projeto de inspeÇÃo em ponte

8/18/2019 PROJETO DE INSPEÇÃO EM PONTE

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

CELSO SUCKOW DA FONSECA – CEFET/RJ

DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR

COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA MECÂNICA

PROJETO DE INSPEÇÃO

COM USO DE PONTE ROLANTE


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Este projeto foi estudado e desenvolvido por:

Diego Fernandez e Leandro Vianna


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Sumário

Introdução: ............................................................................................................................... 4

Solução Proposta ...................................................................................................................... 4

Requisitos para a especificação técnica do mecanismo do sistema de levantamento. ................ 4

Composição do mecanismo de içamento ................................................................................... 7

Dados Técnicos a serem atendidos no projeto: .......................................................................... 7

Considerações do projeto .......................................................................................................... 7

Desenho do mecanismo completo (Içamento + movimentação): ............................................... 8

Movimentação vertical do sistema ............................................................................................ 8

Cálculo de tração do cabo de sustentação............................................................................... 10

Diâmetro mínimo do cabo ....................................................................................................... 10

Cálculo do Moitão ................................................................................................................... 13

Cálculo de tração do cabo de sustentação com influência do peso do moitão .......................... 13

Cálculo do diâmetro mínimo do cabo de içamento .................................................................. 13

Escolha do coeficiente de segurança do cabo de aço do içamento ........................................... 14

Escolha do diâmetro da polia condutora ................................................................................. 14

Seleção do rolamento da polia condutora ............................................................................... 15

Estudo do movimento para seleção do motor e relações de redução ....................................... 16

Potência necessária ao motor ................................................................................................. 18

Mecanismo de descida – Cálculo do número de rotações do tambor. ...................................... 19

Estimativa do peso do carro .................................................................................................... 23

Cálculo da Potência para o motor de translação do carro: ........................................................ 23

Escolha do motor de translação dos carro ................................................................................ 24

Cálculo da Reação máxima por roda: ...................................................................................... 25

Checagem do diâmetro das rodas / trilho - Reação.............................................................. 26

Roda Adotada ..................................................................................................................... 26 Entre rodas / Vão do Carro (Leiaute) .................................................................................. 27

Bibliografia ............................................................................................................................. 32

Desenhos Anexo ..................................................................................................................... 33


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Introdução:

O projeto tem como proposta desenvolver um mecanismo movido a energiaelétrica capaz de movimentar verticalmente um sensor para inspecionar o canal dedrenagem de uma indústria a cada seis meses. Na descida, o mecanismo deve manter a

velocidade constante de 0,1 m/s até a altura máxima de 20m e na subida, manter umavelocidade constante de 0,5 m/s até retornar a sua origem. Cada varredura vertical dista1,5 m uma da outra e o canal possui uma extensão de 2 Km.

Solução Proposta

Diante de tal proposta, nossa solução foi desenhada em duas etapas: a primeiraem relação ao mecanismo de içamento do sensor e a segunda, de movimentação do

conjunto como uma espécie de ponte rolante.

Para desenvolvimento do projeto tomou-se como base a norma NBR 8400 quetrata de Cálculos de Equipamentos para Elevação e Movimentação de Carga.

Requisitos para a especificação técnica do mecanismo do sistema

de levantamento.

Norma:

A norma que rege o projeto é a NBR 8400;Serão utilizadas recomendações de Normas Internacionais onde a NBR 8400 foromissa;

Em caso de conflitos, prevalecerá o recomendado pela NBR 8400;

Objetivo:Para o objetivo a que se destina o equipamento de manuseio e transporte de

cargas, no trabalho apresentado é uma ponte rolante que opera com a utilização de umdispositivo de levantamento de carga, denominado bloco do gancho, também conhecidotecnicamente como moitão ou caixa de gancho.

Restrições Físicas:São limitações físicas impostas pelo local onde irá operar o equipamento. Estas

limitações podem ser determinantes para a sua configuração.

Altura de Elevação:É o curso útil do bloco do gancho.

Temperatura Ambiente:A temperatura ambiente tem influência direta na especificação da proteção das

estruturas e componentes mecânicos, bem como na especificação dos componenteselétricos;

Em algumas situações influenciam no conforto do operador do equipamento.


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Agressividade do Ambiente:Equipamentos que operam, como por exemplo, em ambientes corrosivos,

possuem proteções especiais para os componentes mecânicos, estruturais e elétricos.

Carga Útil:Carga que é sustentada pelo gancho ou outro elemento de levantamento

(eletroímã, caçamba, etc...).

