CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS

GERAIS – CEFET-MG

ENGENHARIA MECÂNICA

Gilberto Azevedo

Pedro Henrique Mundim

Marcus Azevedo

Sabrine Cardoso

TRANSPORTE INDUSTRIAL DE CARGAS ATRAVÉS DE CORREIAS

TRANSPORTADORAS

BELO HORIZONTE – MG

2015

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Gilberto Azevedo

Pedro Henrique Mundim

Marcus Azevedo

Sabrine Cardoso

TRANSPORTE INDUSTRIAL DE CARGAS ATRAVÉS DE CORREIAS

TRANSPORTADORAS

BELO HORIZONTE – MG

2015

Trabalho elaborado durante a disciplina

de Eletrotécnica Industrial II, do curso

de Engenharia Mecânica, na instituição

CEFET-MG, com o objetivo de se

aprimorar os estudos teóricos

realizados durante as aulas.

Orientador: Prof. Patrick Mendes

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 4

2. OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 5

3. COMPONENTES DO TRANSPORTADOR DE CARGA POR CORREIA ............................................... 5

4. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO PARA AS ENGENHARIAS ................................................................... 6

5. ENGENHARIA MECÂNICA E AS CORREIAS TRANSPORTADORAS ................................................. 6

6. ENGENHARIA ELÉTRICA E CORREIAS TRANSPORTADORAS ......................................................... 7

7. INTERAÇÃO ENTRE ELÉTRICA E MECÂNICA .................................................................................. 8

7.1 CONJUNTO DE ACIONAMENTO ......................................................................................................... 9

7.2 CÁLCULO DE POTÊNCIA ................................................................................................................. 10

7.3 SELEÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS ............................................................................................... 11

8. ESTUDO EM SALA DE AULA DOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS.................................................. 11

9. EXEMPLO DE FABRICANTES ......................................................................................................... 13

10. INOVAÇÕES ............................................................................................................................... 13

11. CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 14

REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................ 15

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1. INTRODUÇÃO

Correias transportadoras são máquinas utilizadas para se transportar cargas,

seja de uma linha de produção ou de um simples carregamento, de um local para

outro. Garantem economia, eficiência e segurança ao processo de manipulação de

objetos e materiais, bem como grande versatilidade e capacidade.

Segundo a empresa Tratoraço & Mercado de Correias [5], a história da

utilização das correias transportadoras tem seu início na segunda metade do século

17, inicialmente para transportar sacos de grãos por pequenas distâncias, sendo que

somente ao fim do século 18 é que foram utilizadas em maior escala e para

manipular materiais a granel. Devido à baixa complexidade do sistema, composto

apenas por uma cama de madeira e um cinto que deslizava sobre ele, seu uso e

aplicação eram bem limitados e foi somente no início do século 20 que tornou-se

possível ampliar o seu campo de aplicações.

Com o seu crescente uso na indústria, como na área automobilística e em

minas de carvão, a sua popularidade aumentou, o que resultou em desenvolvimento

e melhoramento dessas máquinas, buscando atender às grandes demandas da

época. Isto se intensificou com a Segunda Guerra Mundial que, devido às

necessidades enfrentadas e à escassez de matéria prima natural, promoveu o

desenvolvimento de materiais sintéticos e aprimoramento da eficiência e capacidade

de transporte das correias.

Atualmente existem diferentes materiais empregados na fabricação das

correias, algodão, lona, EPDM, couro, neoprene, nylon, poliéster, poliuretano,

poliuretano, PVC, borracha de silicone e aço, que são definidos de acordo com a

aplicação e o tipo de carga a ser transportada.

O presente estudo pretende abordar as correias transportadoras como um

equipamento completo de transporte de carga, avaliando sua estrutura geral, não

apenas se dedicando somente à correia em si, que é apenas um dos diversos

componentes deste transportador.

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2. OBJETIVOS

Apresentar o que é o transporte de cargas por correias transportadoras;

Identificar a relevância dos estudos em engenharia mecânica e elétrica para o

projeto de transportadores de carga por correia, identificando ainda a

interação entre estas áreas de estudo;

Verificar os aspectos técnicos referentes à parte elétrica e como os mesmos

se relacionam com os conteúdos estudados em sala de aula.

