No décimo post do blog, depois de sua volta, vamos mostrar o resultado de mais um projeto: Um Braço Hidráulico com uma Garra na Extremidade.
A capacidade que um pouco de água tem quando usada de maneira correta é admirável. Neste caso, temos um guindaste hidráulico feito com peças fáceis de se encontrar. Você também pode criar seu guindaste! Clique aqui e estude como funciona. Vamos a descrição do projeto:
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
CAMPUS MARQUÊS
CURSO DE ENGENHARIA
ANDRÉ FERREIRA
BRUNO SILVA
CAIO MIRANDA
GUILHERME MENEZES
LEONARDO ROMEIRO
LUCAS DA SILVA
THIAGO DIAS
VICTOR SILVA
CAMPUS MARQUÊS
CURSO DE ENGENHARIA
ANDRÉ FERREIRA
BRUNO SILVA
CAIO MIRANDA
GUILHERME MENEZES
LEONARDO ROMEIRO
LUCAS DA SILVA
THIAGO DIAS
VICTOR SILVA
1. OBJETIVO
Projetar e construir um guindaste hidráulico com seringas, que seja capaz de levantar e transportar uma massa padrão de 100 g, para posições pré-estabelecidas, do ponto inicial O para o ponto A, do ponto A para o ponto B e retornar do ponto B para o ponto inicial O, utilizando uma garra na extremidade do guindaste.
2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
2.1. Garra Mecânica
As garras são efetuadores usados para deslocar objetos dentro de um certo espaço. Estes podem variar desde objetos leves e frágeis até objetos pesados e robustos, sendo através do tipo de objeto que se define como será construída a garra.
Figura 1: Exemplo de Garra Mecânica
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| Fonte: Google Imagens, 2015 |
Existem diversos tipos de garras, dos quais podemos destacar os ganchos tipo de guindaste, adesivos, garras a vácuo, eletroímãs e garras com dedos de movimentação mecânica.
Nas garras com dedos de movimentação mecânica temos duas formas principais de segurar o objeto: por constrição física da peça, onde a garra se adapta ao formato da peça; e por atrito entre a garra e o objeto.
Para acionar o fechamento e abertura deste tipo de garra, existem várias formas diferentes. Dependendo da forma utilizada, podemos classificar a garra como de acionamento mecânico, pneumático ou hidráulico.
Figura 2: Exemplo de Garra Hidráulica
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| Fonte: Google Imagens, 2015 |
As garras com dedos de movimentação mecânica, acionadas hidraulicamente, possuem tamanho, velocidade de resposta e força maiores que as outras, sendo comumente usadas em situações que exigem carregamento de objetos mais pesados.
2.2. Princípio de Pascal
Blaise Pascal foi um físico, matemático e filósofo, que utilizou-se dos estudos da hidrostática para formular o Princípio de Pascal.
Esta teoria dizia que:
“O acréscimo de pressão produzido num líquido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do líquido.”
Figura 3: Representação dos pontos de pressão em um líquido
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| Fonte: Google Imagens, 2015 |
Segundo a Lei de Steven, a diferença de pressão entre dois pontos A e B de um líquido pode ser escrita da seguinte forma:
PA-PB = d*g*h
Se uma força for aplicada na superfície desse líquido, os pontos A e B - que tinham pressão PA e PB, respectivamente – terão um acréscimo de pressão. Este acréscimo pode ser escrito como ΔPA e ΔPB. Assim, a pressão Pfinal de cada ponto pode ser equacionada da seguinte forma:
PAfinal = PA+ΔPA
PBfinal = PB+ΔPB
Em líquidos incompressíveis, a altura inicial h não se alterava, resultando na seguinte fórmula:
ΔPA-ΔPB = d*g*h
Sendo assim, pode-se dizer que:
ΔPA=ΔPB
Então pode se dizer que a pressão exercida em um ponto será igualmente transmitida nos demais pontos e também nas paredes do recipiente que estiver comportando este líquido.
