplo de aplicação
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Transportadores de roscas: São indicados para a movimentação de materiais pulverizados não corrosivos ou abrasivos. Utilizados em silos, moinhos, indústria farmacêutica, etc. O transporte é feito através da rotação do eixo longitudinal do equipamento.
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Figura 1.3 – Transportadores de roscas. r oscas. •
Transportadores magnéticos: Utilizados para a movimentação de peças e recipientes de ferro e aço. Consiste em duas faixas de ferro magnetizadas por ímãs permanentes colocados na parte posterior de um transportador de fita, com um pólo em cada faixa, assim, o material ferroso é conduzido e atraído simultaneamente, podendo seguir em trajetórias verticais e horizontais, ser virado, freando, etc. Vantagens: é silencioso, requer pouco espaço e manutenção, trabalha até embaixo d’água. Desvantagens: só transporta materiais ferrosos.
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Transportadores pneumáticos: Utilizados para transporte de materiais granulados em silos, moinhos e portos. Constituem-se em um conjunto de tubulações e de um sistema motor que produz a corrente de ar. Vantagens: funcionam em qualquer tipo de trajeto, vedação completa, requer pouco espaço, baixos custos de manutenção. Desvantagens: somente utilizado para materiais mater iais de pequena granulometria e não abrasivos.
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Transportadores de roletes livres: Não há mecanismo de acionamento (somente a força da gravidade ou manual). É um sistema de transporte econômico, não há manutenção, permite o transporte de todos os materiais não a granel. A superfície de fundo do material deve ser dura e plana e no mínimo 3 roletes devem estar agindo simultaneamente sobre a carga.
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Figura 1.4 – Transportadores de roletes livres.
Figura 1.5 – Transportadores de roletes livres. Utilização em curva.
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Figura 1.6 – Transportadores de roletes livres. Utilização em concorrência. •
Transportadores de correntes: Evita problemas de contaminação permite o aproveitamento do espaço aéreo, gasto inicial e manutenção baixos.
1.2. SISTEMAS DE TRANSPORTADORES DESCONTÍNUOS São feitos para locais onde a área é elemento crítico. Tratam-se de máquinas que funcionam em ciclos defasados no tempo (carga, transporte e descarga) e que possuem mobilidade segundo dois ou três eixos num espaço restrito. A ponte rolante é o equipamento mais utilizado entre todos. •
Pontes rolantes: Viga suspensa sobre um vão livre, que roda sobre dois trilhos. São empregadas em fábricas ou depósitos que permitem o aproveitamento total da área útil (armazenamento de ferro para construção, chapas de aço e bobinas. Recepção de carga de grandes proporções e peso). Vantagens: elevada durabilidade, movimentam cargas ultrapesadas, carregam e descarregam em qualquer ponto, posicionamento aéreo. Desvantagens: exigem estruturas, investimento elevado, área de movimentação definida.
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Figura 1.7 – Ponte rolante.
Figura 1.8 – Ponte rolante. Exemplo de aplicação.
•
Stacker Crane: Consiste numa torre apoiada sobre um trilho inferior e guiada por um trilho superior. Pode ser instalada em corredores com menos de 1 metro de largura e
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algumas torres atingem até 30m de altura. Exige alto investimento, mas ocasiona uma grande economia de espaço.
Figura 1.9 – Stacker Crane. Exemplo de aplicação 1.
Figura 1.10 – Stacker Crane. Exemplo de aplicação 2.
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•
Pórticos: São vigas elevadas e auto-sustentáveis sobre trilhos. Possuem sistema de elevação semelhante ao das pontes rolantes. Os pórticos são utilizados no armazenamento em locais descobertos. Vantagens: maior capacidade de carga que as pontes rolantes, não requer estrutura. Desvantagens: menos seguro, interfere com o tráfego no piso e é mais caro.
Figura 1.11 – Pórticos. Exemplo de aplicação 1.
Figura 1.12 – Pórticos. Exemplo de aplicação 2.
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•
Monovias: São dispositivos para elevação de cargas em indústrias ou depósitos, formados por uma única linha ou trilho, normalmente horizontal. São suspensos por pilares, onde sobre o trilho corre um carrinho equipado com uma talha operada por um sistema elétrico, pneumático ou manual com roldanas e cabos, ou engrenagens que reduzem o esforço de elevação da carga, permitindo suspendê-la com a força do braço ou de um pequeno motor. Esse sistema de monovia difere da ponte rolante por cobrir uma só linha ao invés de permitir translação nos três eixos.
Figura 1.13 – Monovia.
Figura 1.14 – Monovia. Exemplos de aplicação.
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1.3. VEÍCULOS INDUSTRIAIS São equipamentos, motorizados ou não, usados para movimentar cargas intermitentes, em percursos variáveis com superfícies e espaços apropriados, onde a função primária é transportar e/ou manobrar. São utilizados tanto junto ao processo de produção como no de armazenagem para não só transportar cargas, mas também colocá-las em posição conveniente. Sua principal característica é a flexibilidade de percurso e de carga e descarga. •
Carrinhos: São os equipamentos mais simples. Consistem em plataformas com rodas e um timão direcional. Possuem vantagens como baixo custo, versatilidade, manutenção quase inexistente. Desvantagens: capacidade de carga limitada, baixa velocidade e produção, exigem mão-de-obra.
•
Palleteiras: Carrinhos com braços metálicos em forma de garfo e um pistão hidráulico para a elevação da carga (pequena elevação). As palleteiras podem ser motorizadas ou não.
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Empilhadeiras: Podem ser elétricas ou de combustão interna (verificar ventilação). São usadas quando o peso e a distância são maiores (se comparadas com o carrinho). As mais comuns são as frontais de contrapeso. Vantagens: livre escolha do caminho, exige pouca largura dos corredores, segurança ao operário e à carga, diminui a mãode-obra. Desvantagens: retornam quase sempre vazias, exige operador especializado, exige paletização de cargas pequenas.
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Figura 1.15 – Empilhadeira.
Figura 1.16 – Empilhadeira. Exemplo de aplicação.
•
AGV (Automated Guided Vehicles): São utilizados desde 1950 podendo carregar até 100 toneladas. Os AGVs modernos são controlados por computador, possuindo microprocessadores e gerenciadores de sistema que podem até emitir ordens de transporte e recolher ou descarregar cargas automaticamente. Existem diversos modelos, com os mais variados tipos de sensores e até por rádio freqüência. As desvantagens desse sistema são o custo e manutenção elevados. 14
Figura 1.17 – AGV (Automated Guided Vehicle).