Estado de Solicitação do Mecanismo de Levantamento:É obtido analisando-se a solicitação do mecanismo de levantamento em relação

as solicitações máximas.

Classe de Funcionamento do Mecanismo de Levantamento:A classe de funcionamento do mecanismo de levantamento é obtida analisando-

se o tempo médio de funcionamento diário estimado, bem como a duração total teóricada utilização em horas.

Velocidade de Levantamento:É função das necessidades do processo, distâncias e tempos necessários;A velocidade de levantamento é utilizada para determinação do coeficiente

dinâmico j.

Tensão de Alimentação:É função das fontes de energia do processo.

Intermitência (%):Tempo do motor energizado sobre o tempo total do ciclo considerado.

Classe de Partida:É o número de manobras previstos no ciclo para os motores elétricos.

Dispositivos de Manuseio de Carga:Está diretamente vinculado à maneira como a carga será fixada ao equipamento,

como por exemplo:materiais a granel: caçamba;

bobinas: tenaz; perfis: barra de carga.

Número de Cabos de Aço de Sustentação:É função do valor da carga de serviço, isto é, carga útil mais peso próprio dos

acessórios ou dispositivos de fixação.

Diâmetro do cabo de aço:É função da força de tração exercida no cabo de aço e do coeficiente "Q"

recomendado pela NBR 8400.

Diâmetro do Tambor:É função do diâmetro padronizado do cabo de aço e recomendações da NBR

8400.


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Polias:Os diâmetros mínimos das polias deverão estar de acordo com o recomendado

pela NBR 8400.Motor do Sistema de Levantamento:

De acordo com a NBR 11723.

Redutor de Levantamento:Poderá ser utilizado um redutor "standard" disponível, desde que selecionado

criteriosamente.

Conexão Tambor x Redutor:Conexão por meio de um acoplamento especial.

Rolamentos:Deverão atender um número mínimo de horas previsto, conforme NBR8400;

Eixos:

As tensões atuantes deverão ser inferiores às tensões admissíveis, conforme NBR 8400;Também deverá ser feita análise do ângulo limite de torção.

Freio de Parada da Carga: Normalmente utilizados freios de sapatas, com torque suficiente para frenagem

da carga.

Acoplamento: Normalmente flexíveis ou semi-flexíveis.

Sistema de Controle de Velocidade:O sistema deve ser adequado ao tipo de serviço do equipamento.

Limites Fim de Curso:São necessários para que sejam evitados acidentes com o manuseio da carga.

Pintura:Película protetora dada aos componentes mecânicos, estruturais e elétricos;Deve estar de acordo com o ambiente que opera o equipamento.

Proteção para os Componentes Elétricos:

Também é função do ambiente onde opera o equipamento.


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Composição do mecanismo de içamento

Nosso mecanismo é composto por uma estrutura feita em aço, com um sistemade engrenagens controlados por dois motores acoplados a estrutura.

Dados Técnicos a serem atendidos no projeto:

Ambiente de serviço: Sem vento, temperatura máxima 40°C. Carga nominal: 135 kg. Vão da ponte rolante: 5 m Velocidade nominal de subida: 0.5 m/s Velocidade nominal de descida: 0,1 m/s Curso útil do gancho: 20 m Extensão do caminho de rolamento: 2.000 m

Considerações do projeto

1. A tensão de alimentação elétrica dos motores WEG será 220 v, 60hz, trifásica.2. Para o mecanismo de elevação principal, utilizar para o motor elétrico de 1,5 hp.3. Para o mecanismo de translação do carro e de içamento, será utilizado um motor

elétrico com conjunto de cremalheira semelhante a encontrados garagens, com potência de 1/4 cv.

4. O projeto do equipamento será de acordo com a norma NBR 8400 - antiga PNB 283- Mecânica/Estrutural

Nota: Todo componente e material aplicado na fabricação do equipamento deverão ser

disponíveis no mercado brasileiro (Bitolas de Chapas / Perfis, etc.).

Figura 1 – Mecanismo de içamento


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Desenho do mecanismo completo (Içamento + movimentação):

Este desenho apresenta a forma estrutural do mecanismo de içamento etransporte do sensor de inspeção.

Movimentação vertical do sistema

O movimento vertical da carga poderá dar-se por um mecanismo delevantamento mecânico, hidráulico ou pneumático de acionamento automático oumanual.

A maioria dos equipamentos de manuseio descontínuo de cargas utiliza cabos deaço no sistema de elevação de cargas. Em algumas aplicações, são utilizadas correntes.