3. COMPONENTES DO TRANSPORTADOR DE CARGA POR CORREIA

Um transportador de correia envolve uma série de elementos que devem ser

bem analisados, pois cada um deles tem fundamental importância para o correto

funcionamento do equipamento. Segundo a apostila sobre transportadores

contínuos (p. 20), da Universidade Federal da Bahia [4], os principais componentes

deste tipo de transportador são: Correia, tambores, acessórios, guias laterais,

roletes, freios, chute, estrutura e drive (conjunto de acionamento composto por um

motor elétrico e um sistema de transmissão).

Figura 1: Transportador de carga por correia

Fonte: Apostila da UFBA [4]

6

4. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO PARA AS ENGENHARIAS

A importância do sistema de correias transportadoras dentro do estudo das

engenharias está relacionada com sua grande aplicação nas indústrias, nas quais o

mesmo é bem difundido devido sua alta capacidade de carga e poder de

deslocamento de grandes quantidades de materiais em curto espaço de tempo, de

forma a se aprimorar a logística e se reduzir os custos.

Como exemplo de aplicação, tem-se a maior correia transportadora do

mundo, cujos dados fornecidos pela empresa Phoenix Conveyor Belts [3] indicam

que a mesma é capaz de transportar até 1000 t/h de calcário, em uma mina da Índia,

cruzando a fronteira do país até uma fábrica de cimento em Bangladesh. O

transportador tem curso único e extensão de 17 km, incorporando 34,5 km de

correia e 80 cm de largura.

Para que maquinários como o citado sejam possíveis, é necessário que haja

um estudo referente a todos componentes envolvidos. Dentro do contexto da

mecânica, podemos encontrar aspectos referentes ao estudo dos elementos de

máquina, da seleção de materiais e cálculos de carga. Já no contexto de elétrica,

podemos perceber o estudo dos comandos, acionamentos, motorização, controle e

circuitos de proteção.

5. ENGENHARIA MECÂNICA E AS CORREIAS TRANSPORTADORAS

Para que tais meios de transporte sejam possíveis de serem construídos, faz-

se importante o estudo de todos os fatores atrelados a seu projeto, dentre o qual se

destaca o estudo da mecânica do projeto, que se concentra na análise das tensões

das correias, na capacidade de carga sobre os roletes, na seleção dos rolamentos,

no tipo de material empregado, no desgaste sobre as correias, na capacidade

máxima de carga, na seleção da velocidade correta de operação, entre outros.

Além do estudo efetivo das correias, convém e faz parte do estudo, dentro do

contexto de engenharia mecânica, a análise e seleção do tipo de correia a ser

empregada. Para isto, deverão ser discutidos os seguintes aspectos, citados na

apostila sobre transportadores contínuos (p. 22), da Universidade Federal da Bahia

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[4], os quais envolvem um conhecimento prévio nas disciplinas de resistência dos

materiais, cálculo, análise de projetos mecânicos, dinâmica, estática, entre outras

componentes curriculares do curso:

Condições de serviço: Tipo de empresa, aciaria, fundição, ambiente

agressivo, temperatura;

Características do material: Granulometria, temperatura, abrasividade,

agressividade, vazão horária;

Tempo do percurso da correia;

Largura da correia;

Inclinação dos roletes: Seção abaulada ou plana;

Tensão máxima suportada pela correia;

Temperatura do material: Os materiais podem estar à temperatura

ambiente ou em temperaturas mais elevadas como, por exemplo, em uma

cerâmica.

Além destes fatores, é importante, também, que seja realizada a análise dos

elementos de máquinas que compõem o sistema, alguns dos quais citados pelo

Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 33), da Procel Indústria [1]:

Dispositivos de carregamento e descarregamento;

Polias de acionamento, de retorno e esticadora;

Roletes de carga, de retorno;

Correia transportadora;

Dispositivos raspadores;

Estrutura de suporte de carga;

Dispositivo de acionamento (eixos, mancais, entre outros).

6. ENGENHARIA ELÉTRICA E CORREIAS TRANSPORTADORAS

Para que seja possível se projetar um maquinário de transporte de carga como

as correias transportadoras, é fundamental que exista um embasamento teórico em

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disciplinas atreladas à engenharia elétrica. É necessário que os projetistas tenham

conhecimentos a respeito dos estudos de sinais, circuitos, projetos elétricos, seleção

de motores e partidas, cálculos de correntes, eletromagnetismo, entre outros.