Figura 4: Esquema de elevador hidráulico
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| Fonte: Google Imagens, 2015 |
O Princípio de Pascal é utilizado em freios hidráulicos, em prensas hidráulicas e elevadores hidráulicos, todos estes utilizados na indústria mecânica, tanto nas fábricas para construir quanto nos centros automotivos para poder realizar a manutenção dos carros.
3. ETAPAS DE CONSTRUÇÃO
3.1. Construção do Braço
O Projeto foi iniciado com a construção do braço com a garra. Nele foi utilizada madeira MDF e parafusos, enquanto a garra foi feita com um suporte de GPS. Esse processo foi feito em uma garagem, utilizando dimensões variadas para cada parte da peça.
Figura 5: Base A afixada no Corpo B
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| Fonte: FERREIRA, André R; 2015 |
Os corpos A e B tem dimensões 30x3x1,8 cm;
Figura 6: Corpos A e B
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
O corpo C tem dimensões 12x3x1 cm, sendo dois iguais;
Figura 7: Corpo C
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
A base A tem dimensões 15x7x2 cm, sendo duas iguais;
Figura 8: Base A
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
E a base B tem dimensões 2x9x6 cm.
Figura 9: Base B
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
Criadas as partes, foram todas unificadas com a ajuda de parafusos e porcas. A garra foi colada na extremidade do braço com cola de silicone.
Figura 10: Garra de suporte de GPS
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
3.2. Fixação do Braço na Base com o Rolamento
Após a construção do braço, foi delimitada as áreas da base em que cada peça seria colocada. Assim, então, foi iniciado o processo de confecção da base giratória e instalação na base demarcada. Foram utilizadas madeira MDF, rolamento de HD e pregos e parafusos.
Figura 11: Base com o rolamento acoplado
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| Fonte: FERREIRA, André R; 2015 |
A base de madeira MDF tem dimensões 2x10x8 cm, tendo uma abertura cilíndrica onde foi acoplado o rolamendo de HD;
Figura 12: Base do rolamento
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
O rolamento de HD tem um raio igual a 3,5 cm.
Figura 13: Rolamento de HD
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
Todas as partes foram, então, unidas para formar a estrutura principal do projeto. A união foi feita com parafusos e pregos.
Toda a estrutura foi, então, afixada na base do projeto.
Figura 14: Base para o trajeto
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| Fonte: DIAS, Thiago F N; 2015 |
3.3. Instalação das Seringas
Em seguida, foi montada a estrutura que iria comportar as seringas, sendo esta feita de madeira MDF. As dimensões desta estrutura são 10x29x15,5 cm.
Figura 15: Estrutura das seringas
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| Fonte: ROMEIRO, Leonardo P; 2015 |
Montada toda a estrutura de madeira do projeto, foi iniciada a instalação do sistema hidráulico. Este sistema foi composto por 2 seringas de 60 ml, 6 seringas de 20 ml, 3,5 metros de garrote, 8 cintas plásticas, 8 alavancas e uma chapa de ferro angulada.
Figura 16: Seringas
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| Fonte: FERREIRA, André R; 2015 |
Três seringas de 20 ml e a quarta seringa de 60 ml foram afixadas na estrutura e sendo todas elas presas com as cintas plásticas. A seringa de 60 ml restante foi conectada a base giratória com a chapa de ferro. As seringas de 20 ml foram instaladas nas dobradiças do braço e próximo a garra, para que houvesse o movimento. Estas também foram afixadas com as cintas plásticas.
Figura 17: Garra com seringa instalada
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| Fonte: FERREIRA, André R; 2015 |
A conexão hidráulica entre as seringas de comando e as de movimento foi feita utilizando o garrote pois ele ofereceu mais vedação contra a pressão interna do líquido. O movimento foi comandado com as alavancas.
Figura 18: Esquema hidráulico
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| Fonte: DIAS, Thiago F N; 2015 |
3.4. Acabamento
O acabamento foi feito utilizando tinta esmalte e fita isolante nos pontos O, A e B.
