ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA...

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ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO EM MECÃNICA

CRISTIANO PEREIRA

DANIELA KAISER DA SILVA

LARISSA MILENA JANTSCH

SUPORTE DE CARGA SOBRE A CABEÇA

Orientador: Diógenes Dias

Novo Hamburgo

2016

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CRISTIANO PEREIRA




Trabalho científico apresentado ao Curso

Técnico de Mecânica da Fundação Escola

Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha

para aprovação do PID (Projeto de Integração

Disciplinar).

Orientador: Prof. Diógenes Dias

Novo Hamburgo, 2016.

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FOLHA DE ASSINATURAS

CRISTIANO PEREIRA




FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA

CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA

Novo Hamburgo, setembro, 2016.

_________________________

Aluno – Contato

_________________________

Aluno – Contato

_________________________

Aluno – Contato

__________________________

Diógenes Dias

Professor Orientador

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RESUMO

Este trabalho tem o objetivo apresentar um equipamento que auxilia no transporte

manual de carga sobre a cabeça, visando à diminuição de possíveis problemas na

coluna, sendo ele adaptável a diferentes tipos de porte físico. O desenvolvimento do

projeto deve-se ao fato de que apesar de tanta tecnologia na indústria atualmente,

existem ainda profissões que exigem esforço físico repetitivo dos trabalhadores. Seja

para carregamento ou transporte de produtos, o que muitas vezes acaba ocasionando

lesões/problemas na coluna cervical. O projeto se delimita a carregadores de sacos

(alimentícios, materiais de construção etc.), que para maior facilidade de transporte,

carregam esses sacos na cabeça, forçando a coluna cervical. Inicialmente foram

realizadas pesquisas bibliográficas, e formulação das hipóteses de pesquisa. Com

isso, um traumatologista foi procurado para uma avaliação da ideia do projeto, o que

comprovou a importância de transferir a carga para os ombros. Depois disso o

equipamento foi tornado adaptável a portes físicos variados e em seguida foi definido

as medidas, o material a ser utilizado realizando assim os cálculos necessários para

o dimensionamento deste. Por fim foi feito uma simulação do equipamento em um

software para comprovar se ele resistiria as solicitações as quais ele sofre durante o

seu uso. Como síntese geral, pode-se afirmar que o dimensionamento foi feito de

maneira correta e que o equipamento atende as solicitações. Porém ainda será

necessário analisar a adaptação do trabalhador ao utilizar o equipamento no seu dia-

a-dia, para verificar se ele realmente ajuda na diminuição das lesões causadas por

este trabalho.

Palavras – chave: Carregamento sobre a cabeça. Transporte manual.

Dimensionamento

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AGRADECIMENTOS

Com a finalização deste Relatório não podemos deixar de agradecer a algumas

pessoas que, direta ou indiretamente, nos ajudaram na realização desse projeto.

Primeiramente agradecemos ao nosso orientador, Diógenes Dias pela

atenção, e por sempre estar disposto a nos ajudar quando necessário.

Agradecemos também ao professor Jefferson da Silva e o auxiliar do

laboratório de usinagem Valdir Rigui pela colaboração na adaptação do protótipo

antigo e pela ajuda no desenvolvimento do novo equipamento

Queremos expressar nossa gratidão também aos professores Pedro Naud,

Ronaldo Raupp e João Farias por ajudar no dimensionamento do projeto, que foi uma

das etapas mais importantes e mais difíceis.

Somos gratos também ao nosso colega Gabriel de Campos Kehl pelo auxilio

no uso do software Autodesk Inventor®, na utilização do CAE.

Queremos agradecer também a todos nossos amigos e familiares que de

alguma maneira colaboraram para o desenvolvimento desse trabalho e que nos deram

apoio em todos os momentos.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Descarregamento de Sacos .....................................................................9

Figura 2 – Protótipo do Projeto Anterior.................................................................16

Figura 3 – Prática 1....................................................................................................17

Figura 4 – Pratica 2...................................................................................................19

Figura 5 – Pratica 2 (Perfil).......................................................................................19

Figura 6 – Cinto de fixação (Costas)........................................................................21

Figura 7 – Cinto de fixação (Frente).........................................................................21

Figura 8 – Estrutura do Protótipo............................................................................25

Figura 9 – Protótipo com a base..............................................................................26

Figura 10 – Protótipo vista inferior .........................................................................26

Figura 11 – Diagrama de corpo livre........................................................................29

Figura 12 – Analise de deslocamento......................................................................33

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SUMÁRIO

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

1.1 Tema......................................................................................................................9

1.2 Justificativa...........................................................................................................9

1.3 Problema.............................................................................................................10

1.4 Hipóteses............................................................................................................10

1.5 Objetivos.............................................................................................................10

