Stram Kraft - Poder Energético

Determinando a Velocidade Escalar Média da esteira.

É necessário entender a definição de Velocidade escalar média, a razão da variação da posição do móvel pela variação do tempo gasto para percorrer o trajeto. Matematicamente temos:

Onde:

ΔS é a variação da posição do móvel: ΔS = S_f - S_i

Δt é a variação do tempo: Δt = t_f - t_i

A unidade de medida da velocidade média, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o m/s, porém existem outras como o cm/s e o km/h. Quando necessário é possível transformar a unidade de velocidade. Para transformar m/s para km/h basta multiplicar o valor da velocidade média por 3,6, se for necessário o contrário, ou seja, transformar de km/h para m/s, basta dividir o valor da velocidade média por 3,6, veja o esquema:

de km/h para m/s basta dividir por 3,6

de m/s para km/h basta multiplicar por 3,6

Aplicando no projeto da Stram Kraft, podemos calcular a velocidade escalar média do móvel.

ΔS = 0,20 m

Δt = 4,92 s

Fazendo a razão entre a variação da posição pela variação do tempo, podemos concluir que a velocidade escalar média do móvel, durante seu percurso foi de 5,12 m/s.

Determinando a Velocidade Angular do motor.

Consideremos o parafuso que liga a transmissão do eixo do motor em movimento circular, passando pela posição P1 representada na figura abaixo. Após um intervalo de tempo Dt, o parafuso estará passando pela posição P2. Neste intervalo de tempo Dt, o raio que acompanha o parafuso em seu movimento descreve um ângulo Dq

A relação entre o ângulo descrito pelo parafuso e o intervalo de tempo gasto para descreve-lo é denominado velocidade angular da partícula. Representando a velocidade angular por w temos

w = Dq/Dt

A velocidade definida pela relação V = Dd/Dt, que já conhecemos, costuma ser denominada velocidade linear, para distingui-la da velocidade angular que iremos definir.

Observe que as definições de V e wsão semelhantes: a velocidade linear se refere à distância percorrida na unidade de tempo, enquanto a velocidade angular se refere ao ângulo descrito na unidade de tempo.

A velocidade angular nos fornece uma informação sobre a rapidez com que o parafuso está girando. De fato, quanto maior for a velocidade angular de um corpo, maior será o ângulo que ele descreve por unidade de tempo, isto é, ele estará girando mais rapidamente.

Lembrando que os ângulos podem ser medidos em graus ou em radianos, concluímos que w poderá ser medida em grau/s ou em rad/s.

Uma maneira de calcular a velocidade angular é considerar o parafuso (ou uma partícula qualquer) efetuando uma volta completa. Neste caso, o ângulo descrito será Dq =2prad e o intervalo de tempo será um período, Istoé, Dt = T.

Logo, w = 2p/T

Relação entre V e w - Sabemos que, no movimento circular uniforme, a velocidade linear pode ser obtida pela relação

Como 2p/T é a velocidade angular, concluímos que:

Esta equação nos permite calcular a velocidade linear V, quando conhecemos a velocidade angular w e o raio R da trajetória.

Efetuando as substituições, utilizando a Velocidade Escalar Média, temos:

w = 2p/T = 2p/1,22 s

V = Velocidade Escalar Média = 5,12 m/s.

R = 0,01 m

5,12 = w * 0,01

w = 0,01 / 5,12

w = 0,0020 m/s

Determinando a Capacidade da esteira.

Sabendo-se que o cilindro possui 3,14 cm2 e a esteira tem 100 cm2, a capacidade total será de aproximadamente 31 cilindros.

Determinando a Potência do Motor

P(Potência) = V(Tensão) x I(Corrente)

Corrente Máxima ser considerada: 10 A

P = 127 V x 10 a

P = 1.270 w

Determinando o Consumo de Energia Elétrica.

Considerando o uso em 1 h de funcionamento:

E(Energia) = P(Potência) x T(Tempo)

E = 1.270 W x 1 h

E = 1,27 kW/h

Relacionando os dados da Velocidade da esteira comn a massa que ela transporta, encontramos a seguinte equação:

Vr = (Vm * mC) / (X + Mc)

Onde:

Vr = Velocidade real da esteira (com carga)

Vm = Velocidade Média da esteira (sem carga)

Mc = Massa da correia

X = Massa dos clindiros sobre a esteira

Encontramos:

A velocidade real da esteira quando X for muito próximo a zero. Observando que isso é o mesmo que:

A velocidade real da esteira quando X for muito alto. Observando que isso é o mesmo que:

O PROBLEMA

A Empresa Universitária Stram Kraft – Poder Energético^®, realiza o envasamento de óleos isolantes para transformadores em vasilhames cilíndricos. O processo se inicia na sala de Pós-Produção e Envasilhamento. Posteriormente um operador carrega todos os vasilhames a uma sala de Expedição e Transporte. O segundo operador empacota 5 vasilhames dentro de uma caixa. A Stram Kraft – Poder Energético^®necessita ganhar tempo de operação, e reduzir o estoque de material na sala de Pós-Produção e Envasilhamento.

A PROPOSTA

Construção de uma esteira dotada de sensores. Os vasilhames serão colocados sobre a esteira na sala de Pós-Produção e Envasilhamento, até a sala de Expedição e Transporte. A cada passagem de 5 cilindros, sensores irão paralisar a esteira e um alarme soará para que o segundo operador retire os 5 potes da esteira e os empacote.

