Rachador De Lenha

CENTRO PAULASOUZA ETEC RUBENS DE FARIA SOUZA

RACHADOR DE LENHA

SOROCABA 2009

Afonso Erra Neto Antonio Carlos Rodrigues Junior Arony Francisco Taffner Carlos Gurres Fernandes Neto Débora Mariana Aires de Meira Evandro Régis Vieira Ribeiro Josiel Lopes de Lima Paulo Vitor Leandro Freire

RACHADOR DE LENHA

TCC apresentado a ETC.“Rubens de Farias e Souza, como exigência para a conclusão do Curso Técnico em Mecânica em 01/06/2009. Orientador: PROf.º.: HÉLIO CANAVESI FILHO.

SOROCABA 2009 22

Dedicamos este trabalho a todos aqueles que não acreditaram em nós.

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos a todos aquele que de forma direta ou indireta contribuíram para esse momento.

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“E nossa história não estará do começo ao fim sem final feliz, teremos coisas bonitas pra contar e até lá vamos viver, temos muito ainda por fazer, não olhe pra trás. O mundo começa agora e apenas começamos.” (Renato Russo) 55

SUMÁRIO

Resumo..............................................................................................................07 Objetivo..............................................................................................................08 1. Introdução......................................................................................................09 2. Memorial de Cálculos....................................................................................10 2.1. Cálculo do dimensionamento da lamina.................................................10 2.2. Cálculos da Base....................................................................................11 2.2.1. Momento.......................................................................................11 2.2.2. Momento Fletor.............................................................................12 2.3. Cálculo dos parafusos que fixam a faca.................................................13 2.4. Cálculo para dimensionamento da bomba hidráulica.............................14 3. Projeto Hidráulico...........................................................................................15 Conclusão..........................................................................................................19 Anexos...............................................................................................................20 Bibliografia.........................................................................................................21

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RESUMO

A elaboração deste projeto tem a finalidade de desenvolver uma ferramenta de simples manuseio e pouca manutenção. Ele foi projetado com elementos mecânicos básicos de baixo custo, que poderá ser adquirido por qualquer empresa que invista no bem estar de seus colaboradores. Este projeto foi elaborado com as ferramentas e conhecimentos adquiridos durante este curso. Ele é composto por uma base fixa, uma parte móvel, um unidade hidráulica geradora de energia e um centro de comando, tudo isto seguindo as normas pré estabelecida para que ele possa ser de grande utilidade a todos que queiram dele desfrutar.

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OBJETIVO

Otimizar a mão de obra humana e melhorar o processo de queima da madeira que quando jogada inteira leva de 15 a 25 minutos para começar a queimar. Com a utilização do rachador de lenha consegue-se aproveitar madeiras de maior porte, menor produção de carvão, economia média de 15 % no consumo de lenha, menor manutenção da caldeira, menor oscilação na pressão do vapor e maior facilidade no manuseio da lenha.

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1. INTRODUÇÃO

Observando

as

dificuldades

que

os

trabalhadores

de

diversos

segmentos, que utilizam da caldeira a lenha e do corte de madeira, tem para manejar toras pesadas e com esta atividade chegando até mesmo a se lesionar, vimos a necessidade de elaborar um mecanismo que venha a facilitar este trabalho. Após pesquisarmos chegamos a conclusão de que se as toras fossem partidas em pedaços menores esta problemática seria resolvida , e é seguindo este pensamento que desenvolvemos um equipamento

mecânico com um

acionamento eletro-hidráulico que será de muita utilidade neste segmento.

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2. MEMORIAL DE CÁLCULOS

2.1. Cálculos do dimensionamento da lâmina. Material: Aço 1045 temperado 1.1 Área da Lamina (Triangular) Onde: b = base = 50 mm h = altura = 60 mm σ t = 10kg/mm² F = 15.000 kg

b×h 2 5× 2 A= = 15cm 2 2 A = 15.00mm 2 A=

σ=

F 15.000 =σ = = σ = 10kg / mm 2 A 1500

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2.2. Cálculos da base (Viga I) Para dimensionar a estrutura do rachador de lenha, tivemos que limitar o diâmetro da tora para determinar a força necessária para o corte da madeira (Força de Corte 1600 . Calculamos também o peso de toda parte hidráulica que ficará sobre a estrutura. Após calculado essas forças, determinamos as reações dos apoios Ra e Rb (fig. 1).

2.2.1. Momento

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ΣMA = 0

− Rb × (2,8 ) + 150 × (2,05) − 2400 + 100 × (0,8) + 15 × (0,15) = 0 Rb × (2,8) = 307,5 − 2400 + 80 + 2,25 Rb =

− 2010,25

2,8 Rb = −717.95K ΣMb = 0

RA × (2,8) − 15 × (2,65) − 100 × (2) − 150 × 0,75 − 2400 = 0 RA =

2752,25

2,8 RA = 982,95K

2.2.2. Momento Fletor Depois de calculado as reações Ra e Rb, determinamos o momento máximo que a estrutura tende a sofrer, para então escolher a viga de perfil I.