Figura 1.18 – AGVs. Exemplos de aplicação.
1.4. EQUIPAMENTOS DE ELEVAÇÃO E TRANSFERÊNCIA São equipamentos destinados a mover cargas variadas para qualquer ponto dentro de uma área fixa, onde a função principal é transferir. São aplicados onde se deseja transferir materiais pesados, volumosos e desajeitados em curtas distâncias dentro de uma fábrica. 15
•
Guindastes: Usados em pátios, construção pesada, portos e oficinas de manutenção. O veículo pode ser motorizado ou não. Opera cargas não paletizadas, versátil, alcança locais de difícil acesso mas apresenta a desvantagem de exigir espaço e ser lento.
•
Talhas: Partes integradas de máquinas transportadoras, operadas por um sistema elétrico, pneumático ou manual com roldanas, cabos e engrenagens. São utilizadas em pontes rolantes, stacker cranes e monovias para realizar o movimento de elevação da carga.
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Plataformas de carga e descarga: Utilizadas no recebimento e na expedição de mercadorias, facilitando o trabalho. Geralmente são fixas.
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Mesas e plataformas hidráulicas: Usadas basicamente na elevação da carga geralmente em conjugação com outro equipamento ou pessoa. Pontes rolantes, stacker cranes, pórticos e monovias, classificados nos sistemas de
transportadores descontínuos, também podem ser encaixados nessa classe de equipamentos de elevação e transferência. O manuseio ou a movimentação interna de produtos e materiais significa transportar pequenas quantidades de bens por distâncias relativamente pequenas, quando comparadas com as distâncias na movimentação de longo curso executadas pelas companhias transportadoras. É atividade executada em depósitos, fábricas e lojas, assim como no transbordo entre tipos de transporte. Seu interesse concentra-se na movimentação rápida e de baixo custo das mercadorias (o transporte não agrega valor e é um item importante na redução de custos). Métodos e equipamentos de movimentação interna ineficientes podem acarretar altos custos para a empresa devido ao fato de que a atividade de manuseio deve ser repetida muitas vezes e envolve a segurança e integridade dos produtos.
2. MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO As máquinas de elevação são utilizadas em diversos seguimentos da indústria e são representadas por um grande número de equipamentos. Sua classificação é de difícil
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realização devido a quantidade de formas construtivas nas quais podem ser encontradas. Abaixo é apresentada uma classificação dos principais meios de elevação. •
Talhas
- Polias - Talhas helicoidais - Talhas de engrenagem frontal - Talhas elétricas •
Macacos
- Macaco de parafuso - Macaco hidráulico •
Guinchos
- Guinchos de cremalheira - Guinchos manuais - Guincho móvel manual - Guinchos acionados por motor elétrico •
Guindastes
- Guindastes de ponte (pontes rolantes) - Guindastes móveis de paredes - Guindastes de cavaletes (pórticos e semi-pórticos) - Pontes de embarque - Guindaste de cabo •
Elevadores
- Elevadores pneumáticos - Elevadores elétricos - Elevadores de caneca Os principais elementos de elevação, também chamados de elementos de suspensão são: macacos, talhas, guinchos, guindastes e elevadores. O projeto e a fabricação das máquinas de elevação requerem a aplicação de normas específicas, que determinam as condições a serem obedecidas na concepção do equipamento. A especificação das características da máquina é muito importante para que a aplicação requerida seja atendida de forma consistente. 17
A parte construtiva que diferencia este equipamento das demais máquinas de transporte é o sistema de elevação de carga. A concepção do sistema de elevação dos principais elementos de suspensão apresenta algumas características semelhantes. Os cabos de aço estão presentes na maioria dois equipamentos de elevação de carga. Outros elementos de sustentação, como por exemplo: correntes de elos redondos, correntes articuladas e rodas de cânhamo são utilizados em aplicações específicas, porém na construção dos equipamentos o cabo de aço é o principal elemento utilizado. As características que garantem ao cabo de aço esta grande utilização são: boa flexibilidade, grande capacidade de carga, durabilidade e padronização. A utilização dos cabos de aço nos equipamentos de elevação requer a utilização de dispositivos e acessórios que devem ser especificados no projeto dos equipamentos, os principais são: sapatas, manilhas, grampos, soquetes e terminais. As polias são os componentes que guiam e sustentam o cabo de aço. Na construção do sistema de elevação as polias devem ser móveis (passagem) ou compensadoras (equalizadoras). As polias móveis apresentam rotação que acompanha a velocidade de movimento do cabo enquanto as polias compensadoras apenas ajustam o movimento do cabo. A combinação de polias permite que a capacidade de um sistema de elevação seja multiplicada, reduzindo a velocidade de elevação. Este sistema é conhecido como moitão, um fator importante a ser observado nessas construções é o rendimento da transmissão. Na construção do sistema de polias outros componentes também devem ser especificados. O eixo deve ser calculado para suportar a carga de trabalho e os rolamentos devem ser especificados para a vida útil requerida. Os principais tipos de rolamentos utilizados nestas construções são: cargas leves – rolamentos de esferas, cargas elevadas – rolamentos de rolos cilíndricos ou rolamentos de rolos cônicos. O tambor é o elemento do sistema de elevação que tem a função de acomodar o cabo de aço entre os cursos mínimo e máximo. Esta condição, juntamente com o diâmetro especificado para o cabo, determina as características dimensionais para o tambor. Na condição máxima de desenrolamento do cabo devem ser previstas pelo menos duas espiras ainda enroladas sobre o tambor, desta forma a fixação do cabo fica isenta da força de tração. A extremidade do cabo é fixa no corpo do tambor através de grampos parafusados. A diversidade de tipos de cargas e materiais a serem movimentados pelos equipamentos de elevação exige para alguns casos o projeto de dispositivos especiais. O elemento mais comum é o gancho forjado. Estes componentes são normalizados e podem ser encontrados nos catálogos dos fabricantes especializados. Além dos ganchos podem ainda ser 18
citados como dispositivos utilizados os laços, manilhas, olhais. O projeto dos dispositivos de manuseio de carga envolve considerações especiais para cada caso em estudo. 2.1. MACACOS Macaco é uma ferramenta mecânica utilizada para pequenos deslocamentos de cargas ou quando é requerida a movimentação de uma grande quantidade de peso. Os macacos utilizados em operações de transporte de materiais podem ser divididos em: macacos de parafuso e macacos hidráulicos.
