dimensionamento básico de uma ponte rolante para Áreas de manutenção industrial

CENTRO UNIVERSITÁRIO DA

FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE BARRETOS

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

DIMENSIONAMENTO BÁSICO DE UMA PONTE ROLANTE

PARA ÁREAS DE MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

LUAN ISMAEL LIBERATO PERINAZZO

MATEUS SERGIO RODRIGUES PRIETTO

Barretos – SP

2014

LUAN ISMAEL LIBERATO PERINAZZO

MATEUS SERGIO RODRIGUES PRIETTO

DIMENSIONAMENTO BÁSICO DE UMA PONTE ROLANTE

PARA ÁREAS DE MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

Monografia apresentado como exigência

parcial para obtenção do crédito de

conclusão do curso de Engenharia

Mecânica do Centro Universitário da

Fundação Educacional de Barretos

(UNIFEB)

Orientador: Prof. MSc. Luis Carlos de

Marino Schiavon

Barretos – SP

2014

P418d Perinazzo Luan I. Liberato: Prietto Mateus Sergio R.

DIMENSIONAMENTO BÁSICO DE UMA PONTE ROLANTE PARA ÁREAS DE MANUTENÇÃO INDUSTRIAL /Luan lsmael Liberato Perinazzo/Mateus Sergio Rodrigues Prietto. Barretos, 2014. 59p. Orientador. Prof. MSc. Luis Carlos de Marino Schiavon. Trabalho de Conclusão de Curso – Curso de Engenharia Mecânica. – Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos. UNIFEB. 1. Dimensionamento. 2. Ponte Rolante. 3, Manutenção.

Orientador: Prof. Msc. Rhadler Herculani.

CENTRO UNIVERSITÁRIO DA FUNDAÇÃO EDUCACIONAL

DE BARRETOS

Autores do Trabalho: Luan Ismael Liberato Perinazzo

Mateus Sergio Rodrigues Prietto

Título do Trabalho: Dimensionamento básico de uma ponte rolante para

áreas de manutenção industrial.

Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso como exigência

parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia

Mecânica do Centro Universitário da Fundação Educacional de

Barretos (UNIFEB)

Data da Aprovação: ___/___/___

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________________

Prof. MSc. Luis Carlos de Marino Schiavon - Orientador

_________________________________________________

Prof. MSc. Antonio Cesar da Silva - Convidado

_________________________________________________

Prof. MSc Rhadler Herculani - Convidado

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradecer a Deus

pela conquista e honra de estar

onde estamos até hoje. E sempre

buscar o método de evoluir.

Ao nosso orientador Prof. Luís

Carlos de Marino Schiavon pela

motivação e apoio.

Ao nosso Prof. Rhadler Herculani,

pelo auxilio e paciência.

Aos nossos colegas e professores

que contribuíram ao longo período

deste tempo, para realização deste

trabalho e de nosso futuro.

E da nossa família pelo apoio de

estar sempre nos motivando com

um futuro melhor.

RESUMO

As pontes rolantes são muito utilizadas em vários setores industriais para transporte

de carga pesadas podendo assim agilizar e otimizar o transporte destas carga nos

setores da indústria. Neste trabalho, efetua-se o dimensionamento básico de uma

ponte rolante para uso em áreas de manutenção industrial. Através de revisão da

literatura, são identificados procedimentos utilizados para dimensionamento do

equipamento. Posteriormente, é efetuado um exemplo de cálculo, colocando-se em

prática os conhecimentos adquiridos no estudo da literatura. Adquirindo estes

conhecimentos podemos seguir uma sequencia de cálculos os quais foram cálculos

da força máxima do cabo, a escolha do cabo, o tipo de moitão a ser utilizado o

diâmetro do tambor, polia do tambor, polia de passagem, polia compensadora,

velocidade de elevação, o torque do motor, diâmetro das rodas do carro, rotação da

roda, cálculo da potência do regime do motor de translação do carro, motor de

translação da ponte, potência de aceleração, escolha do freio da ponte e do carro.

Tudo para que a ponte rolante esteja adequado para o vão da ponte, a altura, a carga

máxima utilizada, pré determinada neste trabalho, nos garantindo também um maior

coeficiente de segurança.

Palavras chaves: Dimensionamento. Manutenção. Ponte rolante.

ABSTRACT

The overhead cranes are widely used in various industries for transporting heavy

cargo can thus streamline and optimize the transport of such cargo in industry. This

work makes up basic sizing of a overhead crane to be used in areas of industrial

maintenance. Through literature review, are identified procedures used for equipment

sizing. Later, it made an example calculation, putting in practice the knowledge

acquired in the study of literature. Acquiring this knowledge can follow a sequence of

calculations which were calculations of maximum strength of the cable, the choice of

cable, type of pulley diameter of the drum, pulley passage, compensating pulley,

hoisting speed to be used of the engine, the car wheel diameter, wheel rotation, force

calculation of engine speed translational car, force translational of overhead cranes,

acceleration force, choice of the brake of car, and overhead cranes. All so that the

overhead crane is suitable for the span of the bridge, the height, the maximum load

used, pre determined in this work, also in ensuring greater safety factor.