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1 = RA 2 = RA -15 =967,95 k 3 = 967,95 – 100 = 867,95 k 4 = 867,95 – 150 = 717,95 k 5 = 717,95 – RB = 0

X

M = f xd

Mf1

0

M =982,95 x 0 = 0

Mf2

0,15

M = 982,95 x (0,15) = 147,44 k.m

Mf3

0,80

M = 982,95 x (0,8) – 15 x (0,65) = 776,61 k.m

Mf4 2,05 2400 = - 338,45 k.m Mf5 2,80 x (0,75) – 2400 = 0

M = 982,95 x (2,05) – 15 x (1,9) – 100 x (1,24) –

M = 982,95 x (2,8) – 15 x (2,65) – 100 x (2,0) – 150

Mf3 = Mfmax. = 776 k.m Wx =

Mf max

σ

= wx

776 , 61 kg / cm = 1109 , 44 cm 3 70 kgf / cm 2

Para obtermos as características acima foi verificada a necessidade da utilização de uma:

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Viga I Aço ABNT 1050 Trefilado Perfil 38 H = 380 B = 149 C = 20,5 R = 13,7 r = 8,2 Peso kg/m = 84,0 Wx = 1260 cm³

2.3. Cálculo do parafuso para fixação da faca

Para calcular o parafuso determinamos que seria usado uma tensão de pressão de contato médio (225 Mpa), usamos também a força que é exercida pelo sistema hidráulico (F=16000 Kgf). Com a relação que tensão é Força sobre Área, desenvolvemos o cálculo para determinar o diâmetro do parafuso.

F = 1600 kgf = 156800 N σ = 225 mpa (pressão de contato médio) N = numero de parafusos

σ =

F F 156800 N →d = →d = Am × n π ×σ π × 225 N / mm

d = 14,89 mm → d ≅ 15mm Diametrodo Parafuso = 15mm Com isso determinamos que os nossos parafusos sejam: DIN 9116 M16

2.4. Cálculo para o dimensionamento da bomba hidráulica 1 14

Para dimensionar a bomba hidráulica usamos a relação de Pressão é igual à Força sobre a Área. Sendo a força de 1600 Kgf, e a área do atuador de 19,64 mm².

Força = F Pressão = P Área = A P =

F p 1600 = 1600 = = p = = 81 , 466 A 19 . 64 19 , 64

kgf

Para obtermos as características acima foi verificada a necessidade da utilização de uma: 1. Bomba que nos forneça 81,466 kgf Indicada: Bomba de engrenagem 2. Atuador com 19,64 mm de área do embolo e haste de 1000 mm de comprimento. 3. Mangueiras e conexões que resistam a uma pressão de até 2000kgf

3. Projeto Hidráulico

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O Rachador de lenha tem como comando principal um circuito hidráulico quem tem a função de realizar o trabalho principal, por esse motivo Este circuito é composto basicamente por: 1. Motor elétrico 2. Bomba hidráulica - As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica. A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada da bomba, o que permite que a pressão atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção, a penetrar na bomba. A bomba passará o fluido para a abertura de descarga, forçando-o através do sistema hidráulico. 3. Reservatório - Os reservatórios hidráulicos consistem de quatro paredes (geralmente de aço); uma base abaulada; um topo plano com uma placa de apoio, quatro pés; linhas de sucção, retorno e drenos; plugue do dreno; indicador de nível de óleo; tampa para respiradouro e enchimento; tampa para limpeza e placa defletora 4. Filtro – O filtro é a proteção para o componente hidráulico. Seria ideal que cada componente do sistema fosse equipado com o seu próprio filtro, mas isso não é economicamente prático na maioria dos casos. 5. Comando hidráulico a. Válvula de segurança - As válvulas, em geral, servem para controlar a pressão, a direção ou o volume de um fluido nos circuito hidráulico b. Válvula direcional (4/2 vias NA p/ tanque) - As válvulas de controle direcional consistem de um corpo com passagens internas que são conectadas e desconectadas por uma parte móvel. Nas válvulas direcionais, e na maior parte das válvulas hidráulicas industriais, conforme já vimos, a parte móvel é o carretel. As válvulas de carretel são os tipos mais comuns de válvulas direcionais usados em hidráulica.