2.1.1. Macaco de Parafuso É um instrumento para a elevação de material pesado, pode ser encontrado em veículos, garagens e oficinas mecânicas, onde são utilizados para a elevação do automóvel para facilitar a manutenção. Permite que o esforço humano seja ampliado e transmitido à carga, através de um parafuse de rosca, promovendo a suspensão da peça. Devido ao seu efeito auto-blocante, este tipo de instrumento é mais seguro em relação aos macacos hidráulicos que necessitam que uma pressão contínua seja mantida para que a posição seja fixada. Em geral é utilizada uma lubrificação com graxa.
Figura 2.1 – Macaco de parafuso.
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2.1.2. Macaco Hidráulico Este tipo de macaco utiliza um fluido incompressível que é forçado para dentro de um cilindro por um êmbolo. Em geral o fluido utilizado é um óleo por ser estável e auto lubrificantes. No retorno do êmbolo o óleo é removido do cilindro por uma válvula, quando o êmbolo é movido em direção ao cilindro ele carrega o óleo em direção a cavidade do cilindro.
Figura 2.2 – Macaco hidráulico. Exemplos de aplicação.
2.2. GUINCHOS Os guinchos utilizados como meio de elevação de carga são conjuntos fixos ou móveis constituídos por um tambor para o enrolamento do cabo e um sistema de transmissão para o acionamento do tambor. O acionamento do sistema pode ser manual ou motorizado. Os guinchos manuais têm capacidade entre 50 Kgf e 6000 Kgf. O projeto do sistema de acionamento deve garantir que a força de acionamento não seja superior a 25 Kgf. Este equipamento normalmente é utilizado em obras de construção civil. Os guinchos motorizados podem ser acionados por motor elétrico, hidráulico ou pneumático. O tipo de acionamento depende das características de aplicação do equipamento. Para guinchos móveis sobre veículos normalmente é utilizado o acionamento hidráulico ou 20
pneumático. Na maioria das aplicações industriais o acionamento elétrico. O projeto do guincho motorizado segue as mesmas condições do projeto de um sistema de elevação de uma ponte rolante. Os guinchos são equipamentos utilizados para a elevação de carga principalmente em locais de difícil acesso, durante os períodos de construção ou reforma de instalações. Para algumas aplicações os guinchos podem substituir o uso de máquinas com lança, em função do custo do aluguel da máquina.
Guinchos de cremalheira: Construção padronizada de guinchos portáteis em aço com caixa levantável (DIN 7355 e 7356) para capacidades de carga de 1,5 – 3 – 5 – 10t. A força manual é transmitida de uma manivela através de uma transmissão intermediária simples (até 3t) ou dupla (até 10t) de rodas dentadas para uma cremalheira que guia a carcaça e se apóia na roda dentada da cremalheira. A carga é sustentada pelo ressalto na extremidade superior da carcaça ou então por uma garra de sustentação soldada na extremidade inferior da carcaça. Rodas de triquete e lingüeta de trava unidas com uma manivela de segurança impedem uma descida não proposital da carga.
Guinchos manuais: Geralmente construídos como guinchos de armação ou guinchos de parede para forças de sustentação de 50 Kgf até 6000 Kgf. A carga é sustentada por um cabo de carga, também em cocha de cabo (por sua flexibilidade), enrolado em várias camadas sobre um tambor liso. Dependendo da capacidade de carga, engrenagem helicoidal com freio de compressão axial, mais frequentemente transmissão intermediária de rodas frontais de dois ou três passos, roda de tranqueta para frenagem de parada e descida, placas em chapa de aço; suportes de flange em ferro fundido com graxa lubrificante. A relação de transmissão dos guinchos manuais é calculada como nas talhas de rodas frontais. O rendimento total para a rosca (mancais de deslizamento engraxados, dentes perfilados) é de 0,9, com transmissão intermediária de um passo, 0,86 de dois passos e 0,82 de três passos. Na tabela abaixo podemos ver os rendimentos de mecanismos de talhas e guinchos.
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com Peças da construção
Mancais de
Mancais de
deslizamento
rolamento
Polias de corrente
0,94
0,96
Pinhões de corrente com rodas de cabrestante
0,93
0,95
Rodas de corrente para correntes de polia
0,94
0,96
Polias de cabo
0,96
0,98
Par de rodas frontais ou cônicas, lubrificação com graxa
0,95
0,96
Par de rodas frontais ou cônicas, lubrificação com óleo
0,96
0,97
Tambor para cabo
0,96
0,98
A força da manivela manual, produzida por um operário, pode chegar a 12 Kgf com picos de até 25 Kgf, com um raio de manivela de 40 cm e uma altura confortável de eixo da manivela. O número de revoluções neste caso será de 24 rpm.
Guincho móvel manual: As peças da unidade motora comuns de talhas manuais são dispostas num quadro em aço soldado e deslocável à mão, força de sustentação de 1 a 25 Tf. Mecanismo de elevação com roda cabrestante, engrenagem helicoidal de dois passos, freios por pressão de sobrecarga, pinhão de corrente (para corrente de aço) ou roda para corrente de Gall: guincho móvel de engrenagem helicoidal. Tração de corrente de cabrestante para os mecanismos de elevação de 30 a 40 Kgf com carga nominal. Acionamento do mecanismo de translação através da roda de cabrestante (força de tração = 20 Kgf) que com forças de sustentação de até 3 Tf fica montada diretamente sobre o eixo da roda motriz que deverá ser acionada, em outros casos gira acima de uma transmissão intermediária de rodas dentadas deste eixo.
Guinchos acionados por motor elétrico: a) Guinchos para volumes – com gancho, fixos em guindastes giratórios (guindastes de cais e estaleiros, guindastes giratórios de torre para construções, guindastes flutuantes). Transmissão intermediária na caixa de mudanças fundida ou soldada com lubrificação a óleo. Os dentes enviesados e os rolamentos garantem funcionamento silencioso e bom rendimento. Caixa de mudanças para duas velocidades. Na maioria
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dos casos os freios são de parada de segurança. Montagem sobre pedestal fundido ou quadro de chapas de aço soldadas. b) Guinchos de garras – os cabos de fecho e de manobre de garras e de caçambas de virar de cabos múltiplos tem tambores diferentes. A disposição aos pares dos cabos (garras de três ou quatro cabos requerem que os tambores correspondentes sejam construídos com ranhuras a direita e a esquerda). A disposição do motor e a conformação da engrenagem permitem que o tambor de fecho possa ser acionado isoladamente. A conexão mecânica entre os dois tambores é feita, na maioria das vezes, através de uma engrenagem planetária. A roda planetária é sempre de construção simples para proporcionar uma engrenagem segura.