1.5.1 Objetivo Geral..................................................................................................10

1.5.2 Objetivos específicos.......................................................................................11

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................12

2.1 Ergonomia Humana...........................................................................................12

2.2 Materiais..............................................................................................................12

2.2.1 Metalon............................................................................................................13

2.2.2 Aço SAE 1020.................................................................................................13

2.3 Normas................................................................................................................13

2.3.1 Atividades de transporte de sacos...................................................................13

2.3.2 Norma para levantamento de peso.................................................................14

2.4 Cintos..................................................................................................................14

2.5 Método OWAS....................................................................................................14

3 METODOLOGIA..................................................................................................16

3.1 Análise do projeto “EQUIPAMENTO PARA TRANSPORTE MANUAL DE

CARGAS”............................................................................................................16

3.2 Pesquisas e coletas de dados..........................................................................17

3.3 Avaliação Médica do equipamento...................................................................17

3.4 Teste Prático Inicial............................................................................................17

3.4.1 Adaptação do protótipo....................................................................................17

3.4.2 Descrição da Prática........................................................................................18

3.5 Escolha do Material............................................................................................20

3.6 Escolha do Cinto de Fixação............................................................................20

3.6.1 Definição do Material e Confecção do Cinto...................................................20

3.7 Definição das Medidas do Protótipo Adaptável..............................................22

3.8 Dimensionamento do Novo Protótipo..............................................................22

3.8.1 Dimensionamento dos tubos Verticais............................................................22

8

3.8.2 Dimensionamento do Tubo Horizontal............................................................24

3.8.3 Dimensionamento dos Parafusos de Fixação.................................................24

3.9 Desenho do Protótipo........................................................................................25

3.10 Simulação Usando o CAE.............................................................................27

4 ANALISE DE DADOS..........................................................................................28

4.1 Analise do Teste Pratico Inicial........................................................................28

4.1.1 Parâmetros Avaliados.......................................................................................28

4.1.2 Problemas Encontrados....................................................................................28

4.1.3 Proposta de Alteração.......................................................................................28

4.2 Resultados do dimensionamento.....................................................................28

4.2.1 Tubos Verticais: Compressão e Flambagem....................................................28

4.2.2 Dimensionamento do Parafuso de fixação........................................................32

4.3 Analise Realizada na Ferramenta CAE.............................................................33

4.4 Analise Final dos Dimensionamentos .............................................................35

5 CONCLUSÃO.........................................................................................................37

REFERENCIAS.........................................................................................................38

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1 INTRODUÇÃO

1.1 Tema

Continuação do desenvolvimento de um equipamento que auxilia no transporte

de cargas repetitivas sobre a cabeça, exercidas em algumas profissões, visando à

diminuição de possíveis problemas na coluna cervical, sendo adaptável a diferentes

tipos de porte físico.

1.2 Justificativa

Em algumas profissões, são exigidos dos trabalhadores esforços físicos

repetitivos, o que em alguns casos ocasiona problemas na coluna. Como o nosso

projeto se delimita a carregadores de sacos em geral, observamos que para maior

facilidade de transporte, eles carregam esses sacos na cabeça, forçando a coluna

cervical.

A partir desses problemas resolvemos continuar o projeto de pesquisa para

desenvolver um equipamento que auxilie esses carregadores para evitar e/ou diminuir

essas doenças, mas que se adapte em pessoas de diferentes tipos de porte físico.

Figura 1- Descarregamento de sacos

Fonte: Os autores, 2015.

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1.3 Problema

Atualmente as doenças causadas pelo trabalho estão presentes em diversas

profissões, desde problemas físicos a psicológicos. Trabalhadores que são

submetidos ao transporte manual de cargas pesadas de maneira repetitiva, como

agricultores, construtores e carregadores, estão sujeitos a desenvolver desordem

musculoesqueléticas além de outros problemas relacionados à coluna.

Após a pesquisa realizada anteriormente foi constatado que é possível o

desenvolvimento de um equipamento que auxilie os carregadores no transporte de

cargas. No entanto cada trabalhador possui uma estrutura muscular diferente. Sendo

assim, o grupo lança a seguinte pergunta norteadora: É possível desenvolver um

equipamento que auxilia os trabalhadores no transporte de carga, e que seja

adaptável a diferentes tipos de porte físico?

1.4 Hipóteses

• Desenvolvimento de um equipamento que evite o contato direto dos sacos

com a cabeça, distribuindo o peso nos ombros e que seja adaptável a diferentes

tipos de portes físicos

• Desenvolvimento equipamento que diminui as doenças causadas pelo

esforço.

1.5 Objetivos

Os objetivos do projeto foram classificados em objetivo geral e objetivos

específicos.

1.5.1 Objetivo geral

Desenvolver um equipamento para o auxílio no transporte de cargas sobre

cabeça que evite e/ou diminua os danos a coluna e que seja adaptável a diversos

tipos de porte físico.