Porém, devido a fatores de segurança, a partir de certo momento, as correntesforam substituídas por cabos de aço, que, quando em estado avançado de fadiga, permitem ao operador a sua visualização, através do rompimento dos fios externos, oque não ocorre com os elos das correntes.

Estes geralmente rompem-se instantaneamente. Porém, convém salientar que, para aplicações cuja intensidade de solicitação não é elevada, essa concepção voltou aser empregada. Isto se deve ao custo mais baixo do equipamento e também a um peso

próprio total menor, devido à compactação de seus componentes.A manutenção destes casos é criteriosa, substituindo-se as correntes após certo

grau de distanciamento entre os elos, obtido através de um padrão, ou sua substituiçãoapós um número de ciclos pré-estabelecido.

Figura 2–

Mecanismo completo (içamento + movimentação)


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Em nosso projeto utilizaremos 4 cabos de aço para o mecanismo de içamento do sensorsendo destes, 2 para segurança.


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Cálculo de tração do cabo de sustentação

Diâmetro mínimo do cabo

Onde

Q é o Coeficiente que depende do grupo no qual está classificado o mecanismo do caboe do tipo de levantamento efetuado.

Segundo a norma NBR 8400, para o grupo 2M tem-se:

Considerações:

para o diâmetro de 1,74 mm foi adotado o cabo padrão de 2,4 mmconforme catálogo

Figura 3 – Dimensionamento dos cabos


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Figura 4 – Especificações técnicas dos cabos, polias e tambores


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Figura 5 – Fatores de segurança e tolerâncias


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Cálculo do Moitão

Para uma carga de 135 Kg utilizamos um moitão com peso aproximado de 4,04 kg.

Cálculo de tração do cabo de sustentação com influência do peso do

moitão

Cálculo do diâmetro mínimo do cabo de içamento

Onde

Q é o Coeficiente que depende do grupo no qual está classificado o mecanismo do caboe do tipo de levantamento efetuado.

Segundo a norma NBR 8400, para o grupo 2M tem-se:

Figura 6 – Especificação de Munhões


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Considerações:

para o diâmetro de 2,50 mm foi adotado o cabo padrão de 3,0 mmconforme catálogo

Escolha do coeficiente de segurança do cabo de aço do içamento

Com este valor confirmamos a informação da Figura 5 – Fatores de segurança etolerâncias encontrando para o Coeficiente de segurança um valor entre 3 e 4 que seria oespecificado para cabos estáticos.

Escolha do diâmetro da polia condutora

Sendo:

H1 - Coeficiente que incide sobre o diâmetro de enrolamento dos cabos sobre polias etambores e é função do grupo a que pertence o mecanismo

H2 - Coeficiente que incide sobre o diâmetro do enrolamento dos cabos sobre polias etambores, e é função do próprio sistema de polia e dos tambores


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Dc – Diâmetro do cabo

Retiramos da norma 8400:H1 da tab. 28 pagina 34 - para grupo 2m com cabo normal = 18H2 da fig. 15 pagina 35 - Com 4 cabos – H2 = 1,12

Adotamos polias com 140 mm de diâmetro conforme catalogo abaixo.

Seleção do rolamento da polia condutora

Onde:

P→ Carga

Co→ Capacidade de carga estáticaPo = FR→ Carga estática equivalente FS→ Fator de esforço estático = 1,5


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No catálogo abaixo selecionamos um rolamento de 26 mm cujo Co = 1,95atendendo de acordo com o calculo acima para Co = 0.94 mínimo, sendo o furo máximode polia 10 mm conforme fabricante abaixo:

Estudo do movimento para seleção do motor e relações de redução

Mecanismo de subida – Calcula o número de rotações do tambor

Onde:

r é o raio do tambor

Cálculo do tempo de subida

Onde:

V→Velocidade de subida = 0.5m/s

1350 N

r =30 mmTambor


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Relações do mecanismo de subida

O sistema de redução será feito por engrenagens de diferentes diâmetros. Sabe-se que a engrenagem menor (motora) ficará no mesmo eixo que o motor, e que a poliamaior (movida) ficará no eixo que irá transmitir o movimento para o Tambor.

Relação de redução:

Considerando que o tambor esteja no mesmo eixo da polia (conduzida), logo eles possuem o mesmo nº de rotações por percurso com isso, o número de rotações na polia(condutora) será:

= 693 rotações


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- comparando com o motor escolhido:

RPM do motor: 745 RPM ou 10 RPS (Dado retirado do catálogo do motor)

Tempo de subida: 40 Segundos

Logo, o número de rotações do motor durante o percurso de subida mantendo uma

velocidade de 0,5 m/s será:

Número de rotações do motor no percurso = 400 rotações

Então o motor escolhido para este processo corresponde ao necessário.