Figura 2.3 – Guinchos com acionamento por motor elétrico.
2.2.1 Determinação da Potência do Motor do Sistema de Levantamento A determinação da potência do motor do sistema de levantamento de uma máquina de elevação deve levar em consideração todos os fatores envolvidos no deslocamento da carga em função do tipo de aplicação. O cálculo da potência deve ser feito de acordo com as normas de construção de equipamento. Para o caso de pontes rolantes este cálculo é feito com base na expressão a seguir: hp
=
K S × K V × W L
×
V L
33000 × E C
Sendo hp – potência do motor de levantamento em HP KS – Fator de serviço, tabela 17 – AISE 6/91 23
KV – Fator de correção de tensão elétrica, tabela 16 – AISE 6/91 WL – Peso total da carga de levantamento, incluindo dispositivos de manuseio [lb] VL – velocidade do sistema de levantamento [fpm] EC – eficiência combinada das engrenagens e polias EC = 0.98n x 0.98m para mancais de deslizamento EC = 0.97n x 0.99m para mancais de rolamento m – número de polias móveis por enrolamento n – número de engrenamentos Esta equação atende as aplicações de equipamento com motores elétricos com corrente alternada. Para corrente contínua a AISE 6 também apresenta a equação para cálculo. Aplicações com outros tipos de motores devem ser analisadas de acordo com a aplicação. 2.3. TALHAS São partes integradas de máquinas transportadoras, operadas por um sistema elétrico, pneumático ou manual, respónsáveis pela elevação de carga baseados no princípio de transmissão de forças através de polias. Como características principais podemos citar a presença de correntes, roldanas e engrenagens na maioria das talhas. O meio de apanhamento de carga é em geral um gancho e têm capacidades de carga em geral de até 10 Tf. São utilizadas em pontes rolantes, stacker cranes e monovias, para realizar o movimento de suspensão da carga.
2.3.1. Talhas Manuais Podem ser alavancadas ou corrente direta. O içamento se dá por força manual, transmitida através das correntes e multiplicada pelo jogo de polias, permitindo elevação de cargas de até 3 Tf. No modelo de alavancas o travamento é feito pelo dispositivo de catraca da própria alavanca e no modelo de correntes simples é necessário um dispositivo adicional de travamento ou frenagem.
Figura 2.4 – Talhas manuais.
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2.3.2. Talhas Elétricas Podem ser com tambor de enrolamento ou com engrenagem dentada para correntes. Nesta configuração, pode-se obter capacidades de carga de até 10 Tf. O travamento das cargas deve ser feito por um servo-motor. As talhas elétricas têm como principal vantagem permitir a automatização da movimentação e acionamento à distância.
Figura 2.5 – Talha elétrica. Exemplo de aplicação.
2.3.3. Bases de Montagem
•
Talhas fixas (montagem com vase apoiada, suspensas ou fixas lateralmente).
As talhas fixas são fornecidas com uma base de montagem com quatro furos, ajustáveis a uma grande variedade de instalações. O cabo de aço poderá ser montado nas quatro posições indicadas no desenho abaixo. Ao adquirir uma talha com a posição de montagem fixa, é necessário informar a posição correta da base e da saída do cabo, indicados na imagem abaixo.
25
•
Montagem em trole para monovia
•
Fixa apoiada
•
Talha montada em trole bi-articulado para trechos curvos
26
•
Talha montada em trole duplo
•
Talhas gêmeas montadas em trole duplo
2.4. ELEVADORES Em 1800, os novos processos de produção de ferro e aço revolucionaram o mundo da construção. Com vigas de metal como material de construção, os arquitetos e engenheiros podiam levantar arranha-céus monumentais.
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Figura 2.6 – Exemplo de aplicação de elevadores
Figura 2.7 – Elevador industrial.
Mas essas torres seriam basicamente inúteis se não fosse por outra inovação da tecnologia que veio ao mesmo tempo. Os elevadores modernos são o elemento crucial que torna prático viver e trabalhar dezenas de andares acima do chão. Cidades verticais como Nova Iorque dependem totalmente dos elevadores. Mesmo em prédios com poucos andares,
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os elevadores são essenciais para fazer os escritórios e apartamentos acessíveis para pessoas com necessidades especiais.
2.4.1. Elevadores Hidráulicos O conceito de um elevador é incrivelmente simples: é só um compartimento ligado a um sistema de subida. Claro que o passageiro moderno e os elevadores de transporte são muito mais elaborados que isso. Eles precisam de sistemas mecânicos avançados para lidar com o peso considerável do carro do elevador e sua carga. Além disso, eles precisam de mecanismos de controle - assim, os passageiros podem operar o elevador, e necessitam de dispositivos de segurança para manter tudo correndo bem. Há dois projetos principais de elevadores muito usados hoje: os elevadores hidráulicos e os elevadores elétricos. Os sistemas de elevador hidráulico levantam um carro usando uma bomba hidráulica, um pistão dirigido por fluidos montados dentro de um cilindro. O cilindro é conectado a um sistema de bombeamento (em geral, os sistemas hidráulicos como este usam óleo, mas outros fluidos incompressíveis podem funcionar também). O sistema hidráulico tem três partes: •
Um tanque (o reservatório de fluido);
•
Uma bomba que é acionada por um motor elétrico;
•
Uma válvula entre o cilindro e o tanque.
A bomba força o fluido do tanque em um cano, levando ao cilindro. Quando a válvula é aberta, o fluido de pressurização escoará pelo caminho da mínima resistência e retornará ao tanque de fluido. Mas quando a válvula está fechada, o fluido de pressurização não tem lugar para ir, exceto o cilindro. Conforme o fluido entra no cilindro, ele empurra o pistão para cima, erguendo o carro do elevador. Quando o carro se aproxima do andar correto, o sistema de controle envia um sinal para o motor elétrico para, gradualmente, fechar a bomba. Com a bomba fechada, não há mais o fluido passando para o cilindro, mas o fluido que já está no cilindro não pode escapar (ele não pode fluir de volta para a bomba, pois a válvula ainda está fechada). O pistão descansa no fluido e o carro permanece onde está. Para descer o carro, o sistema de controle de elevador envia um sinal para a válvula. A válvula é acionada por um solenóide básico. Quando o solenóide abre a válvula, o fluido que 29
entrou no cilindro pode fluir para o tanque de fluido. O peso do carro e a carga empurram o pistão, que conduz o fluido ao tanque. O carro desce gradativamente. Para parar o carro em um andar mais baixo, o sistema de controle fecha a válvula de novo. Esse sistema é incrivelmente simples e muito eficiente, mas tem algumas desvantagens.