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1.5.2 Objetivos específicos

• Reforçar a viabilidade do projeto com pesquisas.

• Tornar o equipamento desenvolvido adaptável a variados tipos de porte físico.

• Fazer o dimensionamento do novo equipamento.

• Buscar opiniões de médicos especialistas na área

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

As pesquisas necessárias para realização do projeto foram feitas a partir de

consultas em livros, normas técnicas, trabalhos acadêmicos, artigos e sites da

internet.

2.1 Ergonomia Humana

O termo Ergonomia é derivado das palavras grega Ergon (trabalho) e nomos

(normas, regras, leis), logo, a ciência do conforto humano, a busca do bem-estar do

trabalhador. Ergonomia pode ser considerada um termo designativo da aplicação de

diversas áreas do conhecimento, que trata de uma série de cuidados envolvendo o

homem e as particularidades relacionadas a cada tarefa que realiza nas condições de

trabalho, observando as característica e limitações individuais.

A ergonomia é uma ciência que visa proporcionar o conforto e segurança nas

atividades e busca a produtividade no processo. Alguns fatores de risco, de acordo

com Junior (2006), geralmente encontrados são:

Trabalho repetitivo;

Postura inadequada;

Esforço em excesso;

Velocidade;

Duração;

Vibração.

2.2 Materiais

No ano de 2015, havia sido pesquisado sobre três matérias: bambu, aço e PVC.

Neste ano, após conversas com pessoas da área e pesquisas, dois materiais foram

pesquisados e comparados, o Metalon de aço 1020 e o Aço 1020 em seu processo

de fabricação normal.

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2.2.1 Metalon

Os tubos Metalon, de acordo com a Tubonasa (2014), são resistentes a forças

na horizontal e vertical, sendo assim um material aplicável para esse projeto: “[..] são

altamente resistentes à forças e efeitos tanto na horizontal quanto na vertical[...] pois

são feitos de aço carbono [...]. Com isso, o aço se torna muito mais resistente e mais

duro.”

Segundo o professor Breno Aguiar, o Metalon traz diversas vantagens para o

projeto:

“[...]Pois tem um custo menor por m²; é de exclusivo perfil, o que faz

com que a instalação fique leve; ele é galvanizado tanto em seu interior

como exterior; as medidas são feitas de acordo com a necessidade; as suas

emendas são exclusivas e é ecológico. [...]” (AGUIAR, Breno)

2.2.2 Aço SAE 1020

O Aço Sae 1020 é também aplicavel nesse projeto, pois de acordo com a

Empresa Acosport, esse material, tem como aplicação ideal tubos soldados:

“Os Aços SAE 1020 tem Baixa temperabilidade, excelente forjabilidade

e soldabilidade, porém sua usinagem é relativamente pobre. Pode ser

aplicado em cementação. Os Aços SAE 1020 tem como aplicação ideal

para produtos como Parafusos, pregos, eixos, componentes forjados sem

maiores exigências, barra de distribuição, peça cementada, tubos

soldados.” (Empresa Açosport).

2.3 Normas

Para maior consistência desse projeto foi pesquisado normas sobre transporte

manual e ergonomia.

2.3.1 Atividades de transporte de sacos

Segundo a ABNT NR11(1998), transporte manual de sacos é definido por:

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“Denomina-se, para fins de aplicação da presente regulamentação a

expressão ‘Transporte manual de sacos’ toda atividade realizada de

maneira contínua ou descontínua, essencial ao transporte manual de sacos,

na qual o peso da carga é suportado, integralmente, por um só trabalhador,

compreendendo também o levantamento e sua deposição.”

2.3.2 Norma para levantamento de peso

Alguns ortopedistas recomendam que uma pessoa deva levantar no

máximo o equivalente a 50% do seu peso e segundo a ABNT NR17 (1978):

“O trabalho de levantamento de material feito com equipamento

mecânico de ação manual deverá ser executado de forma que o esforço

físico realizado pelo trabalhador seja compatível com sua capacidade de

força e não comprometa a sua saúde ou a sua segurança.”

2.4 Cintos

Os cintos pesquisados foram os usados nos carros, assim de acordo com o

Detran (2006), os cintos usados são os seguintes:

Cinto de Três Pontos: Oferece maior proteção porque a força do impacto é

distribuída e absorvida por ele em toda área de contato com o corpo,

trabalhando com a estrutura esquelética humana adulta.

O Cinto Diagonal: Preso atrás do ombro e ao lado do quadril impede que a

pessoa seja lançada para frente, mas o corpo pode passar por baixo do cinto.

Cinto de Dois Pontos, Sub-Abdominal ou Pélvico: colocado na articulação dos

quadris, não impede que o corpo se dobre e seja arremessado para a frente,

causando lesões no tórax, pescoço e cabeça.