A seguir serão apresentados exemplos, retirados do Guia Básico de Correias

Transportadoras (p. 55, 56), da Procel Indústria [1], referentes aos equipamentos

elétricos de proteção, que existem de forma a se evitar danos aos componentes da

máquina, identificando e agindo conforme variáveis da operação a ser executada.

Os exemplos destacam a atuação da engenharia elétrica em projetos de

transportadores de carga por correia:

Chave de emergência: É uma chave dotada de um cabo de aço ligado a um

dispositivo elétrico instalado ao longo do transportador, cuja finalidade é interromper,

automaticamente, o funcionamento da correia em caso de surgimento de

anormalidades operacionais, tais como, sobrecarga, deslizamento, desalinhamento.

Detector de baixa velocidade: É um sensor elétrico instalado geralmente no

retorno da correia e tem a finalidade de detectar alterações da velocidade, parando

automaticamente o equipamento.

Detector de rasgos: Dispositivo eletromecânico instalado sob a face de carga,

e próximo ao ponto de alimentação, cuja finalidade é detectar o início do surgimento

de rasgo na correia. Com isso, evita-se o prolongamento do rasgo.

7. INTERAÇÃO ENTRE ELÉTRICA E MECÂNICA

Para que se consiga obter um bom projeto de transportador de carga, é

necessário que haja uma interação entre os estudos da área de elétrica e mecânica.

Um exemplo desta interação é a questão que se refere ao acionamento das correias

transportadoras, pois o mesmo envolve cálculos de potência necessária para vencer

o atrito e conseguir realizar um transporte efetivo, além da seleção correta de

motores elétricos e de partidas, os quais devem trabalhar em conjuntos com outros

componentes mecânicos.

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Segundo o Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 82), da Procel Indústria

[1], a partir dos dados levantados sobre o funcionamento do transportado, pode-se

por meio de equações e fórmulas matemáticas, calcular rotações e potências

necessárias. Tendo definido as potências requeridas, deve-se buscar as

especificações técnicas para selecionar motores elétricos, redutores, variadores de

velocidade, tipos de chaveamento, entre outros. Busca-se, no mercado,

equipamentos comercias que possam ser adquiridos, levando em consideração

materiais, processos de fabricação, qualidade, custos, prazo de entrega, assistência

técnica, peças de reposição e durabilidade, além de que tenham desempenho

satisfatório tanto paro o projeto elétrico como para o mecânico.

7.1 CONJUNTO DE ACIONAMENTO

Segundo o Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 70), da Procel Indústria

[1], a potência a ser transmitida, o tipo de serviço e o arranjo mecânico irão definir o

conjunto de acionamento. Na maioria dos casos a solução mais econômica consiste

em se combinar um motor elétrico com acionamento por polias e correias em V, ou

ainda um redutor, dependendo das características de potência, velocidade única ou

múltipla e condições econômicas.

A figura a seguir apresenta um sistema de acionamento, destacando-se os

componentes mecânicos atrelados ao motor:

Figura 2: Conjunto de Acionamento

Fonte: Guia Básico de Correias Transportadoras – Procel Indústria [1]

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7.2 CÁLCULO DE POTÊNCIA

O cálculo da potência necessária deve ser realizado pelos projetistas ligados à

parte mecânica e produtiva do processo, e a partir de seu valor pode-se efetuar o

dimensionamento de demais componentes e a seleção de motores e partidas pelos

profissionais da área de elétrica. Segundo o Manual de Transportadores (cap. 1 p.

26), da FAÇO [2], A potência utilizada para a movimentação do transportador é

composta por quatro parcelas:

Parte necessária para vencer a inércia de roletes, tambores e correia.

Parte necessária para deslocamento horizontal do material transportado;

Parte necessária para deslocamento vertical do material, em

transportadores montados ema aclive ou declive;

Parte necessária para superar os atritos de acessórios

A fórmula apresentada na figura a seguir é utilizada para se calcular a potência

efetiva necessária para o transporte de material:

As variáveis desta fórmula devem ser obtidas em tabelas para a conclusão dos

cálculos. Tais tabelas não serão apresentadas uma vez que não estão

compreendidas dentro do objetivo do estudo, e a motivação de apresentar esta

fórmula se dá apenas na verificação dos parâmetros que influenciam seu cálculo.

