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ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I
AT-096
Universidade Federal do Paraná
Curso de Engenharia Industrial Madeireira
Dr. Alan Sulato de Andrade
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CONCEITO:
"Projeto é um empreendimento planejado que
consiste num conjunto de atividades inter-
relacionadas e coordenadas, com o fim de alcançar
objetivos específicos dentro dos limites de um
orçamento e de um período de tempo dados."
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
NATUREZA DOS PROJETOS:
Há uma grande diversidade de projetos:
Projetos de Pesquisa;
Projetos de Extensão;
Projetos de Ensino;
Projetos Industriais;
Projetos de Máquinas;
Projetos de Elementos de Máquinas;
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
INTRODUÇÃO:
Projeto é um instrumento fundamental para qualquer
atividade de mudança e/ou geração de produtos,
serviços e informações. Eles podem envolver desde
uma única pessoa a até milhares de pessoas
organizadas em times e ter a duração de alguns dias
ou vários anos.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
Exemplo de projetos de curto e longo desenvolvimento.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CARACTERÍSTICAS:
Um projeto pode ser considerado como um
empreendimento, onde deve apresentar início e fim
definidos. O projeto normalmente utiliza recursos
limitados e é conduzido por pessoas, visando atingir
metas e objetivos pré-definidos estabelecidos dentro
de parâmetros de prazo, custo e qualidade.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CARACTERÍSTICAS:
O projeto pode ser definido por características
distintas como temporário, único e progressivo. A
característica de ser temporário é muito importante,
pois todo projeto tem um início e um fim definidos. O
projeto termina quando os objetivos para o qual foi
criado são atingidos ou quando se torna claro que os
objetivos do projeto não serão ou não poderão mais
ser atingidos ou a necessidade do projeto não existe
mais.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CARACTERÍSTICAS:
Ser único significa que todo produto, serviço ou
informação gerados por um projeto é diferente de
outros, ou seja, a realização de algo jamais realizado
anteriormente. Um projeto é progressivo porque à
medida que é mais bem compreendido, ele é
progressivamente elaborado, ou seja, maior é o
detalhamento das características peculiares que o
distinguem como único.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
Exemplos de projetos temporários, únicos e progressivos.
Pente, Reator por Fusão Nuclear, VW Gol
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
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Expansão de unidade fabril.
ARACRUZ CELULOSE, Linhas A,B e C
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
KLABIN – Unidade Monte Alegre, Telêmaco Borba, PR
Projeto MA 1100.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CARACTERÍSTICAS:
Um projeto para ser executado precisa ser
gerenciado. O ato de gerenciar consiste em executar
atividades e tarefas que têm como propósito planejar
e controlar atividades de outras pessoas para atingir
objetivos que não podem ser alcançados caso as
pessoas atuem por conta própria, sem o esforço
sincronizado dos subordinados.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CARACTERÍSTICAS:
Desta forma o gerenciamento de projetos consiste na
aplicação de conhecimentos, habilidades, ferramentas
e técnicas para projetar atividades que visem atingir
os requisitos do projeto. Para facilitar o gerenciamento
do projeto ele deve ser dividido em fases que
constituem seu ciclo de vida.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
CARACTERÍSTICAS:
O ciclo de vida do projeto serve para definir o início e
o fim do projeto e definem qual o trabalho (atividade)
deve ser realizado em cada fase (ou etapa) e quem
deve estar envolvido. Ele descreve o conjunto de
processos que devem ser seguidos para que o projeto
seja bem gerenciado.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO DE MÁQUINAS:
Desenvolvimento de uma máquina que funcione
adequadamente, levando em consideração os
requisitos de segurança, confiabilidade, custos e
tempo de execução do projeto.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO DE MÁQUINAS:
Cabe aos engenheiros definir, calcular os
movimentos, forças e mudanças de energia de modo
a determinar as dimensões, as formas e os materiais
necessários para cada uma das peças (elementos de
máquinas) que integram o dispositivo. Esta na
verdade seria a essência do Projeto de Máquinas.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
MÁQUINAS:
Dentre as várias definições, podem ser consideradas
como aparato que consiste em unidades inter-
relacionadas (elementos de máquinas), ou dispositivo
que modifica a força ou movimento.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
Exemplos típicos de máquinas. a) unidades inter-relacionadas
b) dispositivo que modifica a força ou movimento.