2.5 Método OWAS

O método OWAS é aplicado para avaliação ergonômica de posturas e

ações em postos de trabalhos, segundo Junior(2006):

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“O método OWAS surgiu da necessidade de se identificar e avaliar

as posturas inadequadas durante a execução de uma tarefa, que podem

em conjunto com outros fatores, determinar o aparecimento de problemas

músculo-esqueletais, gerando incapacidade para o trabalho, absenteísmo

e custos adicionais ao processo produtivo. O método foi desenvolvido

segundo a premissa básica de ser um método simples, porém fidedigno,

possibilitando facilidade no seu uso e no seu aprendizado, apresentando os

resultados das porcentagens de tempo que o trabalhador permanece em

uma postura “boa” e “má”, e ainda propiciar o direcionamento para a

melhoria do posto de trabalho.”

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3 METODOLOGIA

O desenvolvimento do projeto foi feito em diversas etapas desde pesquisas

bibliográficas a dimensionamento do protótipo.

3.1 Análise do projeto “EQUIPAMENTO PARA TRANSPORTE MANUAL DE

CARGAS”.

Para realizar o projeto de forma eficiente, foi analisado o projeto feito

anteriormente pelo grupo, que possuía o mesmo objetivo. Para isso foi estudado o

relatório final e caderno de campo do projeto “EQUIPAMENTO PARA TRANSPORTE

MANUAL DE CARGAS” e com base nisso demos continuidade ao novo projeto para

concluir a ideia. O projeto citado acima foi uma das principais referências bibliográficas

usadas pelo grupo.

Figura 2- Protótipo do Projeto Anterior


17

3.2 Pesquisas e coleta de dados

Para elaborar o projeto usufruímos de recursos bibliográficos, desde livros,

trabalhos acadêmico, artigo de revistas, internet, entre outras fontes de informação na

qual encontramos fundamentação teórica para o desenvolvimento do trabalho.

3.3 Avaliação médica do equipamento

A proposta do projeto foi levada ao médico ortopédico e traumatologista Nilvo

Campos Severo através de uma consulta agendada pelo orientador Diógenes Dias. O

resumo do projeto já havia sido enviado via email para o médico anteriormente para

que tivesse conhecimento básico da pesquisa.

Em conversa, o médico disse que a proposta do projeto é interessante e

válida. Segundo Nilvo, quanto mais a baixo, mais forte e resistente é a estrutura do

corpo, devido ao peso que ela sustenta. Sendo assim a ideia de transferir a carga

aplicada no pescoço para os ombros é eficaz, pois os ombros tem maior resistência

que o pescoço, já que ele é responsável por sustentar a cabeça e o pescoço, enquanto

o pescoço só sustenta a cabeça. Além disso ao invés de a carga ser concentrada em

apenas um ponto, ela é distribuída sobre a estrutura dos ombros o que diminui os

danos causados.

3.4 Teste prático inicial

O objetivo do teste era apontar os defeitos e as alterações que deviam ser

feitas no projeto para possuir uma melhor eficiência. Para isso o integrante do grupo

Cristiano Pereira foi voluntário para fazer os testes.

Para que o integrante pudesse usar o protótipo antigo foi necessário adapta-

lo de acordo com suas medidas.

3.4.1 Adaptação do protótipo

Para realizar a adaptação, primeiro foi necessário realizar as medidas do

integrante. Para definir o novo comprimento dos tubos verticais foi medido a altura da

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cabeça mais um intervalo de 50mm entre a cabeça e o tubo vertical, totalizando assim

250mm. Para definir novo comprimento do tubo horizontal foi medido a distância entre

os trapézios dos ombros totalizando assim 250 mm também.

Para realizar as alterações foi utilizado uma serra manual para desunir os

tubos, os cortes foram realizados a aproximadamente 70 mm da solda. Depois disso

foi realizado outro corte nos tubos, desta vez para retirar os sobre material e deixar o

protótipo nas medidas corretas. Após foram retiradas a rebarbas com a lima e em

seguida foi feita uma nova solda para unir os tubos novamente. Todo o processo foi

realizado com o acompanhamento do auxiliar de ensino do Curso Técnico de

Mecânica, Valdir Rigui.

3.4.2 Descrição da Prática

O primeiro teste foi realizado sem o equipamento, apoiando o saco diretamente

sobre a cabeça e logo após apoiando o saco sobre o equipamento antigo para que

fosse possível comparar os resultados.

Para realizar o teste foi feita uma simulação de descarregamento de caminhão

com sacos de ração de aproximadamente 15 kg e outra apenas fazendo o transporte

dos sacos em uma determinada distância.

Figura 3 - Prática 1

Fonte: Os autores,2016

19

Figura 4 - Prática 2

Fonte: Os autores,2016.