Keywords: Sizing. Maintenance. Overhead crane.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 9

1.1 OBJETIVO ............................................................................................................. 9

1.2 OBJETIVO ESPECÍFICO .................................................................................... 10

1.3 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 10

1.4 METODOLOGIA.................................................................................................. 10

2. REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................. 12

2.1 PONTES ROLANTES ......................................................................................... 12

2.2 DIMENSIONAMENTOS DA PONTE ROLANTE ................................................. 17

2.2.1 SISTEMA DE ELEVAÇÃO DA CARGA ....................................................... 18

2.2.2 PESO DO MOITÃO – Qm. .......................................................................... 18

2.2.3 RENDIMENTO TOTAL DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO ............................... 19

2.2.4 CÁLCULO DA FORÇA MÁXIMA NO CABO DE AÇO Fc. ........................... 20

2.2.5 ANÁLISE DOS CABOS DE AÇO. ............................................................... 21

2.2.6 CARGA DE RUPTURA MÍNIMA EFETIVA DA FORÇA DO CABO. ............. 23

2.2.7 ANÁLISE DOS DIÂMETROS DAS POLIAS DE CABOS Dp. ..................... 25

2.2.8 DIMENSÕES DA GARGANTA DA POLIA DE CABOS FUNDIDOS. ........... 27

2.2.9 DIÂMETRO ADOTADO PARA O TAMBOR DE ELEVAÇÃO DA CARGA. .. 28

2.2.10 CÁLCULO DE PONTÊNCIA DE REGIME NR. ........................................... 29

2.2.11 VELOCIDADE DE ELEVAÇÃO VE. ............................................................ 30

2.2.12 CÁLCULO DO SISTEMA DE FREIOS DE ELEVAÇÃO. ............................ 31

3. SISTEMA DE TRANSLAÇÃO DO CARRO. ........................................................ 33

3.1 DIÂMETRO DAS RODAS DO CARRO. ...................................................... 34

3.2 CÁLCULO DE ROTAÇÃO A RODA DO CARRO. ....................................... 36

3.3 CÁLCULO DE REDUÇÃO DO REDUTOR. ................................................ 37

3.4 MOTOR DE TRANSLAÇÃO DO CARRO. .................................................. 37

4 SISTEMA DE TRANSLAÇÃO DA PONTE. ......................................................... 39

4.1 REDUTOR DE TRANSLAÇÃO DA PONTE. ............................................... 40

4.2 CÁLCULO DA REDUÇÃO DO REDUTOR. ................................................ 41

4.3 RENDIMENTO DO REDUTOR. .................................................................. 42

4.4 MOTOR DE TRANSLAÇÃO DA PONTE ROLANTE. ................................. 43

4.5 POTÊNCIA DE ACELERAÇÃO. ................................................................. 45

4.6 POTÊNCIA NOMINAL DO MOTOR ELÉTRICO. ........................................ 46

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS. ................................................................................... 48

REFERÊNCIAS. ......................................................................................................... 50

9

1 INTRODUÇÃO

No mercado existem diversos modelos de pontes rolantes, que diferem

conforme a necessidade do consumidor em relação à economia e ao espaço físico

das suas aplicações. Uma ponte rolante é um aparelho de elevação móvel que tem a

aplicação de circular em uma via móvel na qual designa um caminho através de

rolamento em suas vias. No caso de só ser instalado com uma viga, a ponte rolante

será designada como monoviga e no caso de ser instalada com duas vigas ela é

denominada de bivigas (TAMASAUKAS, 2000).

Os elementos aplicados que move uma ponte rolante são: Trolley lateral,

Trolley guincho e redutor, que tem a função de efetuar três movimentos diferentes.

Elevação: Movimento de elevação de carga vertical.

Translação Transversal: Movimento que referem a horizontal transversal

que circula com sistema de rolamento.

Translação Longitudinal: Movimento horizontal paralelo que circula

através de rolamento.

1.1 OBJETIVO

Tem-se por objetivo, no presente trabalho, efetuar o dimensionamento

básico dos componentes mecânicos de uma ponte rolante para uso em uma

instalação de manutenção industrial.

10

1.2 OBJETIVO ESPECÍFICO

Levantar a bibliografia especifica;

Analisar aplicações;

Determinar os dados para ponte rolante (Capacidade de elevação de carga,

Altura de elevação da Carga, Tipo do Moitão, Ciclos de operação, Vão da

Ponte Rolante, etc);

Calcular dimensionamento básico através dos passos que decorre através do

trabalho;

Conclusões obtidas através de cálculos.

1.3 JUSTIFICATIVA

Ponte rolante é um equipamento básico muito utilizado nos dias atuais

pelas empresas, devido a sua alta facilidade com o transporte interno. A elaboração

desse trabalho auxilia na capacitação dos autores para atuação própria como

instalação básica do projeto e do equipamento.

Este trabalho auxilia o leitor em cursos específicos como engenharia

mecânica e o capacita para futuro projeto.

Este trabalho ajuda no embasamento teórico e pratico, tendo em vista os

cálculos realizados, para auxiliar os futuros Trabalhos de Conclusão de Curso - TCC.

Dos alunos da engenharia mecânica do UNIFEB.

1.4 METODOLOGIA

Para se efetuar o dimensionamento básico de uma ponte rolante qualitativa

é necessário fazer pesquisas bibliográficas, histórica, e práticas. Onde através destas

11

pesquisas podemos adotar os seguintes dados para o equipamento:

Capacidade de elevação de carga: Q = 30,0 tonelada.

Altura de elevação da Carga: H = 15,0 m.

Tipo do Moitão (Bloco de Elevação): CDS = Curto, Deslizamento, Simples.

Ciclos de operação: 15 ciclos/horas

Vão da Ponte Rolante: S = 20,0 m.