A SOLUÇÃO

Após a primeira reunião da equipe, foi discutido idéias e ações, decidiram então utilizar o Diagrama de Causa e Efeito, ou Diagrama de Ishikawa, conhecida também, como Diagrama Espinha de Peixe, para identificar, explorar e ressaltar todas as possíveis causas no desenvolvimento deste projeto.

Figura: Diagrama de Causa e Efeito

DESENVOLVIMENTO

Após as idéias, análises, esboços, foi desenvolvido um projeto de um protótipo para apresentação aos beneficiados.

A equipe foi dividida em responsabilidades, apresentando os prazos para cada atividade, onde foi utilizado o Microsoft Office Project, conforme diagrama de Tempo/Prazo, conforme detalhamento abaixo.

Figura: Diagrama de prazos - Microsoft Office Project

Edivan Reis efetuou a confecção do projeto eletromecânico, conforme esboço abaixo.

Figura: Projeto Eletromecânico

Após a avaliação e validação de Nassara Santana e Elton Alves, passou para parte Eletrônica, levantando os componentes necessários para compra, conforme esboço e lista abaixo.

Figura: Circuito Eletrônico do CLP

Figura: Lista de Componentes para montagem do Circuito Eletrônico do CLP

Figura: Diagrama para montagem da placa do Circuito Eletrônico do CLP

Figura: Diagrama para montagem da placa do Circuito Eletrônico do Sensor de Movimento

Em posse do planejamento do projeto, Elton Alves iniciou a compra dos materiais e dos componentes para montagem do protótipo, conforme projeto eletromecânico e de custos. O couro sintético foi adquirido com fornecedor especializado em couros. Os materiais mecânicos foi obtido diretamente com a oficina mecânica, com o apoio de Nássara Santana. Os componentes eletrônicos foram comprados através de fornecedor especializado que atua no mercado de industria. Em posse de todos os materiais/componentes, foi analisado em conjunto com o mecânico Alessandro Cardoso, o qual nos auxiliou na montagem mecânica.

Equipamentos disponibilizados:

- Furadeira Industrial

- Máquina de solda

- Máquina de Rebite;

- Chaves de ajustes (fenda, estrela, etc.);

- Trena

- Martelo

- Serra

MONTAGEM

Nássara Santana efetuou o acompanhamento da montagem mecânica da esteira e da maquete, conforme fotos e videos abaixo.

- Corte de uma chapa plana de aço retangular, com as dimensões específicas;

Foto: Corte e medições na Chapa de Aço

- Corte de 04 pedaços de acrílico, efetuando um furo manual, para servir de mancais para os eixos dos roletes da esteira

Foto: Preparação para a Furação do Mancal de Acrílico

Foto: Furação do Mancal de Acrílico

Foto: Detalhe do Mancal de Acrílico (com o furo do Rolete/Eixo)

- Montagem dos Roletes/Eixos de ferro (eixo acoplado);

Foto: Detalhe dos Roletes/Eixo - Visão 01

Foto: Detalhe dos Roletes/Eixo - Visão 02

Vídeo: Funcionamento do Rolete/Eixo nos mancais de Acrílico

Foto: Detalhe dos mancais de Acrílico e dos Roletes/Eixo

Foto: Montagem dos mancais de Acrílico na Chapa de Aço e Colocação dos Roletes/Eixo

- Fabricado uma cantoneira de aço de 90º; para servir de proteção lateral;

Foto: Cantoneira Lateral: Visão 01

Foto: Cantoneira Lateral: Visão 02

- A esteira foi fabricada com couro sintético, com resistência adequada;

Foto: Protótipo Montagem em andamento

- Utilizado um motor Corrente Contínua com redutor de velocidade, utilizado em limpador de Para-brisas de carro, acionado por uma Fonte 12 V / 2 A.

Vídeo: Funcionamento do Protótipo (Fonte e Motor)

Vídeo: Funcionamento do Protótipo (Teste de Resistência)

PROGRAMAÇÃO

A idéia de programação foi visando o melhor custo beneficio, e com uma produtividade mínima para que o estoque da Sala de Pós-produção e Envasilhamento estivesse em quantidade adequada.

Assim, descrito abaixo a idéia da programação do sistema eletrônico:

- Ao pressionar o botão LIGA, a esteira deverá iniciar o seu funcionamento. A medida que o operário colocar os vasilhames, os mesmos serão transportados até a sala de Expedição e Transporte. Após a contagem do 5º vasilhame, feita por um sensor, a esteira irá parar, disparando um alarme sonoro, e iniciando uma contagem regressiva, regulada por um contador de tempo no CLP. Após a contagem, a esteira voltará a funcionar automaticamente.

Será usado o software LDMicro para programação lógica, o qual irá controlar todo o sistema, de forma automatizada.

Após a montagem mecânica, o que foi chamado de pré-montagem, Nássara Santana apresentou um projeto de conclusão da estrutura mecância. O mesmo sendo aprovado por Edivan Reis e Elton Alves, foi adicionado à esteira, formando uma maquete, conforme fotos abaixo. O projeto foi destacado na turma de Engenharia Elétrica de Automação 2011 para apresentação na Feira de Engenharias FTC 2011.