Figura 5 - Prática 2 (PERFIL)


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3.5 Escolha do material

Para definir o material a ser utilizado o grupo analisou dois tipos de tubo. Tubos

de aço-carbono e tubos Metalon. Na análise foi feita uma relação de vantagens e

desvantagens entre um outro pra escolher qual é mais adequado.

3.6 Escolha do cinto de fixação

Como visto no teste prático inicial para o uso do equipamento é necessário uso

de um cinto de fixação para firmar o equipamento no corpo do trabalhador o que

melhorar o equilíbrio do mesmo. Facilitando assim o movimento com o equipamento.

3.6.1 Definição do Material e confecção do cinto

Primeiramente o grupo pensou em utilizar um cinto de três pontos semelhante

aos utilizados em automóveis. Porém depois de uma pesquisa o grupo decidiu que

não valia a pena já que os preços são elevados e ainda seria necessário uma

adaptação para suprir as exigências do projeto. Sendo assim o grupo decidiu criar um

novo modelo.

Para definir o modelo de cinto o grupo fez primeiramente um esboço, no qual

definiu a distribuição do cinto ao longo torso do trabalhador buscando a melhor

maneira de fixar o equipamento. O material escolhido foi tiras de nylon por ser fácil de

se encontrar além de um custo bem baixo. O cinto foi confeccionado com ajuda de

uma costureira.

21

Figura 6 - Cinto de Fixação (Costas)

Figura 7 - Cinto de Fixação (Frente)



22

3.7 Definição das medidas do protótipo adaptável

As medidas do novo protótipo foram arbitradas a partir da prática com o modelo

antigo. O equipamento possui três ajustes diferentes de altura e largura, sendo eles:

Largura: 250mm, 270mm e 300mm

Altura: 250mm, 270mm e 300mm

Futuramente essas medidas podem ser alteradas fazendo um estudo

anatômico sobre está região do corpo encontrando uma variação mais adequada.

3.8 Dimensionamento do novo protótipo

Antes de desenhar o protótipo, foi realizado o seu dimensionamento com ajuda

de alguns professores da área do Curso Técnico em Mecânica.

3.8.1 Dimensionamento dos tubos verticais

Primeiramente os tubos foram dimensionados por compressão com o uso do

poligrafo de Resistência dos Materiais “Tração, Compressão e Cisalhamento”, usado

pelos terceiros anos do Curso de Mecânica e compilado pelo professor Ronaldo

Raupp. Para isso foram seguidos os seguintes passos.

a) Cálculos das reações sobre a estrutura do protótipo.

b) Calculo da tensão admissível para o material 1020 L.

𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝜎𝑒𝑠𝑐

𝐾

c) Calculo da área mínima necessária para suportar a compressão.

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝐹

𝐴

d) Pesquisas em catálogos comerciais.

e) Cálculo da área dos tubos fornecidos nos catálogos.

Área do tubo = 𝜋(𝐷2−𝑑2)

4

f) Escolha do diâmetro mais adequado conforme a área do tubo.

Área do tubo ≥ Área mínima

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Depois do cálculo por compressão foi realizado o dimensionamento por

flambagem. O dimensionamento de flambagem foi feito de duas maneiras diferentes.

Primeiramente o grupo utilizou o livro Mecânica Técnica e Resistencia dos

Materiais do autor Sarkis Melconian, no qual foi usada a teoria de Tetmajer para obter

os resultados. Para isso foi realizado os seguintes passos:

a) Cálculo do comprimento livre de flambagem ( Lf).

Para o caso de viga engastada e articulada usa-se a seguinte fórmula:

𝐿𝑓 = 0,7 × 𝐿 onde, L é comprimento da viga.

b) Cálculo do raio de giração (imin).

imin = √𝐷2 + 𝑑2

4

c) Cálculo do índice de esbeltez (λ)

𝜆 =𝐿𝑓

𝑖𝑚𝑖𝑛

d) Cálculo da tensão crítica de flambagem segundo Tetmajer (σcr)

σcr = 240 − 0,0046xλ²

e) Comparação da tensão de escoamento do material do tubo com a tensão crítica

calculada.