Finalidade: Área de manutenção Industrial.

Peso aproximado do carro da Ponte: Wc = 5 tonelada.

Peso aproximado da Ponte Rolante: Wp = 28 tonelada.

Buscamos um fácil entendimento de como efetuar um dimensionamento

com clareza e seguimentos, conforme quadros normalizados e cálculo com pré-

diretrizes. Assim temos um fácil conhecimento específico do equipamento e de seu

mecanismo de uma ponte rolante para área de manutenção industrial.

12

2. REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 PONTES ROLANTES

Como se pode observar na Figura 1, o movimento de subida e descida da

carga é executado pelo sistema de levantamento, o movimento horizontal e

perpendicular as laterais do prédio é executado pelo sistema de translação do carro e

o movimento longitudinal é executado pelo sistema de translação da ponte Rolante

(TAMASAUKAS, 2000).

Figura 1 - Equipamento de manuseio e transporte de cargas - Ponte rolante convencional. Fonte: TAMASAUSKAS (2000).

Dimensionamento das partes mecânicas e estruturais principais de uma

máquina de elevação e transporte de cargas (MET) - Ponte Rolante. As normas que

regem os projetos de equipamentos de manuseio de cargas nas siderurgias impõem

13

critérios técnicos mínimos a serem observados pelos projetistas, como por exemplo,

espessura mínima para as chapas estruturais, diâmetro mínimo do cabo de aço, etc

(TAMASAUKAS, 2000).

Trata-se mais especificamente da sequência para uma determinação da

configuração geral, para um equipamento. As normas que orientam os projetos das

METs procuram padronizar coeficientes e esforços, aplicados a modelos, que, em

condições normais de operação e manutenção, atendem aos requisitos de segurança

e durabilidade, porém, não relatam muitos comentários sobre "como o equipamento

foi configurado". Portanto, a idéia é procurar uma sequência, desde os objetivos a que

se propõe o equipamento, à sua configuração, também a análise por meio das

ferramentas de engenharia e recomendações de Normas. A partir da construção de

modelos, pretende-se desenvolver procedimentos objetivos, que permitam a

configuração básica adequada do equipamento. Serão feitas análises sobre a função

e classificação das METs, tecendo-se comentários sobre os requisitos mínimos para

configuração básica do equipamento (TAMASAUKAS, 2000).

Análises serão feitas sobre um sistema de elevação de cargas. Também

será feita uma proposição para o sistema de translação do carro. Teremos uma

proposição para análise do carro. Abordaremos o seguimento do equipamento, ou

seja, os mecanismos. Trata-se de uma proposta para início da configuração. Serão

abordados tópicos para configuração do sistema de translação do equipamento -

longitudinal, bem como os mais usuais sistemas de translações. E analisadas as

possíveis maneiras de comando do equipamento MET. Serão feitas as discussões da

sequência proposta e ainda, haverá sugestões para futuros trabalhos. Será

exemplificado o desenvolvimento da metodologia proposta, para um caso específico,

de um mecanismo de levantamento de cargas de uma Ponte Rolante

(TAMASAUKAS, 2000).

Conforme as figuras 2 a 5, há aplicações da ponte rolante nas mais

diversas áreas de sua atuação, como em transportes, siderurgias, etc.

14

Tipos de aplicações da Ponte Rolante.

Figura 2 – Ponte Rolante com aplicação convencional Fonte: MHE – DEMAG (2013).

Figura 3 – Ponte Rolante com aplicação no seguimento de Bobinas Fonte: DEMAGCRANES (2013).

15

Figura 4 – Ponte Rolante com aplicação no transporte de granel Fonte: DEMAGCRANES (2013).

Figura 5 - Ponte Rolante com Aplicação em siderúrgicas Fonte: DEMAGCRANES (2013).

16

É visto no Quadro 1 alguns componentes mecânicos, estruturais e

elétricos, que serão abordados.

Quadro 1 - Normas X Componentes.

Mecanismos

NBR 8400

[01]

CMAA70/83

[02]

NBR11723

[3]

Estruturas

Detalhes Construtivos para Estruturas

Motores Elétricos

Componentes Elétricos (Exceto

Motores)

Fonte: TAMASAUSKAS (2000).

A Norma NBR 8400 [01] Fixa diretrizes básicas para os mecanismos e

estruturas. Entretanto é omissa em alguns detalhes construtivos estruturais, como por

exemplo, as proporções dimensionais e a flecha admissível.

Neste caso o recomendado pela CMAA 70/83 [02] será observado.

Também não fixa diretrizes para os componentes elétricos.

Estas diretrizes serão extraídas das normas CMAA 70/83 [02], NEC -

National Electrical Code, IEC - International Electrical Code e NEMA - National

Electrical Manufacturers Association.

Com as diretrizes pré - denominadas “Standards” conforme normas ABNT.

17

2.2 DIMENSIONAMENTOS DA PONTE ROLANTE

Na metodologia na questão de construção dos cálculos preliminares da

ponte rolante começa com a classificação do grupo de trabalho - número de ciclo por

horas (Quadro 2).

Quadro 2 - Número de ciclos por hora [c/h] (Conforme a norma DIN 15020).

Fonte: PURQUERIO (2007a).

No dimensionamento da ponte rolante na área manutenção industrial,

prevalece o grupo 1 de trabalho, que se atua como de 6 a 18 o seu número de ciclo

por horas.

A velocidade [VE] é determinada conforme número de ciclos por horas de

operação (Quadro 3).