Figura 2.8 – Elevador hidráulico.
Os prós e os contras dos sistemas hidráulicos A principal vantagem dos sistemas hidráulicos é que eles podem facilmente multiplicar a força relativamente fraca da bomba ao gerar mais força necessária para levantar o carro do elevador. Mas esses sistemas apresentam duas desvantagens principais. O principal problema é o tamanho do equipamento. Para o carro do elevador ser capaz de alcançar os andares mais altos, você tem que fazer o pistão mais longo. O cilindro tem de ser um pouco maior que o pistão, é claro, já que o pistão precisa ser capaz de dobrar todo o trajeto quando o carro está no primeiro andar. Resumindo, mais andares significam um cilindro mais longo. O problema é que a estrutura do cilindro inteiro deve ser enterrada abaixo do fundo do elevador. Isso significa que você tem que cavar mais fundo à medida que faz mais andares. Construir mais alguns andares encarece o projeto. Para instalar um elevador hidráulico em um prédio de 10 andares, por exemplo, você precisaria cavar no mínimo nove andares! A outra desvantagem de elevadores hidráulicos é que eles são ineficientes. É necessária muita energia para levantar um elevador a vários andares, e em um elevador 30
hidráulico padrão não há meio de armazenar essa energia. A energia de posição (energia potencial) somente funciona para empurrar o fluido de volta para o tanque. Para levantar o carro do elevador novamente, o sistema hidráulico tem que gerar a energia toda de novo.
2.4.2. O Sistema de Cabos O design de elevador mais popular é o elevador elétrico. Nos elevadores elétricos, o carro é levantado e abaixado pela tração dos cabos de aço em vez de ser empurrado de baixo para cima.
Figura 2.9 – Exemplo de sistema de cabos.
Os cabos são ligados ao carro do elevador e presos a uma roldana (3). Uma roldana é só uma polia com encaixes em volta da circunferência. A roldana segura os cabos guinchos; então, quando você gira a roldana, os cabos também se mexem. A roldana é conectada a um motor elétrico (2). Quando o motor gira em uma direção, a roldana levanta o elevador; quando o motor gira para o outro lado, a roldana baixa o elevador. Nos elevadores sem engrenagem, o motor gira as roldanas diretamente. Nos elevadores com engrenagem, o motor liga um trem de engrenagens que gira a roldana. Em geral, a roldana, o motor e o sistema de controle (1) são mantidos em uma sala de máquinas sobre o cabo do elevador. Os cabos que levantam o carro também estão conectados a um contrapeso (4), que fica no outro lado da roldana. O contrapeso pesa aproximadamente o que o carro pesa usando sua 31
capacidade de 40%. Em outras palavras, quando o carro está 40% cheio (uma média), o contrapeso e o carro estão perfeitamente equilibrados. O propósito desse equilíbrio é conservar a energia. Com cargas iguais em cada lado da roldana, gasta-se apenas um pouco de força para manter o equilíbrio de um lado ou do outro. Basicamente, o motor somente tem que superar a fricção: o peso no outro lado faz a maioria do trabalho. Em outras palavras, o equilíbrio mantém um nível de energia potencial próximo e constante no sistema. Usando a energia potencial no carro do elevador (deixando-o descer ao solo), cria-se a energia potencial no peso (o peso sobe ao topo do cabo). A mesma coisa acontece, mas ao contrário, quando o elevador sobe. O sistema é como se fosse uma gangorra que tem crianças com o mesmo peso, uma de cada lado. Tanto o carro do elevador quanto o contrapeso andam em trilhos (5) dos lados do cabo do elevador. Os trilhos evitam que o carro e o contrapeso balancem e trabalham com o sistema de segurança para parar o carro em uma emergência. Os elevadores elétricos são muito mais versáteis que os elevadores hidráulicos, além de mais eficientes. Em geral, eles também são sistemas mais seguros.
Sistemas de segurança No mundo dos filmes de ação de Hollywood, os cabos guinchos nunca estão longe da fenda, enviando o carro e seus passageiros direto para o fundo. Na verdade, há pouca chance de isso acontecer. Os elevadores são construídos com vários sistemas de segurança redundantes que os mantêm em posição. A primeira linha de defesa é o sistema do cabo. Cada cabo de elevador é feito de vários comprimentos de alumínio entrelaçados um ao outro. Com essa estrutura firme, um cabo pode agüentar o peso do carro do elevador e o contrapeso. Mas os elevadores são construídos com múltiplos cabos (entre 4 e 8, em geral). No evento improvável de um dos cabos se romper, os demais vão segurar o elevador. Mesmo que todos os cabos se rompam ou que o sistema de roldana seja liberado por eles, é improvável que um carro de elevador caia no fundo do poço. Os carros dos elevadores elétricos têm os sistemas de freios embutidos, ou dispositivos de segurança, que se agarram ao trilho quando o carro se movimenta rápido. Sistemas de segurança: seguranças Seguranças são acionadas por um regulador quando o elevador se move rápido demais. A maioria dos sistemas reguladores é instalada em volta de uma roldana posicionada 32
no topo do cabo do elevador. O cabo do regulador é preso em volta da roldana reguladora e de uma outra roldana com peso na extremidade do cabo. O cabo é também conectado com o carro do elevador; então, ele se move quando o carro vai para cima ou para baixo. Conforme o carro aumenta a velocidade, o regulador faz o mesmo. Nesse regulador, a roldana é equipada com duas hastes (braços de metais com contrapesos) em torno dos pinos. As hastes são montadas de forma que possam se mover livremente sobre o regulador. Mas na maior parte do tempo elas estão se mantendo em posição por meio de mola. Conforme o movimento rotatório do regulador aumenta, a força centrífuga move as hastes, empurrando contra a mola. Se o carro do elevador cair rápido o bastante, a força centrífuga vai ser forte o suficiente para empurrar as extremidades das hastes por todo o caminho nas margens do regulador. Girando nessa posição, as extremidades presas às hastes seguram as catracas, montadas em um cilindro em torno da roldana. Isso funciona para parar o regulador. Os cabos do regulador estão ligados ao carro do elevador por um acionador móvel ligado a um sistema de alavanca. Quando os cabos do regulador podem se mover livremente, a alavanca permanece na mesma posição relativa ao elevador do carro (acontece em lugar das tensões). Mas quando o regulador da roldana trava, os cabos do regulador promovem solavancos no acionador. Isso move o sistema de alavanca, que opera o freio. Nesse esquema, o acoplamento dispara uma trava de segurança cuneiforme, que se acomoda em um guia fixo. Conforme mudamos, é empurrado nas grades pelas superfícies inclinadas. Isso traz gradualmente o carro do elevador para uma parada.