σesc ≥ σcr

Para uma maior certeza do resultado o Professor Ronaldo Raupp recomendou

o uso da norma AISC (American Institute of Steel Construction) para a verificação da

flambagem do tubo. Os cálculos realizados por essa norma são:

a) Cálculo do índice de esbeltez de escoamento (λesc):

𝜆𝑒𝑠𝑐 = √2𝜋² × 𝐸

𝜎𝑒𝑠𝑐

b) Cálculo do comprimento livre de flambagem:

𝐿𝑓 = 0,7 × 𝐿

c) Cálculo do raio de giração:

24

imin = √𝐷2 + 𝑑2

4

d) Cálculo do índice de esbeltez (λ)

𝜆 =𝐿𝑓

𝑖𝑚𝑖𝑛

e) Comparação do λ com o λesc:

Se λ ≥ λesc então usamos: 𝜎𝑐𝑟 =𝜋²×𝐸

2×(𝑙𝑓

𝑖)²

Se λ < λesc então usamos: 𝜎𝑐𝑟 =𝜎𝑒𝑠𝑐

𝑘× [1 − 0,5 × (

𝐿𝑓

𝑖

𝜆𝑒𝑠𝑐)

2

]

3.8.2 Dimensionamento do tubo horizontal

Para o cálculo da flexão seria necessário o uso de diversas ponderações para

que ele estivesse correto, então se optou o uso da ferramenta CAE do software

Inventor® para verificar se o diâmetro calculado através de outras solicitações

resistiria a flexão

3.8.3 Dimensionamento dos parafusos de fixação

Para dimensionar o parafuso usado de acordo com o cisalhamento usamos

também o polígrafo de resistência dos materiais “Tração, Compressão e

Cisalhamento”. Para isso foram seguidos os seguintes passos:

a) Cálculo da tensão tangencial (τadm)

σesc = multiplicação dos números da classe do parafuso.

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝜎𝑒𝑠𝑐

𝐾

τadm = 0,75xσadm

b) Cálculo do Diâmetro do parafuso para cisalhamento duplo

𝐷 = √4×𝑄

2𝜋×𝑛 ×𝜏𝑎𝑑𝑚

c) Escolha do parafuso de acordo a norma DIN 931

d) Verificação da região cisalhada (não pode ser sobre a rosca)

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3.9 Desenho do protótipo

Depois de finalizar o dimensionamento do protótipo o grupo realizou o desenho

no software Autodesk Inventor® que é muito usado em projetos mecânicos como

mostra as figuras a baixo.

Figura 8 – Estrutura do protótipo


26

Figura 9 – Protótipo com a base


Figura 10 – Protótipo vista inferior


27

3.10 Simulação usando o CAE

Para testar se o dimensionamento foi feito corretamente, e que o equipamento

realmente vai resistir as solicitações o grupo fez uma análise no Inventor usando o

CAE.

28

4 ANÁLISE DE DADOS

Com a finalização da metodologia foi realizado a análise dos dados coletados

durante ela.

4.1 Analise do teste prática inicial

Depois de realizar o teste prático descrito na metodologia foi realizado uma

análise dos resultados obtidos durante a prática.

4.1.1 Parâmetros Avaliados

Na prática foram avaliadas diversas situações para encontras as alterações

necessárias. Foram feitas as seguintes avaliações:

Resistência do equipamento em relação ao peso dos sacos

Ergonomia do equipamento

Dificuldade ou facilidade do equilíbrio dos sacos

Conforto do usuário

4.1.2 Problemas encontrados

Durante o teste com o equipamento foram detectados alguns problemas como:

Dificuldade de manter o equilíbrio do equipamento com o peso do saco.

Exige mais esforço dos braços

4.1.3 Propostas de alterações

Para solucionar os problemas de equilíbrio o grupo elaborou um cinto de

fixação para o equipamento. E para diminuir os esforços feitos pelo braço o grupo

estudou a possibilidade da colocação de uma haste curvada ou reta fixada no tubo

vertical.

29

4.2 Resultados do dimensionamento

A partir dos resultados obtidos no dimensionamento que foram definidas as

dimensões dos tubos a serem utilizados no projeto.

4.2.1 Tubos verticais: Compressão e Flambagem

Para compressão:

a) Cálculo da reações

F= 70 kgf x 9,81= 686,7 N

∑ 𝑀𝑎 = 0 686,7 N x 150mm – RVB X 300mm = 0 𝑅𝑉𝐵 =103005

300

RVB=343,35 N

∑ 𝐹𝑦 = 0 RVA+RVB = F RVA= 686,7 N - 343,35 N RVA=343,35 N

Figura 11 – Diagrama de corpo livre


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b) Calculo da tensão admissível para o material 1020 L.

𝜎𝑎𝑑𝑚 = 𝜎𝑒𝑠𝑐

𝐾 𝜎𝑎𝑑𝑚 =

240 𝑀𝑝𝑎

2 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 120 𝑀𝑝𝑎

c) Calculo da área mínima necessária para suportar a compressão.

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝐹

𝐴 𝐴 =

𝐹

𝜎𝑎𝑑𝑚 𝐴 =

35 𝑘𝑔𝑓×9,81

140 𝑀𝑝𝑎 𝐴 = 2,45𝑚𝑚²

d) Pesquisas em catálogos comerciais.

e) Cálculo da área dos tubos fornecidos nos catálogos.