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c. Válvula de retenção - As válvulas de retenção são aparentemente pequenas quando comparadas a outros componentes hidráulicos, mas elas são componentes que servem as funções muito variadas e importantes. Uma válvula de retenção consiste basicamente do corpo da válvula, vias de entrada e saída e de um assento móvel que é preso por uma mola de pressão. O assento móvel pode ser um disco ou uma esfera, mas nos sistemas hidráulicos, na maioria das vezes, é uma esfera. d. Mangueiras - As linhas flexíveis para condução de fluidos são necessárias na maior parte das instalações onde a compensação de movimento e absorção de vibrações se faz presentes. Um exemplo típico de linhas flexíveis é as mangueiras, cuja aplicação visa atender a três propostas básicas: 1) conduzir fluidos líquidos ou gases; 2) absorver vibrações; 3) compensar e/ou dar liberdade de movimentos. Basicamente todas as mangueiras consistem em três partes construtivas 1. Tubo Interno ou Alma de Mangueira Deve ser construído de material flexível e de baixa porosidade, ser compatível e termicamente estável com o fluido a ser conduzido. 2. Reforço ou Carcaça Considerado como elemento de força de uma mangueira, o reforço é quem determina a capacidade de suportar pressões. Sua disposição sobre o tubo interno pode ser na forma trançado ou espiralado. 3. Cobertura ou Capa Disposta sobre o reforço da mangueira, a cobertura tem por finalidade proteger o reforço contra eventuais agentes externos que provoquem a abrasão ou danificação do reforço.

6. Atuadores - Os atuadores hidráulicos convertem a energia de trabalho em energia mecânica. Eles constituem os pontos onde toda a atividade visível ocorre, e é uma das principais coisas a serem consideradas no projeto da máquina.

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Os atuadores hidráulicos podem ser divididos basicamente em dois tipos: lineares e rotativos.

Esquema hidráulico O circuito regenerativo que está ilustrado consiste de uma bomba, uma válvula de alívio, uma válvula direcional com um orifício bloqueado e um cilindro . Com a válvula direcional na posição mostrada, ambos os lados do pistão do cilindro estão sujeitos à mesma pressão. O desequilíbrio de força resultante provoca o avanço da haste. A descarga de fluido do lado da haste é adicionada ao fluxo da bomba. Visto que, em um cilindro a descarga de fluido do lado da haste é sempre a metade do volume que entra do lado traseiro, o único volume que é bombeado pelo fluxo da bomba é a outra metade do volume que entra do lado traseiro.

Fig. 1

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Conclusão Através deste projeto podemos colocar em prática todos os nossos conhecimentos adquiridos ao decorrer do curso, criando um equipamento novo no mercado, no qual proporcionará muitas facilidades nas indústrias que tenham como base de funcionamento, caldeiras. Temos como base do nosso projeto um sistema mecânico/hidráulico que escolhemos por ser um sistema de operação simples e fácil manutenção e também muito seguro. Ressaltando que nosso projeto tem como principal objetivo o bem estar do ser humano. O desafio de elaborarmos um projeto sozinho, pois em pratica a união e o conhecimento e experiência de cada componente deste grupo, também sendo importante ressaltar a dedicação de todos.

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Anexos

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Lista de Itens necessários para construção da estrutura do Rachador de Lenha

•

1 Viga Perfil “I “ Aço Carbono 1050 Trefilado;

•

1 Chapa para o apoio Central da Faca - SAE1020;

•

1 Chapa para o apoio Central do Cilindro - SAE 1020;

•

1 Chapa para o apoio Traseiro do Cilindro - SAE 1020;

•

1 Chapa para a base móvel – SAE 1020;

•

1 Chapa dobrada para a guia móvel – SAE 1020;

•

1 Faca usinada - SAE 1020;

•

1 Apoio para a Faca - SAE 1020;

•

1 Chapa de Apoio para a guia Móvel - SAE 1020;

•

1 Chapa para Apoio do Topo da Faca – SAE 1020;

•

4 Parafusos DIN 9116 M16;

•

4 Arruelas CNS 156 M16;

•

4 Porcas DIN 9116 M16;

•

16 Parafusos DIN 22014 M10;

•

12 Arruelas CNS 156 M10;

•

4 Arruelas 15º 22 X 21,237 – SAE 1020;

•

16 Porcas DIN 9116 M10;

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Bibliografia

•

Projetista de Máquinas – O Pro-tec

Editora: F. Provenza Ano de publicação: 1988 •

Parker Hannifin Corporation - Tecnologia Hidráulica Industrial

Ano de publicação: 2009 •

The Toro Company – Diagrama hidráulico hidrostático y equipo de prueba

Ano de publicação: 1988 •

Catálogos de Mangueiras hidráulicas – Fluid Connectors

•

Catálogos – Brand Hydraulics

•

Catálogo – Total Systems solutions Worldwide

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