Sistemas de segurança: mais cópias de segurança Os elevadores também têm freios de eletroímãs que engatam quando o carro pára. Os eletroímas realmente mantêm o freio na posição aberta, em vez de fechá-los. Com esse projeto, os freios vão acionar automaticamente se o elevador perder força. Os elevadores também têm sistemas de freios automáticos próximo ao topo e no fundo do cabo do elevador. Se o carro do elevador se move longe demais em qualquer direção, o freio o pára. Se tudo mais falhar e o elevador realmente cair, há uma medida de segurança final que provavelmente vai salvar os passageiros. O fundo do cabo tem um sistema amortecedor de 33
choque, em geral um pistão montado em um cilindro cheio de óleo. O absorvedor de choque funciona como um gigante travesseiro para suavizar a queda do carro do elevador. Além desses elaborados sistemas de emergência, os elevadores precisam de muita maquinaria só para fazê-lo parar.
2.4.3. Dando Voltas Muitos elevadores modernos são controlados por computador. O trabalho do computador é processar todas as informações relevantes sobre o elevador e conduzir o motor para levar o carro do elevador aonde ele precisar ir. Para isso, o computador precisa conhecer no mínimo três coisas. • aonde as pessoas querem ir • onde é cada andar • onde está o carro do elevador Descubra onde as pessoas querem ir. Os botões do carro do elevador e os botões de cada andar estão todos no computador. Quando você pressionar um desses botões, o computador acessa o pedido. Há muitas maneiras de imaginar onde o elevador está. Em um sistema mais comum, um sensor de luz ou sensor de ímã no lado do carro lê uma série de encaixes na forma vertical. Ao contar os buracos, o computador sabe exatamente onde o carro do elevador está. O computador varia a velocidade do motor para que o carro reduza a velocidade gradualmente à medida que alcançar cada andar. Isso mantém a direção suave, o que é bom para os passageiros. Em um prédio com muitos andares, o computador deve ter alguns tipos de estratégia para os carros circularem com mais eficiência. Nos sistemas mais antigos, a estratégia é evitar a reversão da direção do elevador. Ou seja, um carro de elevador vai se manter subindo contanto que haja pessoas nos andares acima. O carro somente vai responder "chamadas para descer" depois de ter verificado todas as "chamadas para subir". Mas, uma vez que começar, não vai pegar ninguém para subir até responder todas as chamadas para descer. O programa faz um bom trabalho ao levar as pessoas a seu andar o mais rápido possível. Programas mais avançados consideram os padrões de tráfego dos passageiros. Eles sabem quais andares têm muita procura e em que hora do dia, e direcionam os carros do elevador de acordo com isso. Em um sistema múltiplo de carros, o elevador vai selecionar os carros baseado na posição dos demais carros. 34
Nos sistemas de última geração o elevador no lobby trabalha como um trem na estação. Em vez de simplesmente pressionar para cima ou para baixo, as pessoas esperando por um elevador podem solicitar um andar específico. Baseado na localização e no curso de todos os carros, o computador diz ao passageiro que carro pegar para chegar a seu destino mais rápido. A maioria dos sistemas tem um sensor de carga no andar. O sensor diz ao computador quantas pessoas estão no interior do carro. Se o carro está perto da capacidade, o computador não vai mais querer parar até que algumas pessoas saiam do elevador. Sensores de carga também são usados como sensores de segurança. Se o carro está superlotado, o computador não vai fechar a porta até algum peso ser removido.
2.4.4. Portas As portas automáticas nas lojas e prédios de escritório estão lá por conveniência e como um auxílio às pessoas com necessidades especiais. Por outro lado, as portas automáticas em um elevador são absolutamente essenciais. Estão lá para evitar que as pessoas caiam no fosso do elevador. Os elevadores usam dois modelos diferentes de portas: as portas nos carros e as portas que abrem nos fossos do elevador. As portas nos carros são operadas por um motor elétrico, comandado pelo computador do elevador. O motor elétrico liga uma roda, que está ligada a um braço de metal. O braço de metal é ligado a um outro braço, que está ligado à porta. A porta pode se mover para trás e para frente a partir de um trilho de metal. Quando o motor gira uma roda, que está ligada a um longo braço de metal, que empurra o segundo braço e a porta à esquerda. A porta é feita de dois painéis que fecham um no outro quando a porta abre e se estendem quando a porta fecha. O computador liga o motor para abrir as portas quando o carro chega em um piso e fecha as portas antes de o carro se mover de novo. Muitos elevadores têm um sistema de sensor de movimento que evita que as portas se fechem se houver alguém entre elas. As portas do carro têm um mecanismo de alavanca que destranca as portas em cada andar e as mantêm abertas. Dessa maneira, as portas só se abrem se houver um carro naquele andar (ou se forem forçadas). Isso evita que as portas se abram quando o elevador não está no andar. 35
Em um período relativamente curto, os elevadores se tornaram uma máquina essencial. Enquanto as pessoas continuarem a levantar arranha-céus e mais edifícios baixos forem construídos para pessoas com necessidades especiais, os elevadores se tornarão um elemento cada vez mais difundido na sociedade.
2.4.5. Elevador de Canecas É o meio mais econômico de transporte vertical de material a granel. São fabricados em função do material a ser transportado (tig. 1). Podem ser classificados, de acordo com o tipo de descarga, em centrífugo (fig. 2) ou contínuo (fig. 3). As canecas podem ser fixadas em correias ou correntes. É de manutenção fácil e barata (o do tipo de correia), longa vida útil, ocupa pouco espaço e possibilita rápida troca das peças de desgaste. O tipo do elevador é dado em função de seu sistema de descarga - centrífugo ou contínuo - e do meio de ligação das canecas - correia ou corrente.