Tubo 1 – Ø12,7mm, espessura 1,20mm

Área do tubo = 𝜋(𝐷2−𝑑2)

4

𝜋(12,72−11,52)

4 A= 22,8 mm²

f) Verificação do diâmetro escolhido.

Área do tubo ≥ Área mínima 22,8mm² ≥ 2,45mm², logo o menor diâmetro

encontrado na tabela utilizada suporta a carga de compressão.

Para Flambagem:

Tabela 1 - Tabela Comercial de Tubos Metalon

Fonte: Empresa Cecometal

31

Segundo Tetmajer:

a) Cálculo do comprimento livre de flambagem ( Lf).

𝐿𝑓 = 0,7 × 𝐿 𝐿𝑓 = 0,7 × 300𝑚𝑚 𝐿𝑓 = 210𝑚𝑚

b) Cálculo do raio de giração (imin).

imin = √𝐷2+𝑑2

4 imin =

√12,72+11,52

4 imin = 4,28 mm

c) Cálculo do índice de esbeltez (λ)

𝜆 =𝐿𝑓

𝑖𝑚𝑖𝑛 𝜆 =

210𝑚𝑚

4,28𝑚𝑚 𝜆 = 49,06

d) Cálculo da tensão crítica de flambagem segundo Tetmajer (σcr)

σcr = 240 − 0,0046xλ² σcr = 240 − 0,0046x(49,06)² σcr = 228,94 Mpa

e) Comparação da tensão de escoamento do material do tubo com a tensão crítica

calculada.

σesc ≥ σcr 240Mpa ≥ 228,94Mpa, logo o diâmetro do tubo selecionado

pela compressão não sofre flambagem, possibilitando assim seu uso

confirmando a teórica de Tetmajer.

Segundo a norma AISC

a) Cálculo do índice de esbeltez de escoamento (λesc):

𝜆𝑒𝑠𝑐 = √2𝜋²×𝐸

𝜎𝑒𝑠𝑐 𝜆𝑒𝑠𝑐 = √

2𝜋2×210000𝑀𝑝𝑎

280 𝑀𝑝𝑎 λesc = 121,67

b) Cálculo do comprimento livre de flambagem:

𝐿𝑓 = 0,7 × 𝐿 𝐿𝑓 = 0,7 × 300𝑚𝑚 Lf = 210mm

c) Cálculo do raio de giração:

imin = √𝐷2+𝑑2

4 imin =

√12,72+11,52

4 imin = 4,28mm

d) Cálculo do índice de esbeltez (λ)

32

𝜆 =𝐿𝑓

𝑖𝑚𝑖𝑛 𝜆 =

210

4,28 λ = 49,06

e) Comparação do λ com o λesc:

Se λ < λesc então usamos: 𝜎𝑐𝑟 =𝜎𝑒𝑠𝑐

𝑘× [1 − 0,5 × (

𝐿𝑓

𝑖

𝜆𝑒𝑠𝑐)

2

]

𝜎𝑐𝑟 =280

2× [1 − 0,5 × (

210

4,28

121,67)

2

] σcr = 128,63 Mpa

Como a 140 Mpa (σadm) > 128,63 Mpa (σcr), então o tubo suporta a flambagem

segundo a norma AISC.

O dimensionamento apresentado é em relação ao tubo menor (interno). Para

o tubo maior será usado o diâmetro subsequente da tabela comercial. No caso Ø

15,87 mm e espessura 1,20 mm.

Os cálculos foram feitos considerando o tamanho máximo do equipamento,

ou seja, 300 mm de altura.

4.2.2 Dimensionamento do parafuso de fixação

Para cisalhamento:

a) Cálculo da tensão tangencial (τadm)

σesc = multiplicação dos números da classe do parafuso Classe 8.8

σesc = 8×8 = 64 kgf/mm² 627,84 Mpa

𝜎𝑎𝑑𝑚 =𝜎𝑒𝑠𝑐

𝐾 𝜎𝑎𝑑𝑚 =

627,84

2 𝜎𝑎𝑑𝑚 = 313,92 𝑀𝑝𝑎

τadm = 0,75xσadm τadm = 0,75 × 313,92 τadm = 235,44 Mpa

b) Cálculo do Diâmetro do pino para cisalhamento duplo

𝐷 = √4×𝑄

2𝜋×𝑛 ×𝜏𝑎𝑑𝑚 𝐷 = √

4×343,35

2𝜋×1 ×235,44 𝐷 = 0,96 𝑚𝑚

c) Escolha do parafuso de acordo a norma DIN 931

Parafuso cabeça sextavada rosca parcial DIN 931 M5 X 25mm

d) Verificação da região cisalhada (não pode ser sobre a rosca)

33

Como comprimento da rosca parcial ficaria na zona cisalhada o parafuso

correto é o Parafuso cabeça sextavada rosca parcial DIN 931 M5 X 30 mm. Para não

ocorre que o parafuso solte durante o uso do equipamento será utilizado uma

“borboleta” para fixa-lo.

