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ENGENHARIA CIVIL

ATIVIDADE PRATICA SUPERVISIONADA 2014/2

GUINDASTE ELETROMAGNETICO

DEYMON S BISSOLOTI – B9511F-7

JUAN CESAR DOS SANTOS – B93DFI-3

MARCOS ANTONIO DA SILVA – B95577-5

DANILO SILVEIRA LEITE – B777IA-0

THALINY KAMILA PEREIRA – B86CJJ-6

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Sumário

INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 4

OBJETIVO .................................................................................................................... 5

DESENVOLVIMENTO DO GUINDASTE ...................................................................... 6

Cálculo da força magnética gerada pelo eletroímã ............................................ 8

Analisando a resistividade do cobre e campo magnético ................................... 9

CONSTRUÇÃO DO GUINDASTE .............................................................................. 10

CONCLUSÃO ............................................................................................................. 11

FONTES E REFERENCIA ......................................................................................... 12

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INTRODUÇÃO

Diante da necessidade do desenvolvimento humano, os guindastes ou gruas,

comumente conhecidos foram desenvolvidos para o fim de deslocamento de grandes

cargas em extensão e massa na vertical. Os relatos históricos mostram os egípcios

como os grandes descobridores do deslocamento horizontal de cargas, no entanto não

há indícios nem princípios do uso de sistemas semelhantes aos guindastes. A hipótese

mais aceita atualmente de origem dos princípios de guindastes, é atribuída aos Greco-

Romanos por volta do século I a.C. e da qual não existem relatos anteriores.

Vitrúvio (Século I a.C.), um arquiteto romano; Héron de Alexandria (Século I d.C);

a maior parte dos escritos sobre guindastes, ou movimento de suspensão de cargas são

de autoria destes. Dos registros destes, o guindaste mais simples compunha-se de uma

estaca fincada no solo, que elevada e sustentada por um par de cabos amarrados em

sua extremidade superior, e outras formas.

Esses guindastes no entanto apresentavam uma série de restrições, e uma

delas, é quanto ao ângulo que ela poderia se deslocar, um ângulo muito pequeno, outras

restrições, estavam no limite de deslocamento vertical que estava em função da altura

da estaca; outra no limite de inclinação, e ainda no deslocamento desse sistema que

deveria ser desmontado e montado novamente a cada etapa da obra.

Diversos modelos foram desenvolvidos ao longo do tempo, e de acordo com

finalidades e aplicações específicas. Os mais utilizados são os guindastes de lança, que

são facilmente transportados em caminhões, pela sua praticidade em deslocamento e

atuação em diversas atividades de pequeno, médio e grande porte. As torres (muito

usada em construções civis, comumente conhecida como grua), tem um desempenho

atrativo em obras e atividades fixas em determinadas áreas. Nas docas portuárias, faz-

se o uso das então Gruas, que têm grande capacidade de movimentação de carga em

grandes inclinações, para atenderem os grandes transatlânticos que superam os 200M

de comprimento. Outro modelo, são os de pontes rolantes; a indústria agradece. Fixos

em galpões de grande extensão que auxiliam na linha de produção de peças de grande

porte; usados também na indústria naval.

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OBJETIVOS

Desenvolver e dimensionar um protótipo de guindaste, com mecanismo de

movimentação hidráulica e içamento eletromagnético. Aplicando fundamentos de:

Mecânica geral, Mecânica dos fluidos e princípios de Eletromagnetismo, campo

eletromagnético gerado por uma corrente em espiras, todos apresentados em classe.

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Desenvolvimento do Guindaste

Concepção e dimensionamento das peças hidráulicas

“A pressão aplicada num ponto de um fluido em repouso transmite-se

integralmente a todos os pontos do fluido.” - Blaise Pascal (1623-1662).

Incompressíveis, uma característica de muitos líquidos que não admitem

variação no seu volume sob ação de uma determinada força, logo apresentam forças

relativa a compressão em todos os seus pontos. E, por tanto, por definição temos:

𝑃 =𝑑𝐹[𝑁]

𝑑𝐴[𝑀2]= 𝑃𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙

Para este exemplo, S=A; portanto, para uma situação de equilíbrio teremos;

𝑃1 = 𝑃2 <=> 𝑑𝐹1 [𝑁]

𝑑𝐴1[𝑀2]=

𝑑𝐹2 [𝑁]

𝑑𝐴2[𝑀2]

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A partir dessas definições vamos dimensionar as pressões(P) necessárias.

Para o braço que desenvolverá movimento horizontal; temos uma seringa com

embolo de Ø 2,5cm com um curso de aproximado de 75mm.

𝐴𝑂 = πD2

4=

𝜋. (2,5)2

4= 𝟒, 𝟗𝟎𝒄𝒎𝟐

Inicialmente queremos uma pressão que movimente 5N;

𝑃 =𝑑𝐹[𝑁]

𝑑𝐴[𝑐𝑚2]=

5𝑁

4,90𝑐𝑚²= 𝟏, 𝟎𝟐 𝐍

𝐜𝐦²⁄ .