a) b)
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
Um projeto surge em resposta a um problema concreto. Elaborar um projeto é, antes de mais nada, contribuir para a solução de problemas, transformando IDÉIAS em AÇÕES. O documento chamado projeto é o resultado obtido ao se "projetar" tudo o que é necessário para o desenvolvimento de um conjunto de atividades a serem executadas: quais são os objetivos, que meios serão buscados para atingi-los, quais recursos serão necessários, onde serão obtidos e como serão avaliados os resultados.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
A organização do projeto em um documento nos auxilia a sistematizar o trabalho em etapas a serem cumpridas, compartilhar a imagem do que se quer alcançar, identificar as principais deficiências, a superar e apontar possíveis falhas durante a execução das atividades previstas. Desta forma a qualidade na formulação de um projeto reflete muito bem o nível científico e tecnológico do grupo de pessoas envolvidas na sua elaboração.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
METODOLOGIA DE PROJETOS:
1. Identificação das necessidades,
2. Pesquisa de suporte,
3. Definição dos objetivos,
4. Especificação das tarefas,
5. Síntese,
6. Análise,
7. Seleção,
8. Projeto detalhado,
9. Protótipo e teste,
10. Produção,
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
1. Identificação das necessidades:
Consiste em uma exposição mal definida e vaga do problema.
2. Pesquisa de suporte:
Consiste na definição e compreensão completa do problema.
3. Definição dos objetivos:
Definir a utilidade de forma realista do problema.
4. Especificação das tarefas:
Criação de um conjunto detalhado das tarefas que limitam o alcance do projeto.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
5. Síntese:
Busca de tantas alternativas de projeto quanto possíveis, sem considerar geralmente seu valor ou qualidade.
6. Análise:
Análise das alternativas levantadas anteriormente, estas podem ser aceitas, rejeitadas ou modificadas.
7. Seleção:
A solução mais promissora é aceita.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
8. Projeto detalhado:
Nesta etapa todos os pontos são unidos, confecção de croquis, fornecedores identificados, especificações de fabricação definidos.
9. Protótipo e teste:
A construção real do projeto é feita pela primeira vez nesta etapa, onde sua performance é testada.
10. Produção:
Nesta etapa, após ser assegurada a qualidade, durabilidade e confiabilidade o produto ou equipamento é produzido em quantidade.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
Este modelo é apenas uma proposta, sendo que em algumas situações a metodologia apresentada pode não funcionar de maneira linear. Nestas situações existe a necessidade de realizar “iterações”.
Estas consistem em voltar ou repetir um determinado estágio anterior.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1º Iteração 2º Iteração
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO DE PROJETOS:
Desafio 1:
Propor uma formulação de projeto visando a modificação do tipo de combustível e sistema de alimentação em um gerador de vapor (caldeira).
Vapor
Água
Ar
Combustível
Gases de
exaustão
Combustível Atual:
Óleo BPF
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO E CÁLCULO DO PROJETO:
É extremamente importante para todo engenheiro desenvolver bons e cuidadosos hábitos em todas etapas do projeto, pois solucionar problemas complicados exige uma abordagem organizada. O profissional deve manter registros e documentações das hipóteses levantadas e decisões tomadas de modo que o processo de raciocínio do projetista possa ser reconstruído posteriormente se for necessário um reprojeto.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
FORMULAÇÃO E CÁLCULO DO PROJETO:
Outro procedimento sugerido para o projetista é mostrado na seqüência.
Definir o problema
Declarar os dados
Elaborar hipóteses
Decisões preliminares
Croquis do projeto
Modelos matemáticos
Análise do projeto
Avaliação
Documentar resultados
Produção e montagem
Estágio de Definição
Estágio Preliminar
Estágio Detalhado
Estágio da Documentação
Estágio da Produção e Montagem
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
ESTÁGIO DE DEFINIÇÃO:
Num livro de registro do projeto, é definido o problema de maneira clara mediante um relatório.
Os dados de uma determinada tarefa devem ser claramente relacionados, acompanhados pelo registro das hipóteses feitas pelo projetista. Isto visa delimitar o problema mediante as informações.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO PRELIMINAR:
Uma vez que as delimitações sejam definidas, algumas decisões preliminares do projeto devem ser tomadas para se prosseguir. As razões e justificativas dessas decisões devem ser documentadas.
Um exemplo seria a determinação de um determinado material que comporia um elemento, porém mediante uma análise preliminar, detectou-se que existe a necessidade de se modificar este material.
Normalmente 90% das características de um projeto podem ser determinadas nos primeiros 10% do tempo total do projeto.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO PRELIMINAR:
Neste estágio, o projeto deve ser documentado através de croquis (manuais). Deve constar informações fundamentais, mesmo que aproximadas de dimensões, materiais entre outros.