Quadro 3 – Cálculos de Velocidade [VE].

Número de ciclo por hora Velocidade de elevação [ VE ]

Até 18 Baixa

De 18 a 30 Média

Acima de 30 Alta


Como o projeto da ponte rolante se tem aplicação para área de

manutenção industrial está sendo considerado para um ciclo de 15 ciclos/hora,

dizemos que a velocidade de elevação é baixa, pois como mostra no Quadro acima

pode ser considerada baixa até 18 ciclos/hora.

Grupo de Trabalho Número de ciclos por hora [c/h]

0 Até 6

1 De 6 a 18

2 De 18 a 30

3 De 30 a 60

4 Acima de 60

18

2.2.1 SISTEMA DE ELEVAÇÃO DA CARGA

Para dar-se seguimento aos cálculos tem - se a necessidade de, além de

prevalecer a carga do equipamento, necessita-se do conhecimento do peso do

moitão (Quadro 4).

Quadro 4 – Pesos aproximados de moitões curtos e longos – [Qm]

Fonte: PURQUERIO (2007c)

2.2.2 PESO DO MOITÃO – Qm.

Conforme Quadro 4 – Vide carga útil Q = 30,0 tonelada, usaremos moitão

gêmeo com 8 cabos e peso aproximado Qm = 630,0 Kgf (PURQUEIRO, 2007b).

Os seguintes quadros de dimensões de moitão curto com mancais de

deslizamento (CDS). Encontra - se:

Anexo A – Dimensões aproximadas dos moitões curtos de 4 cabos e mancais de

deslizamento.

Anexo B – Dimensões aproximadas dos moitões curto de 8 cabos e mancais de

deslizamento.

19

Anexo C – Dimensões aproximadas dos moitões longo de 4 cabos.

Anexo D – Cabos de aço com Classe em aplicações gerais para Pontes Rolantes.

Anexo E – Cabos de aço com Classe em aplicações dinâmica para Pontes Rolantes.

2.2.3 RENDIMENTO TOTAL DO SISTEMA DE ELEVAÇÃO

Com o dimensionamento do motor elétrico no sistema de elevação, são

propostos vários rendimentos a serem consideráveis. O rendimento para o moitão

interage com números de cabos para a sustentação, como o moitão de cabeamento

são considerável simétrico (gêmeo) prevalece à metade do número de cabos

estabelecido pelo Quadro 5 (PURQUERIO, 2007 d).

Quadro 5 – Rendimento de cabeamentos simples.

Fonte: PURQUERIO (2006).

20

No Quadro 5, calcula-se o rendimento de cabeamentos, em um moitão de

8 cabos será considerado um número de cabos de sustentação;

Fonte: ABNT: NBR 8400: 1984 [1].

2.2.4 CÁLCULO DA FORÇA MÁXIMA NO CABO DE AÇO Fc.

Segundo PURQUERIO (2007a) o cálculo da força máxima Fc no cabo de

aço é obtido por;

Fc =

=

= 4073 Kgf

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01]

Onde;

Q = Carga;

QM = Peso do moitão; Quadro 4;

nc = número de ramais de cabos;

ηm = rendimento do moitão.(PURQUERIO, 2007a).

Conforme Norma DIN 15020, o diâmetro mínimo do cabo de aço é dado;

dmin = K

Fonte: Norma DIN 15020

21

Onde;

dmin = mínimo diâmetro do cabo admissível [mm];

k = coeficiente fornecido pela Quadro 6;

Fc = solicitação do cabo [kgf].

Quadro 6 – Valores mínimos do coeficiente K.


Conforme proposto no Quadro 2. Sabendo que o dimensionamento

estabelece no grupo 1, de transmissão por cabos de aço. K = 0,30.

Através da fórmula que segue abaixo, obtemos o diâmetro mínimo do cabo

de aço.

dmin = K = = 19,15 [mm].

Fonte: Norma DIN 15020.

2.2.5 ANÁLISE DOS CABOS DE AÇO.

Conforme analisado o diâmetro mínimo do cabo, com a função da força do

cabo de aço comercial, (Anexo E – CIMAF, 2009).

22

Quadro – 3 Construção do cabo de aço

Fonte: Catálogo da CIMAF, 2009.

Cabo de aço – Construção

Construção é um termo empregado para indicar o número de pernas, o

número de arames de cada perna e a sua composição;

Número de pernas e número de arames em cada perna (Por exemplo: o

cabo 6 X 19 possui 6 pernas com 19 arames cada);

Tipos de composição: Principais tipos: Simples, Seale, Filler e

Warrington, formadas de arames de diferentes diâmetros.

Um fator de segurança adequado garante:

• Segurança na operação de movimentação de carga;

• Desempenho e durabilidade do cabo de aço e, consequentemente, economia.

Através do Quadro que se segue obtemos os fatores de segurança que é

utilizado para pontes rolantes.

23

Quadro 8 – Fatores de segurança. Aplicações Fatores de Segurança

Cabos e cordoalhas estáticas 3 a 4

Cabo para tração no sentido horizontal 4 a 5

Guinchos, guindastes, escavadeiras. 5

Pontes rolantes 6 a 8

Talhas elétricas 7

Guindaste estacionário 6 a 8

Lingas 5

Elevadores de obras 8 a 10

Elevadores de passageiros 12 Fonte: PURQUERIO (2007a).