Figura 3: Fórmula Para Cálculo de Potência

Fonte: Manual de Transportadores – FAÇO [2]

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7.3 SELEÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS

Segundo o Manual de Transportadores (cap. 2 p. 62), da FAÇO [2], os motores

utilizados para acionamento do transportador geralmente são do tipo rotor de gaiola

TFVE (com ventilação externa), com torque de partida normal (160%) e isolamento

classe B.

O projetista da parte elétrica deve, em conjunto com o projetista mecânico, ser

capaz de selecionar o motor mais adequado para as características de

carregamento exigidas. Esta escolha é baseada no modelo do motor, potência

nominal, tensão nominal, número de fases, corrente nominal, frequência nominal,

velocidade de rotação, regime de trabalho, grau de proteção, entre outras

características fundamentais.

Segundo o Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 80), da Procel Indústria

[1], os motores utilizados nos acionamentos de correias transportadoras em geral

são de grande potência com valores entre 50 e 100cv e trabalham durante várias

horas por dia. Motores de alto rendimento, quando comparados com motores

standard, apresentam rendimentos mais elevados, maior fator de potência e ainda

apresentam uma vida útil maior, pois é um motor que costuma trabalhar a uma

menor temperatura de funcionamento.

8. ESTUDO EM SALA DE AULA DOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

As definições referentes ao tipo de trabalho envolvido (por exemplo, se o

transportador é de ação contínua ou intermitente) influem principalmente no tipo de

partida a ser escolhida. De maneira geral, um motor de indução requer

aproximadamente seis vezes a sua corrente nominal para partida à tensão nominal.

Nos casos em que a corrente de partida do motor é elevada, como para aplicação

em correias transportadoras, pode ocorrer elevada queda de tensão no sistema da

alimentação da rede. Devido a isso, diversos métodos de partida foram

desenvolvidos, e os mesmos são apresentados a seguir, conforme definições vistas

e aprendidas durante o estudo da disciplina de Eletrotécnica Industrial II, quais

possuem grande aplicabilidade em acionamentos de correias transportadoras, sendo

empregadas segundo as variáveis do tipo de trabalho envolvido:

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Partida Direta: Esse método pode ser empregado quando se deseja ter

desempenho máximo no torque de partida do motor, como para bombas

d’água, compressores, ventiladores. Tem como prós o baixo custo, torque

de partida elevado, tamanho reduzido de componentes. E tem como contras

os altos valores de correntes e custo de manutenção elevado.

Chave Compensadora: Essa chave reduz a corrente de arranque, evitando

sobrecargas, deixando o motor com arranque sufciente apenas para a

partida. Pode ser usada nas mesmas máquinas de partida direta, mas que

exigem maiores potências como esteiras, britadores, grandes ventiladores,

laminadores e moinhos. Tem como vantagens o uso com qualquer motor

trifásico, no qual o motor permanece sempre energizado mesmo no intervalo

de troca dos contatores. Como desvantagem, cita-se o alto custo, e a

exigência de espaço físico relativamente alto.

Estrela-Triângulo: Destina-se a máquinas que partem em vazio ou com

conjugado resistente baixo, praticamente constante. Atingida a rotação e a

corrente nominal pode-se comutar para a ligação em triângulo, quando a

corrente será igual à corrente nominal. Na passagem de uma posição à outra,

há uma elevação brusca do conjugado, que produz um tranco no eixo da

máquina. Essa operação pode ocasionar em uma diminuição da vida útil da

máquina. Usada em máquinas para usinagem de metais (tornos, fresas, etc).

Como vantagens, têm-se baixo custo, menor espaço físico exigido, e corrente

reduzida. Como desvantagens, a tensão da rede deve coincidir com a tensão

em triângulo do motor, o torque é reduzido na partida, e ocorre pico de

corrente na comutação.

Soft Starter: São equipamentos avançados para redução de tensão na

partida por meio de rampas de aceleração ou desaceleração suaves através

do uso de tiristores. Não provoca trancos no sistema, evita correntes de pico e

ainda incorpora paradas suaves e proteções. Usado em grandes motores

como esteiras, máquinas de grande momento de inércia das categorias AC-2

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e AC-3. Os Soft-Starters mais modernos têm circuitos de economia de

energia, reduzindo perdas no motor.