4.3 Analise realizada na ferramenta CAE

Após dimensionar o equipamento através dos cálculos citados a cima foi realizado

uma análise de tensão no software Autodesk Inventor®. Nessa análise foi feita uma

simulação das solicitações que o equipamento sofre durante seu uso. Assim pode-se

avaliar que o equipamento resiste tranquilamente as cargas definidas tendo apenas

um deslocamento máximo de 0,049 mm na base de madeira como mostra a imagem

a baixo.

Figura 12 - Analise de deslocamento

Fonte: Os autores, 2016

Tabela 2- Dimensões dos parafusos (Adaptada da DIN 931)

Fonte: Polígrafo Tração, Compressão e cisalhamento,2015.

34

Para conseguir realizar analise mais próxima dos parâmetros reais possíveis

foram utilizados materiais similares aos usados na realidade. Pois o software não

possuía em sua biblioteca de dados os materiais necessários. Sendo assim utilizamos

os seguintes:

Com analise pode-se obter outros dados do protótipo muito importantes como

propriedade físicas e mecânicas que futuramente ajudarão muito para obter melhorias

no projeto. Segue a baixo o resumo dos resultados obtidos através da análise feita no

Inventor

Tabela 3 - Materiais utilizados na simulação

Fonte: Os autores, 2016

35

4.4 Análise Final dos dimensionamentos

Após concluir os dimensionamentos em relação as solicitações exercidas na

estrutura do equipamento e fazer análise no software com o intuito de confirmar os

cálculos conclui-se que as dimensões dos tubos a serem usadas são:

Para os tubos horizontais Tubo maior Ø 15,87 com espessura de 1,20 mm

Tubo menor Ø 12,70 com espessura e 1,20 mm

Para o tubo vertical Tubo maior Ø 15,87 com espessura de 1,20 mm

Tubo menor Ø 12,70 com espessura e 1,20 mm

Tabela 4 - Resumo dos Resultados Obtidos


36

Para o Parafuso de fixação Parafuso cabeça sextavada rosca parcial DIN 931

M5 X 30 mm

37

5 CONCLUSÃO

Em suma, conseguiu-se atingir o objetivo principal do projeto. Desenvolveu-se

um equipamento que auxilia no transporte de carga sobre a cabeça, sendo ele

ajustável a diferentes tipos de portes físicos. Como visto na análise feitas usando a

ferramenta CAE o equipamento suportou as solicitações aplicadas sobre ele.

Porém, essas conclusões são baseadas nos cálculos. O equipamento resiste à

carga necessária sem algum problema, mas será preciso testar a ergonomia do

protótipo para ter certeza de que os trabalhadores sentiriam se confortáveis usando-

o.

.

38

REFERENCIAS

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1020>. Acesso em: 20 de Ago.16

AGUIAR, Breno. O que é metalon?. Disponível em < http://oartigo.com/o-que-e-o-

metalon/> Acesso em 07 de set.16

DEPARTAMENTO DE TRÂNSITO DO PARANÁ. DETRAN/PR: Educação para o

trânsito. Disponível em:

<http://www.educacaotransito.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo.php?conteudo=

166>. Acesso em 27 de jun. 2016.

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2016.

JUNIOR, M. M. C.; OS DESAFIOS DO ENGENHEIRO FRENTE A SEGURANÇA DO

TRABALHO. In: Simpósio de Engenharia de Produção, 13, 2006, Bauru. Anais...

Bauru: SIMPEP, 2006.

KAISER, Daniela. JANTSCH, Larissa. EQUIPAMENTO PARA TRANSPORTE

MANUAL DE CARGAS,2015.( Projeto de Integração Interdisciplinar).Curso Técnico

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MELCONIAN,Sarkis. Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais. 18ª.ed. São

Paulo: Erica, 2010.

39

PORTAL MTE. Norma ABNT NR 11. Disponível em:<

http://www.guiatrabalhista.com.br/legislacao/nr/nr11.htm#11.1_Normas_de_seguran

ça_para_operação_de_elevadores,_guindastes,_transportadores_industriais_e_máq

uinas_transportadoras >. Acesso em 18 de abril, 2016.

PORTAL MTE. Norma ABNT NR 17. Disponível

em:<http://portal.mte.gov.br/data/files/FF8080812BE914E6012BEFBAD7064803/nr_

17.pdf>. Acesso em 18 de abril, 2016.

RAUPP, Ronaldo. Polígrafo Tração, Compressão e Cisalhamento. 2ª Edição,2015.

RAUPP, Ronaldo. Polígrafo Flexão-Torção-Flambagemm. 2ª Edição,2015.

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