A carga de trabalho é a massa máxima que o cabo de aço está autorizado

a sustentar;

O fator de segurança (FS) é a relação entre a carga de ruptura mínima

(CRM) do cabo e a carga de trabalho (CT), ou seja: FS = CRM / CT

2.2.6 CARGA DE RUPTURA MÍNIMA EFETIVA DA FORÇA DO CABO.

Resistência dos cabos de aço são definidas através da:

A carga de ruptura teórica do cabo de aço é obtida através da

resistência dos arames multiplicada pelo total da área da seção de todos os arames;

A carga de ruptura mínima do cabo de aço é obtida através da carga de

ruptura teórica do mesmo, multiplicada pelo fator de encablamento;

Este fator varia conforme as diversas classes de cabos de aço. A carga

de ruptura medida é determinada em laboratório, através do ensaio de tração do cabo

de aço (Catálogo da CIMAF, 2009).

Os métodos de segmento dos cabos são fornecidos pela carga de ruptura

mínima efetiva da força do cabo de aço conforme fatores de segurança 6 a 8.

24

Classificação do cabo de aço: 6 x 41 Alma de Fibra.

Material: IPS.

Diâmetro: dc = (22,0 mm).

Carga de ruptura mínima efetiva: Fr = 29500,0 kgf.


V =

=

= 7,24 Aceitável

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

O valor 7,24 se encontra dentro das especificações de Fatores de

Segurança.

Classificação do cabo de aço: 6 x 41 Alma de Fibra.

Material: EIPS.

Diâmetro: dc = (22,0 mm).

Carga de ruptura mínima efetiva: Fr = 32600,0 kgf.


V =

=

= 8 Aceitável

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

O valor 8 se encontra dentro das especificações de Fatores de Segurança.

Neste exemplo será aplicado o cabo 6 X 41 Alma de Fibra com aplicações

gerais, que será utilizado no catálogo da CIMAF (2009), no uso comercial de cabos

de aço, conforme informações de dimensionamentos encontradas em Anexo E.

25

2.2.7 ANÁLISE DOS DIÂMETROS DAS POLIAS DE CABOS Dp.

Análise do coeficiente do diâmetro mínimo das polias. Com o Quadro 9

obtêm-se os diâmetros mínimos das polias de passagem e polia compensadoras,

através do número de grupo já dimensionado no início do projeto obtém o valor do

diâmetro do cabo de aço.

Quadro 9 – Valores mínimos D/dc para tambores e polias de cabos (DIN 15020).


Polia (s) de Tambor.

Grupo 1, Dmin = DT x dc

Dmin = 18,0 x 22,00 = 396,0 mm.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Polia (s) Passagem (s). Grupo 1,

Grupo 1, Dmin = Dp x dc

Dmin = 20,0 x 22,00 = 440,0 mm.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

26

Polia (s) Compensadora (s). Grupo 1,

Grupo 1, Dmin = Dc x dc

Dmin = 14,0 x 22,0 = 308,0 mm.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Conforme no Quadro 10, os diâmetros mínimos de polias podem ser

obtidos seguindo o critério conforme normas de dimensões de polias de cabos, de

passagem e compensadoras, que serão necessárias para o dimensionamento do

projeto do moitão.

Quadro 10 – Dimensões das polias de cabos.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

27

Conforme Quadro 10 obtém-se;

Polia (s) de Tambor: Dt = 400,0 mm

Polia (s) de Passagem: Dp = 500,00 mm

Polia (s) Compensadora (s): Dc = 315,0 mm

2.2.8 DIMENSÕES DA GARGANTA DA POLIA DE CABOS FUNDIDOS.

A garganta é um local de assentamento do cabo na polia, o qual garante

uma maior durabilidade e fixação do cabo (PURQUERIO, 2006).

Diâmetro do cabo: 7/8”

a = 65,0 l = 18,0 r4 = 15,0

b = 50,0 r = 14,5

c = 10,0 r1 = 5,0

e = 1,5 r2 = 5,0

h = 37,5 r3 = 20,0

Quadro 11 – Dimensões da garganta da polia de cabos fundidas.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

28

2.2.9 DIÂMETRO ADOTADO PARA O TAMBOR DE ELEVAÇÃO DA

CARGA.

Com o Quadro 13, vamos buscar o método de como calcular o diâmetro do

tambor conforme normalizado. Os diâmetros normalizados de tambores

recomendados [1] são: 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800...[mm].

O Quadro 12 está propondo as dimensões das ranhuras helicoidais dos

tambores para enrolamento de cabos de aço.

Quadro 12 – Escopo de dimensões de tambores.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Conforme Quadro 13, Buscamos o diâmetro do tambor.

Diâmetro do tambor de enrolamento do cabo: DT = 500,0 mm

Os motores elétricos utilizados nos sistemas de elevação de carga de

pontes e rolantes são normalmente de indução trifásicos, fechados, autoventilados e

com rotor de anéis (PURQUERIO, 2007d);

29

Quadro 13 – Dimensões de tambores para enrolamento de cabo de aço.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

2.2.10 CÁLCULO DE PONTÊNCIA DE REGIME NR.

NR =

Onde:

NR = Potência em regime (CV);

Q = Carga no gancho (kgf);

Qm = Peso do moitão (kgf);

Ve = Velocidade de elevação (m/mim);

Ƞe = Rendimento total do sistema de elevação.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

30

O rendimento do tambor de elevação está relacionado com o par de

engrenagens retas que o aciona e são normalmente 0,96 a 0,97;

O rendimento do redutor pode ser adotado preliminarmente como sendo

0,90 e posteriormente confirmado, após seleção do redutor.