Figura 2.10 – Exemplo de elevador de canecas.
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Figura 2.11 – Detalhe de elevador de canecas.
a) Centrifugo de corrente: São utilizados para materiais de escoamento fácil, não abrasivos, que podem ser escavados do pé do elevador. A roda de acionamento não permite o deslizamento e garante o alinhamento da corrente e das canecas. O deslocamento das canecas é feito em velocidades elevadas, entre 1,1O a 1,52 m/s, para garantir a descarga do material por ação da força centrífuga, quando elas passam pela roda do conjunto da cabeça. As canecas são fixadas a uma corrente central ou a duas laterais. b) Centrifugo de correia: E normalmente utilizado para materiais finos, abrasivos, secos e de escoamento fácil que não tenham lascas ou pontas que possam danificar a correia. Uma vantagem do elevador centrífugo sobre o contínuo é que o seu ponto de alimentação é consideravelmente mais baixo. O que diminui o tamanho do conjunto do pé, figura x. c) Contínuo de corrente: Para materiais mais pesados e de maior tamanho que os elevadores centrífugos. Suas canecas não são projetadas para escavar o material e são normalmente carregados por uma calha, o que exige a elevação do seu ponto de alimentação. A descarga do material é feita por gravidade, e por isto, o conjunto da cabeça é maior que o dos elevadores centrífugos. A velocidade de deslocamento das canecas é menor: 0,64 a 0,76 m/s.
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d) Contínuo de correia: Para materiais frágeis, em pó ou fluidos como cal, cimento ou produtos químicos secos. As canecas são pouco espaçadas entre si e a velocidade é baixa. As canecas têm abas laterais no seu fundo para funcionarem como calhas para o material da caneca subsequente. Veja a diferença entre as canecas na figura x. A figura x mostra a fixação da caneca na correia.
Figura 2.12 – Exemplo de elevadores.
Onde é aplicado: No transporte vertical de materiais a granel. O que determina o seu dimensionamento: • Características do material transportados (abrasividade, corrosividade, higroscopia, tipo de escoamento, grau de aderência, grau de fluidez, granulometria e temperatura). • Peso do material (densidade solta) em t/m3. • Altura de levantamento em m. • Capacidade desejada (Q) em tlh. • Condições de operação (local de serviço, características do ambiente e grau de contaminação). • Regime de operação (contínuo ou intermitente). O uso de um elevador impróprio ao material acarreta problemas tais como: 38
- Arrancamento das canecas. - Carregamento inadequado. - Descarregamento insuficiente. - Degradação do material. - Desgaste anormal das canecas, correias e correntes. 2.5. GUINDASTES É uma máquina usada para erguer, movimentar e baixar materiais pesados. Um guindaste é basicamente constituído de uma torre equipada com cabos e roldanas e é amplamente utilizado na construção civil e na indústria de equipamentos pesados. Na construção civil os guindastes são habitualmente estruturas temporárias fixadas ao chão ou montadas num veículo especialmente concebido para isto. Enquanto que na indústria de equipamentos pesados geralmente são utilizados guindastes suspensos em trilhos elevados que movimentar cargas muito pesadas. Os guindastes podem ser controlados por um operador na cabine, ou ainda por uma pequena unidade de controle remoto que pode comunicar-se via rádio, infravermelho ou por cabo. Quando se utiliza um guindaste com um operador na cabine do equipamento, os trabalhadores no chão podem comunicar com o operador via sinais visuais com as mãos. Uma equipe experiente pode facilmente posicionar cargas com grande precisão usando apenas estes sinais. Os primeiros registros de uso de guindastes remontam do século I ou II conforme mostra um relevo em pedra encontrado em um túmulo em Roma , datado deste período, onde se vê um guindaste sendo usado para construir um monumento. Durante a Idade Média os guindastes foram utilizados para construir as grandes catedrais da Europa. Para isto os guindastes eram fixados no alto das paredes ou muralhas enquanto estas eram construídas. Para içar os materiais era utilizada a força de homens que giravam duas grandes rodas uma de cada lado do guindaste. Os guindastes neste período também começaram a ser utilizados em alguns portos medievais. Com uma ampla gama de aplicações para este tipo de equipamento, os guindastes acabaram adquirindo características especificas e sendo divididos em grupos especializados. O tipo mais comum de guindaste consiste em uma torre treliçada de aço ou em uma torre telescópica montada em uma plataforma móvel, que pode ser constituída de trilhos, rodas, acoplados a caminhões ou ainda sobre esteiras. A base da torre é articulada, e pode ser 39
suspendida e abaixada por cabos ou ainda por cilindros hidráulicos. Um gancho no topo da torre é suspenso por cabos e polias. Os cabos são movimentados através de motores que operam com uma variedade de tipos de transmissões. Os motores podem ser a vapor, elétricos, ou ainda de combustão interna (IC). Enquanto que com relação à transmissão esta costuma ser à base de embreagens principalmente em equipamentos mais antigos. Recentemente este padrão começou a ser modificado com o uso de motores de combustão interna que permitem combinar a característica dos motores de vapor "torque máximo em velocidade zero" pela adição de um elemento hidráulico, criando com isso um bom controle de torque. As vantagens operacionais deste arranjo são conseguidas através do controle eletrônico de movimentação hidráulica. Alguns modelos de guindaste que utilizam esta tecnologia podem ser convertidos em guindastes de demolição adicionando-se uma esfera de demolição, ou em escavadeiras adicionando uma pá carregadeira, embora alguns detalhes de projeto possam vir a limitar sua eficácia.
Figura 2.13 – Exemplo de guindaste.
Os guindastes móveis podem ser ainda do tipo telescópico, que são um tipo de equipamento cuja lança consiste em certo número de tubos, cada tubo dentro de outro tubo. Um mecanismo hidráulico (geralmente um pistão) estende ou retrai os tubos aumentando ou diminuindo o comprimento da lança. Outro tipo de guindaste bastante popular é o guindaste montado sobre um caminhão utilizando a plataforma de uma carreta ou caminhão, o que fornece ao guindaste a mobilidade de um caminhão convencional. As patolas que são usadas para nivelar e estabilizar o guindaste estende-se horizontalmente e verticalmente possibilitando a movimentação de materiais pelo guindaste. 40
Figura 2.14 – Exemplo de guindaste móvel.