Parte A
Componente B
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO DETALHADO:
Com um rumo de projeto estabelecido, pode-se criar um ou mais modelos (matemáticos) de engenharia do elemento ou sistema para podermos analisá-lo. Nestes constam informações de carregamento, momentos, torques, tensões entre outros visando a avaliação e comparação com as propriedades dos materiais de engenharia escolhidos. Neste ponto toma-se a decisão de perseguir com o projeto ou iterar para encontrar uma solução melhor retornando a uma etapa anterior.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO DETALHADO:
Exemplo de modelos matemáticos visando a determinação da distribuição
das tensões em diversas áreas dos elementos que compõem uma máquina.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PROJETO DETALHADO:
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
DOCUMENTAÇÃO DO PROJETO:
Uma vez realizando tantas iterações quantas forem necessárias para se atingir resultados satisfatórios, a documentação do projeto ou elemento de máquina deverá ser completada na forma de desenhos de engenharia detalhados, especificações dos materiais e da fabricação.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
PRODUÇÃO E MONTAGEM:
Após todas as etapas, podemos selecionar os processos e iniciar a construção dos elementos ou dispositivos complexos.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
O engenheiro responsável pelo projeto de elementos estruturais ou mecânicos deve restringir a tensão do material a um nível seguro, portanto, deve usar uma tensão segura ou admissível.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Consiste na relação entre a carga de ruptura e a carga admissível.
Podem ser considerados como reserva estratégica.
Coeficientes de segurança são empregados para prevenir incertezas quanto a propriedades dos materiais, esforços aplicados, variações, etc. Depende então de uma série de requisitos, entre os principais o tipo de carregamentos e o modo de utilização.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
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COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Coeficiente de segurança ou fator de segurança é adimensional “N”. Porém sempre maior que 1 a fim de evitar maior possibilidade de falha. Valores específicos dependem dos tipos de materiais usados e da finalidade pretendida da estrutura ou máquina.
Ex.:
Avião comercial – N=1,2 a 1,5
Avião militar – N=<1,1
Mísseis – N=1
Bicicletas e carros? Para alguns N=10 seria suficiente?
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Deve suprir possíveis
sobre-utilizações ou
falhas de projeto
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COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Fatores normalmente utilizados como coeficientes de segurança:
Propriedades dos materiais disponíveis a partir de testes: (F1)
Material realmente utilizado – N=1,3
Dados representativos de testes do material estão disponíveis em bibliografia – N=2
Dados razoavelmente representativos de testes – N=3
Dados insuficientes – N=5+
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Fatores normalmente utilizados como coeficientes de
segurança:
Condições ambientais nos quais será utilizado: (F2)
Idênticas aos testes – N=1,3
Essencialmente igual ao ambiente de um laboratório
comum – N=2
Ambiente moderadamente desafiador – N=3
Ambiente extremamente desafiador– N=5+
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Fatores normalmente utilizados como coeficientes de
segurança:
Modelos analíticos para forças de tensões: (F3)
Testados em experimentos – N= 1,3
Representam precisamente o sistema – N= 2
Representam aproximadamente o sistema – N= 3
Aproximações grosseiras – N= 5+
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
N materiais dúctil:
N MAX (F1, F2, F3)
N materiais frágil:
N 2* MAX (F1, F2, F3)
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA:
A escolha do coeficiente de segurança é uma tarefa de responsabilidade. Valores muito altos significam, em geral, custos desnecessários e valores baixos podem provocar falhas de graves conseqüências. Porém o domínio total do assunto é atingido somente quando o engenheiro possuir grande experiência.
ACHAR PONTO IDEAL ENTRE :
QUALIDADE X CUSTO X SEGURANÇA
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA:
Muitas associações de engenharia e agências governamentais desenvolveram normas para áreas específicas de projetos de engenharia. A maior parte delas são apenas recomendações, mas algumas têm força de lei.
ANSI – Instituto Americano de Normas
ASME – Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos
SAE – Sociedade dos Engenheiros Automotivos.
ISO – Organização internacional de Normas
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas-CB’S
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
COEFICIENTES DE SEGURANÇA:
Desafio 2:
Estabeleça os coeficiente de segurança a ser empregados nas seguintes situações:
F1-Estrutura de madeira em Pinus, Eucalyptus e uma espécie amazônica até então desconhecida.
F2-Disco de serra para o desdobro de peças de madeira. Utilização doméstica e industrial para madeiras de diferentes classes de densidade.
F3-Vazo de pressão para branqueamento (Etapas O, Z, P ou D) de polpa celulósica.
F1-F2-F3-Eixo de transmissão de potência em uma máquina utilizada na industria madeireira.
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INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA:
Desafio 3:
Buscar 3 normas da ABNT que seriam pertinentes ao dimensionamento de componentes mecânicos – Listando o CB, número da norma e um breve resumo.
INTRODUÇÃO AO PROJETO DE
MÁQUINAS
NORMAS DE PROJETOS E DE SEGURANÇA:
Projetar com consciência e competência!
Pois a responsabilidade sempre será sua!