Rendimento do moitão;

Conforme Quadro 5 ηM = 0,94

Rendimento do Tambor ηT = 0,96

Rendimento do Redutor ηR = 0,90

Rendimento Total. Ƞe = ȠM x ȠT x ȠR = 0,94 x 0,96 x 0,90 = 0,81.

2.2.11 VELOCIDADE DE ELEVAÇÃO VE.

A velocidade de elevação é a velocidade obtida no carro primário da Ponte

Rolante, o qual pode-se obter através do Quadro 14.

Quadro 14 – Velocidade recomendada para operação de ponte rolante – Vp.


31

Como já sabemos o ciclo de horas da ponte rolante, o qual é de até 18, é

considerada uma velocidade baixa. E sabemos que a ponte rolante está operando

com capacidade de 30,0 tonelada.

Conforme Quadro 14.

VE = 4,5 m/mim.

NR =

= NR = 37,8 CV.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Considerando um motor de 4 polos com 1800 rpm.

2.2.12 CÁLCULO DO SISTEMA DE FREIOS DE ELEVAÇÃO.

Antes de calcular o freio escolhe-se qual o modelo de freio que irá ser

utilizado, ou seja, se irá ser freio a disco ou sapata. Como determinamos que irá ser

utilizado o frei a disco, pois o mesmo possui maior durabilidade e menos reparo,

seguimos o catálogo da Vulkan – Freio a disco linha K.

Quadro 15 - Sistema de freios.

Fonte: Catálogo da Vulkan (2011).

32

Onde para se determinar o freio a ser utilizado, devemos seguir os

seguintes passos:

TM =

[Nm]

TM =

147,63 [Nm]

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

P = Potência nominal do motor de elevação [cv];

n = rotação do motor [rpm];

TM = Torque do motor [Nm] (ABNT: NBR 8400:1984 [01]).

TF = K1 x TM

TF = 3,0 x 147,63 = 442,89 [Nm].

Onde:

TF = Torque de frenagem [Nm];

K1 calculado conforme Quadro a seguir:

Quadro 16 – K1.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Assim, através do Anexo G, obtemos a especificação do freio, o qual é

Freios Vulkan – Linha k – Freios de serviços e de estacionamento 5KE 625 øD(mm).

33

3. SISTEMA DE TRANSLAÇÃO DO CARRO.

Na questão do sistema de elevação da carga está constituído o conjunto

de subsistema que estão acoplados no conjunto que nomeia como troley (carro), que

são compostos por: motor elétrico de indução, acoplamento elástico, redutor de

engrenagem, tambor de elevação de carga, cabo de aço, e moitão ou bloco de

elevação, que são anexados em uma estrutura independente com sistema de rodas

de que possibilita o movimento horizontal da ponte rolante, conforme Quadro 17

(Tamasaukas, 2000).

Quadro 17 – Sistema de Translação do Troley (Carro).

Fonte: TAMASAUKAS (2000).

O cálculo tem normalmente a seguinte sequencia:

Definição e escolha das rodas;

Dimensionamento do redutor de engrenagens;

Cálculo e escolha do motor em catálogos;

Cálculo e escolha do freio;

Dimensionamento dos eixos de transmissão;

Seleção dos acoplamentos.

34

3.1 DIÂMETRO DAS RODAS DO CARRO.

O diâmetro das rodas do carro é determinado pelo Quadro 18, apresentado

a seguir:

Quadro 18 – Diâmetro de roda.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Para a determinação da quantidade de rodas do carro é utilizada a Quadro

19, apresentado a seguir;

Quadro 19 – Vão da ponte.

Fonte: PURQUERIO (2007b).

35

A velocidade do carro é determinada através do Quadro 14, apresentado a

seguir:


Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Trilhos para o caminho de rolamento do carro:

• Os trilhos para o caminho de rolamento são determinados através do

Quadro 20, apresentada a seguir.

• Normalmente, para os carros preferem-se trilhos com perfil quadrado

devido a sua altura ser menor do que os trilhos de estrada de ferro. (PURQUERIO

2007b).

Para definir o redutor de engrenagens para o sistema de translação do

carro, é necessário conhecer a rotação da roda do carro e a redução do redutor.

(PURQUERIO 2007b).

36

Quadro 20 – Perfis dos trilhos.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

3.2 CÁLCULO DE ROTAÇÃO A RODA DO CARRO.

A rotação da roda é encontrada conforme relação entre a velocidade de

translação do carro e o diâmetro da roda, como se segue (PURQUERIO, 2007a).

Nc =

Nc =

= 23,87 (rpm)

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

37

Onde:

nc = rotação da roda (rpm)

vc= velocidade do carro (m/min) Quadro 16.

Dr = diâmetro da roda (m) (PURQUERIO, 2007a).

3.3 CÁLCULO DE REDUÇÃO DO REDUTOR.

A redução necessária leva em consideração as rotações de entrada do

motor e saída da roda do sistema (PURQUERIO, 2007a).

Ic =

Ic =

= 24,0

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

Ic = redução do necessário;

nc = rotação da roda (rpm);

Nm = rotação do motor.

3.4 MOTOR DE TRANSLAÇÃO DO CARRO.

A potência de regime (deslocamento em velocidade constante) do motor de

translação do carro é obtida através da expressão que se segue (PURQUERIO,

2007a).

38

NR =

NR =

NR = 2,11 (CV)

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

= peso do carro [kgf];

= coeficiente de resistência ao rolamento das rodas do carro (Quadro

24);

η = rendimento do sistema.