Potência necessária ao motor

A carga de içamento transmite uma força de 1350 N, e a velocidade de subida éigual a 0,5 m/s. Com a formula retirada do livro PROTEC, achamos a potencianecessária:

Logo,

P = 1350 N x 0,5 m/s

Potência = 675 w ou 0,675 Kw

NOTA: Considerando a perda de 10% no sistema de redução de velocidade (rendimentode 90%) a potência mínima nominal será:

Então, como o motor escolhido possui 1,5 HP ele se torna apto para este procedimento.


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Mecanismo de descida – Cálculo do número de rotações do tambor.

Onde:

r é o raio do tambor

Cálculo do tempo de descida

Onde:

V→Velocidade de subida = 0.1m/s

1350 N

r=30 mm

Tambor


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Relações do mecanismo de descida

O sistema de redução será feito por engrenagens de diferentes diâmetros. Sabe-se que a engrenagem menor (motora) ficará no mesmo eixo que o motor, e que a polia

maior (movida) ficará no eixo que irá transmitir o movimento para o Tambor.

Relação de redução 1:

Considerando que o tambor esta no mesmo eixo que a polia (conduzida-tambor), logoeles possuem o mesmo número de rotações por percurso, logo n º de rotações na polia(condutora) é:

= 867 rotações


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Relação de redução 1:

Considerando que a polia (conduzida) esta no mesmo eixo que a polia (condutora), logoeles possuem o mesmo nº de rotações por percurso, logo n º de rotações na polia(condutora-motor) é:

= 4606 rotações

- comparando com o motor escolhido:

RPM do motor: 745 RPM ou 10 RPS (Dado retirado do catálogo do motor)

Tempo de descida: 200 Segundos

Logo, o número de rotações do motor durante o percurso de descida mantendo uma

velocidade de 0,1 m/s é:

Número de rotações do motor no percurso = 2000 rotações

Então o motor escolhido para este processo corresponde ao necessário.

Potência necessária ao motor

A carga de içamento transmite uma força de 1350 N, e a velocidade de subida éigual a 0,1 m/s. Com a fórmula retirada do livro PROTEC, achamos a potêncianecessária:

Potência = Força x Velocidade

Logo,

P = 1350 N x 0,1 m/s

Potência = 135 w ou 0,13 Kw


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NOTA: Considerando a perda de 10% no sistema de redução de velocidade (rendimentode 90%) a potência mínima nominal será:

Então, como o motor escolhido possui 1,5 HP ele se torna apto para este procedimento.

Especificação do motor

De acordo com os parâmetros adotados foi selecionado um motor trifáfico 1,5Hp 60 Hz

do fabricante WEG

Demais especificações, vide folha de dados do motor anexa.


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Estimativa do peso do carro

Vigas U = 9,03 kg por metro x 11,5 metros = 106,95 kgMecanismo de Içamento = 42 kg sem o sensor e holofotesMoitão, Holofotes e Sensores = 135 kgMotores de translação do carro e da estrutura de içamento= 2 x 10 kg = 20 kg

Total Estimado = 305kg

Cálculo da Potência para o motor de translação do carro:

Onde:f 1 f (temperatura ambiente) f 1 1 f 2 f (altitude) f 2 1 f 3 f (sistema de controle) f 3 1

Onde:V = Translação do carro - 25 m/minQ = Carga máxima - 0,140 tonQ0 = Peso próprio do carro - 0,305 ton (estimado)mec. sist. transl. carro - 0,97Wt = 0,30 Kg/ton


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Onde:

V = Translação do carro - 25 m/min

= 1,2

g m s 9 8

2

, /

st a 5

97,0. mec

Escolha do motor de translação dos carro

Escolhemos um motor da Weg para portões eletrônicos de potência igual a ¼ cvconforme dados abaixo:


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Cálculo da Reação máxima por roda:


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Checagem do diâmetro das rodas / trilho - Reação

Aplicando a equação acima podemos verificar :

Onde:R mé dio = 64 Kgf.

b = Largura útil do trilho ( TR 32 ver catálogo abaixo) - 54 mmroda = 140 mm (adotado)PL = Pressão limite admissível (utilização de aço Manganês SAE 1070) -