Aplicado ao braço que rotacione o guindaste; temos dF=5N e seringa de embolo de Ø

3,5cm, portanto;

𝐴𝑂 = πD2

4=

𝜋. (3,5)2

4= 9,61𝑐𝑚2

𝑃 =𝑑𝐹[𝑁]

𝑑𝐴[𝑐𝑚2]=

5𝑁

9,61𝑐𝑚²= 𝟎, 𝟓𝟐 𝑵

𝒄𝒎²⁄ .

Aplicado ao braço que estende o guindaste(Desativado)

𝑃 =𝑑𝐹[𝑁]

𝑑𝐴[𝑐𝑚2]=

5𝑁

4,90𝑐𝑚²= 𝟏, 𝟎𝟐 𝑵

𝒄𝒎²⁄ .

Concluímos que para os movimentos terem um bom desempenho não

dependem do tamanho das seringas, justificado pela relação Pressão e Área, que são

inversamente proporcionais.

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Cálculo da força magnética gerada pelo eletroímã

O eletroímã é um dispositivo formado por um núcleo de ferro envolto por um

solenoide (bobina). Quando uma corrente elétrica passa pelas espiras da bobina, cria-

se um campo magnético, o qual faz com que os imãs elementares do núcleo de ferro se

orientem, ficando assim imantado e, consequentemente, com a propriedade de atrair

outros materiais ferromagnéticos. Em módulo temos;

𝑑𝐹= 𝑑𝑞𝑉𝐵

𝑉 =𝑑𝑙

𝑑𝑡

𝑖 =𝑑𝑞

𝑑𝑡 ∴ 𝑑𝑞 = 𝑖𝑑𝑡

Então;

𝑑𝐹= 𝑖. 𝑑𝑡.𝑑𝑙

𝑑𝑡. 𝐵 = 𝑖. 𝑑𝑙. 𝐵

Simulando, a situação de içamento de um bloco com massa de 40g;

Análise Estática

𝐹𝑅= 𝑚. 𝑎

𝐹𝑚 − 𝑃= 𝑚. 𝑎

𝑖. 𝑑𝑙. 𝐵 − 𝑚. 𝑎𝑔= 𝑚. 𝑎

Como não temos movimento na vertical, ou na direção de do eixo y, analisamos o bloco

e eletroímã em estado de equilíbrio, logo não teremos aceleração portanto;

𝑖. 𝑑𝑙. 𝐵 − 𝑚. 𝑎𝑔= 0

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A partir dessa equação, podemos então definir qual o campo magnético necessário para içar

uma carga de 40g:

𝐵=𝑚. 𝑎𝑔

𝑖. 𝑑𝑙

Analisando a resistividade do cobre e campo magnético

𝑅𝑖 = 𝜌𝐿

𝐴𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙,

para o cobre temos;

𝜌 = 1,7𝑥10−8 e A=2,42𝑥10−8,

𝑅𝑖 = 𝜌𝐿

𝐴𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙

𝑅𝑖 = 1,7𝑥10−8.20

2,42𝑥10−8= 𝟏𝟒, 𝟎𝟒𝛀

Analisando a corrente necessária, para a resistência de 14,04Ω, e usaremos para

simulação uma pilha de 1,5V.

𝑈 = 𝑅. 𝐼

1,5 = 14,04. 𝐼

𝐼 =1,5

14,04= 𝟎, 𝟏𝟎𝟕𝑨

Voltaremos a equação inicial do campo magnético necessário para içar 40g;

𝐵=𝑚. 𝑎𝑔

𝑖. 𝑑𝑙

Temos então, um bloco de massa de 40g, à aceleração gravitacional de 10m/s², uma

corrente de 0,107A e um fio de cobre de 20M, portanto;

𝐵=0,04.10

0,107.20

𝐵=0,4

2,14= 𝟎, 𝟐𝑻

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Construção do guindaste

Foram usados os seguintes materiais:

8 seringas

6 de 20ml com 2,5cm de diâmetro

2 de 60ml com 3,5cm de diâmetro

Cano PVC

25mm de diâmetro e 35cm de comprimento

15mm de diâmetro e 21cm de comprimento

32mm de diâmetro e 34cm de comprimento

Chapa de madeira de espessura de 15mm e 45x35cm

5M de mangueira de aquário

20M de fio de cobre

1 Chave power(On/Off)

4M cabo(condução elétrica)

2 parafusos em L

1 bico de garrafa Pet

Fita isolante

Cola quente

FOTOS

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Conclusão

Diante de tudo o que aprendemos, em sala de aula, concluímos que a importância de saber teorias e aplica-las em nosso dia a dia é bastante importante para a realização de nossos trabalhos e consequentemente em nossas vidas profissionais.

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FONTES E REFERÊNCIAS

HALLIDAY. Eletromagnetismo: fundamentos da física. 8ºEdição. Rio de janeiro:

Editora LTC, 2009.

Brunetti, Franco. Mecânica dos fluidos. 2ºEdição. Rio de janeiro: Editora PEARSON

Prentice Hall, 2009.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Guindaste, acesso em 28 de novembro de 2014.

http://www.veronezi.com.br/, acesso em 28 de novembro de 2014.

http://www.mundoeducacao.com/fisica/eletroima.htm, acesso em 28 de novembro de

2014.