Ainda falando sobre mobilidade, outro tipo de guindaste que vem se tornando popular é o guindaste para “terrenos-difíceis”, montado sobre quatro pneus de borracha ele foi desenhado para operações do tipo pegar e carregar e para aplicações fora de estrada. As patolas se estendem horizontalmente e verticalmente e são usadas para nivelar e estabilizar o guindaste para as operações de içamento. Estes guindastes [hidráulico-telescópicos] são as máquinas de motor-único onde o mesmo motor é usado mover a lança e o equipamento em si, similar ao modelo encontrado no guindaste da esteira rolante. Sendo que no guindaste de esteira rolante sua principal característica é ele ser montado sobre um jogo de trilhas que fornecem para a estabilidade e a mobilidade do guindaste. Os guindastes móveis e telescópicos têm como principais características sua mobilidade e a alta capacidade de realizar operações complexas de movimentação de materiais. Tanto na construção civil quanto em montagem ou remoção de equipamentos pesados. Na construção civil existe ainda uma ampla utilização de guindastes fixos, em obras onde o uso de guindastes é constante e a obra se estende por um período de tempo longo. Para este tipo de necessidade geralmente é utilizado o guindaste de torre que é uma forma moderna do guindaste de contrapeso. Fixo a terra, os guindastes de torre oferecem a melhor combinação de altura e capacidade, e são usados frequentemente na construção de edifícios altos. Para conservar o espaço de trabalho na obra, o eixo vertical do guindaste é construído frequentemente dentro e ao centro da futura edificação, que é então, após o termino da obra (quando o guindaste é desmontado) convertido ao eixo do elevador. Um eixo horizontal é balanceado assimetricamente no alto do eixo vertical, a seção curta do eixo horizontal carrega um contrapeso de blocos de concreto, e sua seção longa carrega o equipamento responsável pelo 41
içamento. O operador de guindaste senta-se em uma cabine no alto da torre. Um guindaste de torre é montado geralmente por um guindaste telescópico com menor capacidade de içamento, mas grande alcance (altura), e no caso dos guindastes de torre que são içados para construção de arranha-céus muito altos um guindaste menor será ao termino da obra içado ao topo da torre terminada para desmontar guindaste de torre. Um guindaste de torre pode ser também auto-desmontável, quando este se utiliza de encaixes para se prender/desprender da seção, permitindo que a seção da torre onde anteriormente ele estava preso seja levada ao nível do solo. Outro tipo muito comum de guindaste é o guindaste de carga, que consiste basicamente de um braço hidráulico articulado. Este braço hidráulico pode ter numerosas seções articuladas que podem ser dobradas em um pequeno espaço quando o guindaste não esta em uso. Além disso, em alguns equipamentos uma das seções pode ser telescópica. Existem locais que possuem uma demanda muito grande de movimentação de carga,como portos e terminais de carga. Nestes locais encontramos equipamentos como o Pórtico que é um equipamento de grande porte utilizado para manusear containeres e cargas pesadas. O mecanismo de içamento é montado em um eixo transversal suportado por eixos verticais que se movem em trilhos, podendo mover cargas muito pesadas. Outro tipo de guindaste encontrado em portos são os guindastes flutuantes, são usados também para a carga e descarga ocasional de cargas especialmente pesadas ou inábeis para os pórticos.
Figura 2.15 – Exemplo de guindaste marítimo.
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Alguns guindastes flutuantes são montados em uma balsa, outras são barcas-guindaste com uma capacidade de içamento que excede 10.000 toneladas. Estes equipamentos também são usados na construção de pontes onde transportam seções inteiras da ponte. Por fim os guindastes flutuantes também são utilizados em navios de resgate. Indiferentemente de suas características peculiares todos os guindastes seguem alguns princípios mecânicos que ilustram o uso de uma ou mais “máquinas simples” para criar uma vantagem mecânica: A alavanca: Um guindaste de contrapeso contém um eixo horizontal (a alavanca) Na física, a alavanca é um objeto rígido que é usado com um ponto apropriado do fulcro para multiplicar a força mecânica que pode ser aplicada a um outro objeto. O princípio da alavanca permite que uma carga pesada unida à extremidade mais curta do eixo possa ser içada por uma força menor aplicada no sentido oposto (extremidade mais longa do eixo). A relação do peso da carga à força aplicada é igual à relação dos comprimentos do braço mais longo e do braço mais curto, e é chamada a vantagem mecânica. A polia: Um guindaste de jib possui um suporte inclinado (o jib), esse suporta um bloco de polia fixo. Os cabos são enrolados varias vezes em volta de um bloco fixo e presos a um outro bloco que se unira à carga a ser içada . Quando a extremidade livre do cabo é puxada manualmente ou por uma máquina, o sistema da polia emprega uma força à carga que é igual à força aplicada multiplicada pelo comprimento do cabo que passa entre os dois blocos. Este número é a vantagem mecânica. O cilindro hidráulico: Este pode ser usado diretamente para içar a carga, ou mover indiretamente o jib ou um eixo que suporte outro dispositivo de içamento. Os guindastes, como todas as máquinas, obedecem o princípio da conservação de energia. Isto significa que a energia empregada à carga não pode exceder a energia interna da máquina. Desde que a energia seja proporcional à força multiplicada pela distância, a energia de saída é mantida aproximadamente igual à energia da entrada (na prática ligeiramente menor, porque alguma energia é perdida com o atrito.).
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CONCLUSÃO A crescente necessidade de aumento de produtividade das empresas vem exigindo a implementação de processos automatizados que incorporam alta tecnologia no projeto dos equipamentos. As máquinas de movimentação de carga representam um dos tipos de equipamentos que sofreram a maior necessidade de modernização. Deve-se avaliar principalmente o custo-benefício, o aumento da produtividade, otimização do tempo e segurança durante o transporte e armazenamento de materiais, de modo a compensar os gastos iniciais do investimento. Além disso, a utilização desses equipamentos transportadores depende dos requisitos exigidos para tornar o seu trabalho mais eficiente e eficaz. Em alguns casos, a escolha fica limitada por causa do tipo de material a ser transportado, espaço disponível ou o próprio custo inicial da aquisição, os quais não trarão lucratividade. Contudo, não basta ter o equipamento, é preciso utilizá-lo de forma racional e otimizada.
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