Quadro 21 – Coeficiente de resistência ao rolamento das rodas do carro.


39

4 SISTEMA DE TRANSLAÇÃO DA PONTE.

O sistema de translação de pontes rolantes é composto dos seguintes

elementos principais; Motor elétrico; Acoplamento elástico; Freio; Redutor de

engrenagens; Eixos de transmissão Rodas, conforme Quadro 22 (TAMASAUKAS,

2000).

Quadro 22 – Sistema de translação da ponte.

Fonte: (TAMASAUKA, 2000).

40

4.1 REDUTOR DE TRANSLAÇÃO DA PONTE.

Para definir o redutor de engrenagens para o sistema de translação da

ponte, é necessário conhecer a rotação da roda da ponte e a redução do redutor

(PURQUERIO, 2007a).

Np =

Np =

= 35,81 (rpm)

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

np = rotação da roda (rpm)

vp= velocidade da ponte (m/min)

Dp = diâmetro da roda (m)



41

Diâmetro das rodas da ponte:

O diâmetro e a quantidade das rodas da ponte são determinados pelo

Quadro 14, apresentado a seguir;

Para pontes, normalmente utilizam-se trilhos de estrada de ferro; A

especificação dos trilhos para as rodas da ponte é obtida pelo Quadro 23.

(PURQUERIO 2007b).



4.2 CÁLCULO DA REDUÇÃO DO REDUTOR.

Ip =

Ip =

= 16

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

42

Onde:

Ip = redução do redutor

Ƞm = rotação do motor

Redução parcial do redutor:

Considerar que a máxima redução recomendada para um par de

engrenagens de dentes retos é 6,0 (Quadro 24).

Quadro 24 – Numero Normalizados ABNT NBR 6403.


4.3 RENDIMENTO DO REDUTOR.

O rendimento do redutor é obtido através da multiplicação dos rendimentos

parciais de todos os pares de engrenagens e de todos os pares de mancais;

Rendimento de um par de engrenagens de dentes retos = 0,97

43

Redutor com 2 pares de engrenagens, com 3 pares de mancais:

Ƞr = 0,97² . 0,985³ = 0,90

Redutor com 3 pares de engrenagens, com 4 pares de mancais:

Ƞr = 0,97³ . = 0,86

Cada roda possui um par de mancais, portanto, acrescenta-se um

rendimento de um par de mancais para calcular o rendimento total do sistema de

translação da ponte.

Rendimento de um par de mancais = 0,985

Rendimento total do sistema de translação da ponte.

ηp = ηr . 0,985

4.4 MOTOR DE TRANSLAÇÃO DA PONTE ROLANTE.

Obtém-se através de cálculo a potência de regime necessária para o

movimento de translação da Ponte Rolante.

Potência de regime (deslocamento em velocidade constante)

NR =

NR =

44

NR = 2,11 (CV)

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

= peso do carro [kgf];

= coeficiente de resistência ao rolamento das rodas do carro (Quadro

21);

η = rendimento do sistema.

Conforme Quadro 21 determina - se o coeficiente de resistência ao

rolamento da roda do carro.

Quadro 21 - Coeficiente de resistência ao rolamento das rodas do carro.


45

4.5 POTÊNCIA DE ACELERAÇÃO.

A potência de aceleração do motor de translação do carro é obtida através

da seguinte expressão:

NA =

NA =

NA = 6,05 (CV)

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

(Wp+ Wc + Q + Qm) = carga sobre as rodas da ponte

= velocidade da ponte

η = rendimento total do sistema de translação da ponte

β = coeficiente que leva em consideração as massas em rotação do

sistema (β = 1,1 a 1,2)

g = aceleração da gravidade ta = tempo de aceleração (Quadro 25).

Quadro 25 – Tempo de aceleração da translação de pontes rolantes e carros.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

46

4.6 POTÊNCIA NOMINAL DO MOTOR ELÉTRICO.

No movimento de translação, o conjugado de partida não é constante e

considera-se um valor médio de 1,7 a 2 vezes o conjugado normal. A Potência é

proporcional ao conjugado e é calculada como se segue: (PURQUERIO 2007a).

Nn =

a

Nn =

Nn = 4,8 (CV)

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

Nn = potência nominal [cv].

TM =

[Nm]

TM =

147,63 [Nm]

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Onde:

P = Potência nominal do motor de translação [cv];

n = rotação do motor [rpm];

TM = Torque do motor [Nm];


K2 calculado conforme Quadro 26.

47

TF = K2 X TM

TF = 0,75 X 147,63 = 110,72 [Nm]

Onde:


K2 calculado conforme Quadro 26.

Quadro 26 - K2.

Fonte: ABNT: NBR 8400:1984 [01].

Através do anexo F, obtemos a classificação do freio, o qual é definido

como: Linha k – Freios 5KR Disco de 355 øD (MM).

48

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS.

As pontes rolantes são bastante realizadas em diversas operações no

setor industrial, adotadamente em instalações de manutenção industrial. Deste modo,

este trabalho tem como objetivo o dimensionamento básico dos componentes

mecânicos de uma ponte rolante para o uso nas instalações da manutenção

industrial.

Através da especificação dos dimensionamentos, forem determinados os

seguintes dados de dimensionamento básico de uma ponte rolante para área de

manutenção industrial.

Conforme consta no quadro a seguir.