Figura 19: Projeto finalizado
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| Fonte: DIAS, Thiago F N; 2015 |
O processo todo durou cerca de 2 semanas.
4. CÁLCULOS UTILIZADOS
4.1. Área ocupada pela base:
Comprimento T = 60 cm
Largura L = 55 cm
A=T.L
A=60x55
A=3300 cm² → 0,33 m²
4.2. Área ocupada pela estrutura das seringas
Comprimento T = 29 cm
Largura L = 15,5 cm
Aestrutura=Testrutura.Lestrutura
Aestrutura=29x15,5
Aestrutura=449,5 cm² → 0,045 m²
4.3. Volume ocupado pela estrutura das seringas
Aestrutura = 449,5 cm² → 0,045 m²
Altura H = 10 cm
Vestrutura= Aestrutura.Hestrutura
Vestrutura=449,5x10
Vestrutura=4495 cm³ → 0,0045 m³
5. RESULTADOS DOS TESTES PRELIMINARES
O primeiro protótipo do guindaste foi finalizado em uma semana. Quando posto em teste, foi constatado que a pressão interna no sistema hidráulico não seria suportada ao levantar uma massa de 100 g, fazendo com que as mangueiras se soltassem. O braço também não estava percorrendo todo o percurso na parte da base giratória devido a ar dentro das seringas. O guindaste conseguiu levar uma chave de fenda de aproximadamente 80 g do ponto O até o ponto A, onde houve separação entre garrote e a seringa que mantinha o objeto no ar.
No segundo protótipo, foi corrigida a questão da pressão, adicionando pequenas cintas plásticas na conexão entre os garrotes e as seringas. Foi corrigida também a questão do ar dentro das seringas substituindo o líquido novamente. O segundo protótipo foi capaz de levar a chave de fenda do ponto O ao ponto B, sem parada no ponto A, e retornar ao ponto O.
A versão final do projeto teve apenas uma última modificação estética, sendo utilizada fita isolante para demarcar as posições O, A e B.
6. PLANILHA DE CUSTOS DO PROJETO
Descrição
|
Custo
| |
Madeiras MDF
|
R$
|
45,00
|
Rolamento
|
R$
|
16,00
|
Mangueiras
|
R$
|
25,00
|
Seringas de 60 ml
|
R$
|
15,00
|
Seringas de 20 ml
|
R$
|
18,00
|
Tintas e pincéis
|
R$
|
49,00
|
Pregos e parafusos recuperados
|
R$
|
0,00
|
Total
|
R$
|
168,00
|
7. CONCLUSÃO
Conclui-se que um guindaste hidráulico é uma ótima maneira de transportar qualquer objeto. A capacidade que um sistema hidráulico tem de carregar objetos é ótima para qualquer carga que seja um pouco mais pesada e também para trajetos que exigem maior precisão.
A garra com dedos de movimentação mecânica possibilita maior facilidade e precisão em sua manipulação e pode carregar uma maior diversidade de materiais sólidos.
O Princípio de Pascal prova que, ao aplicar uma força na superfície de um fluído, todos os pontos dentro do volume deste fluido receberão essa força. Assim, quanto maior o volume, maior a pressão total no fluido e, quanto maior a distância entre o topo do fluido e um ponto, maior a pressão.
Enfim, no guindaste hidráulico, utiliza-se as propriedades da hidrostática, embasado no Princípio de Pascal, para obter uma maior pressão interna no sistema hidráulico e, por consequência, uma maior força final para movimentar o objeto. Também se utilizando do Princípio de Pascal, consegue-se uma maior precisão ao mover este objeto, visto que a força se propaga igualmente através do líquido. Utiliza-se a garra pois ela consegue carregar uma maior variedade de materiais sólidos.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CARVALHO, Thomas. InfoEscola. Pressão Hidráulica: Princípio de Pascal.