Podemos verificar que o uso de diferentes métodos de partida está aliado a uma

análise dos resultados esperados para o equipamento, possibilitando assim uma

escolha correta do sistema de partida.

9. EXEMPLO DE FABRICANTES

Fabricantes de Sistemas Transportadores por Correia

Nome Localização Website

Contitech MG/SP/PA/ES/RJ http://www.contitech.com.br/

Equipecon São Paulo http://equipecon.com.br/

Logitec São Paulo http://www.logitecsistemas.com.br/

Dematic São Paulo www.dematic.com/pt-BR

10. INOVAÇÕES

No segmento de transportadores por correia um dos maiores desafios, e talvez o

grande objetivo, é alcançar grande eficiência, agilidade e baixo custo na linha de

produção. Seguindo este raciocínio, várias empresas e fabricantes destes sistemas

investem tempo e dinheiro em pesquisas, buscando encontrar soluções práticas

para melhorar o modo como os transportadores atuam nas indústrias.

Essas melhorias começaram com a automatização da linha de transporte no

chão de fábrica. Hoje, todo o sistema é organizado por computador e roda de acordo

com a produção vigente no momento. Partidas, velocidades, inversões de sentido,

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paradas e todos os movimentos e aspectos das correias transportadoras são

integrados na linha de produção, controlados e atuados por computador.

Nesse contexto surgiram alguns itens e acessórios de controle da linha e do

sistema de esteira, que tem por objetivo identificar falhas, rupturas e demais

eventualidades afim de, automaticamente, corrigir as configurações atuais da linha e

garantir que esta não pare, dispensando assim até mesmo um operador.

Um exemplo é o sistema Roxbulk® da empresa ROXPAN, apresentado em seu

Descritivo Técnico [6], que analisa o volume e o fluxo de materiais na esteira e

permite a substituição de sistemas de pesagem. Ele utiliza um scanner a laser que

obtém os dados de forma rápida e precisa, sem o risco de contaminação da carga

em transporte.

11. CONCLUSÃO

Através do trabalho pôde-se conhecer mais a respeito dos transportadores de

carga e, mais especificamente, sobre os de correia, que possuem grande

aplicabilidade nas indústrias atualmente. Os projetos deste tipo de maquinário

envolvem engenheiros elétricos e mecânicos, de forma que a interação entre estas

áreas deve ser perfeita para que se atinja o melhor resultado.

Diversos assuntos estudados em sala de aula, como os referentes à seleção

do motor e do tipo de acionamento elétrico foram também percebidos durante o

decorrer do trabalho. De tal forma, consideramos que todos os objetivos foram

alcançados, uma vez que os elementos de uma correia transportadora foram

apresentados e debatidos, além de ter-se evidenciado a relação dos sistemas com

as engenharias e percebida a aplicação dos conhecimentos técnicos utilizados em

sala em relação aos projetos de transportadores por correia.

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REFERÊNCIAS [1] PROCEL INDÚSTRIA. Edição Seriada 1: Correias Transportadoras – Guia Básico. Brasília, 2009. 179 p. [2] FÁBRICA DE AÇOS PAULISTA (FAÇO). Manual De Transportadores De Correias. 4ª edição. São Paulo. 412 p. [3] PHOENIX CONVEYOR BELT S. A mais longa correia transportadora do mundo. Disponível em: <http://www.phoenix-conveyorbelts.com/pages/world-records/longest/longest_pt.html>. Acesso em: 27 jun. 2015 [4] UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA. Transportadores Contínuos Para Graneis Sólidos (p. 20-47) – Cap. 5: Transportador de Correia (TC). Salvador, 2013.

[5] TRATORAÇO & MERCADO DE CORREIAS. História das Correias

Transportadoras. Disponível em:

<http://www.tratoraco.com.br/home/conteudo/3314/2710/Historia-das-Correias-

Transportadoras>. Acesso em: 26 jun. 2015

[6] ROXPAN AUTOMAÇÃO E REPRESENTAÇÃO INDUSTRIAL LTDA. Descritivo

Técnico – FAQ Roxbulk. Jundiaí, São Paulo.