Força Máxima

Fc – 4073 Kgf

Cabo de Aço

Ws 6x41 22mm IPS φ 7,24

Moitão Curto Gêmeos

Qm = 630 Kgf

Tambor

DT = 500mm

Polia de Tambor: Dt = 400,0 mm

Polia de Passagem: Dp = 500,0 mm

Polia Compensadora: Dc = 315,0 mm

Freios de Elevação Vulkan

Linha K – Freio de Serviço e de Estacionamento – 5KE Ø 625

Velocidade de Elevação

Ve= 4,5 m/mim

Torque do Motor

TM = 147,63 Nm

Sistema de Translação do Carro

Diâmetro das Rodas

D = 400,0 mm

Rotação da Roda

Nc = 23,87 RPM

49

Motor de Translação do Carro

NR 2,11 CV

Redutor de Translação da Ponte Rolante

Np = 35,8 rpm

Motor de Translação da Ponte Rolante

Nr = 2,11 CV

Potência de Aceleração

Na = 6,05 CV

Torque do Motor

TM = 110,72

Freio – Linha K SKR Disco com Ø 355mm

50

REFERÊNCIAS.

CIMAF. Manual técnico cabo de aço outubro de 2009. Disponível em: <

http://www.cimafbrasil.com.br/adm/publicacoes/espec_rev250110.pdf>. Acesso em:

20 jun. 2014.

[2] CMAA 70/83 , Specification for Eletric Overhead Traveling Cranes, Association of

Iron and Steel Engineers, Pittsburg, 1983.

COLLINS J. A. Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas – Uma perspectiva de

prevenção da falha. LTC – Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro. 4 ed. 740p.

2008.

DEMAGCRANES. Ponte rolante de processo para comércio do aço. Disponível em: <

http://www.demagcranes.com.br/cms/site/br/page102091.html;jsessionid=F9B76793B

EF31055AF033F5FD10BDF9D.nodea>. Acesso em: 10 Ago. 2014.

DEMAGCRANES. Ponte rolante de processo para materiais a granel e reciclagem.

Disponível em: <http://www.demagcranes.com.br/cms/site/br/page102085.html>.

Acesso em: 10 Ago. 2014.

DEMAGCRANES. Ponte rolante de processo para siderurgia e unidade de fundição.

Disponível em:

<http://www.demagcranes.com.br/cms/site/br/page102094.html;jsessionid=F9B76793

BEF31055AF033F5FD10BDF9D.nodea>. Acesso em: 10 Ago. 2014.

ERNST, H. Aparatos de Elevacion y Transporte – Princípios y elementos construtivos.

v. 1. Editorial Blume. Barcelona. 339p. 1970.

MHE - DEMAG . Cranes for Automotive Industry. Disponivel em : <http://www.mhe-

demag.com/products/cranes_for_automotive_industry#>. Acesso em: 10 Ago. 2014.

http://www.demagcranes.com.br/cms/site/br/page102091.html;jsessionid=F9B76793BEF31055AF033F5FD10BDF9D.nodea

http://www.demagcranes.com.br/cms/site/br/page102091.html;jsessionid=F9B76793BEF31055AF033F5FD10BDF9D.nodea

51

[1] NBR 8400, Cálculo de Equipamentos para Levantamento e Movimentação de

Cargas, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, São Paulo, 1984.

PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – Cabos de aço e

correntes. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 55p. 2006.

PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – ABC de pontes rolantes

(Apostila). EESC-USP. São Carlos. 14p. 2007. a

PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – dimensionamento de

uma ponte rolante. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 82p. 2007. b

PURQUERIO, B. de M. Máquinas de Elevação e Transporte – Dimensionamento de

um moitão. (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 53p. 2007. c

PURQUERIO, B. de M. Motores Elétricos (Apostila). EESC-USP. São Carlos. 55p.

2007.

RUDENKO, N. Materials Handling Equipment. Peace Publishers. Moscow. 335p.

TAMASAUSKA, Arthur. Metodologia do Projeto Básico de Equipamentos de Manuseio

e Carga – Ponte Rolante – Aplicação não siderúrgica. 125p. Dissertação apresentada

e escola politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de mestre

em engenharia mecânica. São Paulo, 2000.Transporte de

52

Anexo A – Dimensões aproximadas dos moitões curtos de 4 cabos e mancais de

deslizamento.

Fonte: PURQUERIO (2007c).

53

Anexo B – Dimensões aproximadas dos moitões curto de 8 cabos e mancais de

deslizamento.


54

Anexo C – Dimensões aproximadas dos moitões longo de 4 cabos.


55

Anexo D – Cabos de aço com Classe em aplicações gerais para Pontes Rolantes.

Cabos de Aço para Pontes Rolantes Aplicações Especiais (CIMAF, 2009).

Anexo E – Cabos de aço com Classe em aplicações dinâmica para Pontes Rolantes.

Cabo de Aço Classe 6x41 – Alma de Fibra (CIMAF, 2009).

56

(Cabo de Aço Classe 6X41 Alma de Fibra Pg. 62 Manual CIMAF, 2009)

57

(Cabo de Aço Manual CIMAF, 2009)

58

Anexo F – Catálogo da Vulkan – Linha K – 5K / 5KR.

Freios conforme catalogo da vulkan – Linha k – Freios de serviços 5K/5KR.

59

Anexo G – Catálogo da Vulkan – Linha K – 5KE.

Freios conforme catalogo vulkan – Linha k – Freios de serviços e de estacionamento 5KE

dimensionamento básico de uma ponte rolante para Áreas de manutenção industrial

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