2/72,0 cm Kgf

C1 = f ( roda / veloc. transl. ) - 0,97 - tab.32 norma NBR8400C2 = f ( Grupo Mecanismo 2M ) - 1 – tab.33 norma NBR8400

De acordo com os resultados obtido chegamos a conclusão de que o diâmetro adotadosatisfaz as condições

Roda Adotada

Diâmetro = 140 mmEspessura = Conforme trilho tipo TR 32Outras dimensões ver anexo desenho


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Entre rodas / Vão do Carro (Leiaute)

Trilho adotado: (perfil de estrada de ferro)

Trilho tipo TR 32

Trilhos

Veja abaixo a listadetalhada de todos ostrilhos fornecidos pela DN AÇO:

O quadro comparativo aolado fornece informaçõessobre as medidas de cadatrilho:

Dimensões(mm)

TR-25 TR-32 TR-37 TR-45 TR-50 TR-52 TR-57 TR-68

A 98,4 112,7 122,2 142,9 152,4 131,7 168,3 185,7

B 98,4 112,7 122,2 130,2 136,5 131,7 139,7 152,4

C 54,0 61,1 62,7 65,1 68,2 65,1 69,0 74,6

D 11,1 12,7 13,5 14,3 14,3 23,8 15,9 17,5

E 28,6 32,6 36,1 37,3 42,1 45,2 42,9 49,2

F 52,4 60,3 64,7 80,2 83,3 61,1 96,8 106,4

G 17,4 19,8 21,4 25,4 27,0 25,4 28,6 30,2

H 47,7 54,3 58,4 64,5 69,8 61,2 75,7 98,4I 43,7 50,0 53,8 73,8 75,4 56,0 82,5 98,4

J 43,7 50,0 53,8 65,5 68,7 56,0 77,0 98,4

TIPO TIPO PESO

Equivalente Americano kg/m lb/jd.

TR-25 ASCE 5040 24,65 49,7

TR-32 ASCE 6540 32,05 64,6

TR-37 ASCE 7540 37,11 74,8

TR-45 ARA-A 9020 44,65 90,0

TR-50 AREA 10025 50,35 101,5

TR-57 AREA 11525 56,90 114,7


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Detalhe e especificação dos chumbadores para os trilhos

As paredes do canal de drenagem deverão conter nichos de espera para chumbadores,Conforme padrão dimensional abaixo.


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Estudo de Tensão de flexão nas vigas do carro transportador

A tensão que iremos considerar admissivel em nosso projeto é de 70 Mpa conformecalculo abaixo considerando um fator de segurança de 3.


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De acordo com a tabela a seguir, retiramos o modulo da viga selecionada:

Se analizarmos essa viga com nossa tensão máxima admissivel vamos obter o momentofletor máximo, conforme abaixo:

Daí temos:

Agora podemos obter a carga máxima que a viga irá suportar com auxilio da seguintefórmula:

Onde:P = Carga solicitadaL = Comprimento da Viga = 5750mm conforme projeto

Como trata-se de uma dupla viga, tem-se:

P = (1675,6 N) “x 2”

P = 3351,2 N


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Ou seja a viga irá suportar os ( 305 kg x 9,81 m/s² = 2992,05 N) de solicitação de cargado conjunto a ser içado. Com um coeficiente de segurança de 3.


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Bibliografia

Livros

Norma NBR 8400 - Cálculo de Equipamentos para Elevação e Movimentação deCarga - de 1984.

Shigley, Joseph E.: Elementos de Máquinas. Livros Técnicos e Científicos EditoraLtda.

Provenza. Projetista de Máquinas – PROTEC. Livros Técnicos e Científicos EditoraLtda.

HIBBELER, R.C. Resistência dos materiais. 5 edição

Sites:

http://catalogo.weg.com.br/tec_cat/tech_motor_sel_web.asphttp://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdfhttp://www.convertworld.com/pt/http://www.dnaco.com.br/12.asphttp://www.coweb.com.br/arq/arq1230.pdf

http://catalogo.weg.com.br/tec_cat/tech_motor_sel_web.asphttp://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdfhttp://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdfhttp://www.convertworld.com/pt/http://www.dnaco.com.br/12.asphttp://www.coweb.com.br/arq/arq1230.pdfhttp://www.coweb.com.br/arq/arq1230.pdfhttp://www.dnaco.com.br/12.asphttp://www.convertworld.com/pt/http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdfhttp://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdfhttp://catalogo.weg.com.br/tec_cat/tech_motor_sel_web.asp


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Desenhos Anexo

projeto de inspeÇÃo em ponte

Documents