CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS
GERAIS – CEFET-MG
ENGENHARIA MECÂNICA
Gilberto Azevedo
Pedro Henrique Mundim
Marcus Azevedo
Sabrine Cardoso
TRANSPORTE INDUSTRIAL DE CARGAS ATRAVÉS DE CORREIAS
TRANSPORTADORAS
BELO HORIZONTE – MG
2015
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Gilberto Azevedo
Pedro Henrique Mundim
Marcus Azevedo
Sabrine Cardoso
TRANSPORTE INDUSTRIAL DE CARGAS ATRAVÉS DE CORREIAS
TRANSPORTADORAS
BELO HORIZONTE – MG
2015
Trabalho elaborado durante a disciplina
de Eletrotécnica Industrial II, do curso
de Engenharia Mecânica, na instituição
CEFET-MG, com o objetivo de se
aprimorar os estudos teóricos
realizados durante as aulas.
Orientador: Prof. Patrick Mendes
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 4
2. OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 5
3. COMPONENTES DO TRANSPORTADOR DE CARGA POR CORREIA ............................................... 5
4. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO PARA AS ENGENHARIAS ................................................................... 6
5. ENGENHARIA MECÂNICA E AS CORREIAS TRANSPORTADORAS ................................................. 6
6. ENGENHARIA ELÉTRICA E CORREIAS TRANSPORTADORAS ......................................................... 7
7. INTERAÇÃO ENTRE ELÉTRICA E MECÂNICA .................................................................................. 8
7.1 CONJUNTO DE ACIONAMENTO ......................................................................................................... 9
7.2 CÁLCULO DE POTÊNCIA ................................................................................................................. 10
7.3 SELEÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS ............................................................................................... 11
8. ESTUDO EM SALA DE AULA DOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS.................................................. 11
9. EXEMPLO DE FABRICANTES ......................................................................................................... 13
10. INOVAÇÕES ............................................................................................................................... 13
11. CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 14
REFERÊNCIAS ........................................................................................................................................ 15
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1. INTRODUÇÃO
Correias transportadoras são máquinas utilizadas para se transportar cargas,
seja de uma linha de produção ou de um simples carregamento, de um local para
outro. Garantem economia, eficiência e segurança ao processo de manipulação de
objetos e materiais, bem como grande versatilidade e capacidade.
Segundo a empresa Tratoraço & Mercado de Correias [5], a história da
utilização das correias transportadoras tem seu início na segunda metade do século
17, inicialmente para transportar sacos de grãos por pequenas distâncias, sendo que
somente ao fim do século 18 é que foram utilizadas em maior escala e para
manipular materiais a granel. Devido à baixa complexidade do sistema, composto
apenas por uma cama de madeira e um cinto que deslizava sobre ele, seu uso e
aplicação eram bem limitados e foi somente no início do século 20 que tornou-se
possível ampliar o seu campo de aplicações.
Com o seu crescente uso na indústria, como na área automobilística e em
minas de carvão, a sua popularidade aumentou, o que resultou em desenvolvimento
e melhoramento dessas máquinas, buscando atender às grandes demandas da
época. Isto se intensificou com a Segunda Guerra Mundial que, devido às
necessidades enfrentadas e à escassez de matéria prima natural, promoveu o
desenvolvimento de materiais sintéticos e aprimoramento da eficiência e capacidade
de transporte das correias.
Atualmente existem diferentes materiais empregados na fabricação das
correias, algodão, lona, EPDM, couro, neoprene, nylon, poliéster, poliuretano,
poliuretano, PVC, borracha de silicone e aço, que são definidos de acordo com a
aplicação e o tipo de carga a ser transportada.
O presente estudo pretende abordar as correias transportadoras como um
equipamento completo de transporte de carga, avaliando sua estrutura geral, não
apenas se dedicando somente à correia em si, que é apenas um dos diversos
componentes deste transportador.
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2. OBJETIVOS
Apresentar o que é o transporte de cargas por correias transportadoras;
Identificar a relevância dos estudos em engenharia mecânica e elétrica para o
projeto de transportadores de carga por correia, identificando ainda a
interação entre estas áreas de estudo;
Verificar os aspectos técnicos referentes à parte elétrica e como os mesmos
se relacionam com os conteúdos estudados em sala de aula.
3. COMPONENTES DO TRANSPORTADOR DE CARGA POR CORREIA
Um transportador de correia envolve uma série de elementos que devem ser
bem analisados, pois cada um deles tem fundamental importância para o correto
funcionamento do equipamento. Segundo a apostila sobre transportadores
contínuos (p. 20), da Universidade Federal da Bahia [4], os principais componentes
deste tipo de transportador são: Correia, tambores, acessórios, guias laterais,
roletes, freios, chute, estrutura e drive (conjunto de acionamento composto por um
motor elétrico e um sistema de transmissão).
Figura 1: Transportador de carga por correia
Fonte: Apostila da UFBA [4]
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4. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO PARA AS ENGENHARIAS
A importância do sistema de correias transportadoras dentro do estudo das
engenharias está relacionada com sua grande aplicação nas indústrias, nas quais o
mesmo é bem difundido devido sua alta capacidade de carga e poder de
deslocamento de grandes quantidades de materiais em curto espaço de tempo, de
forma a se aprimorar a logística e se reduzir os custos.
Como exemplo de aplicação, tem-se a maior correia transportadora do
mundo, cujos dados fornecidos pela empresa Phoenix Conveyor Belts [3] indicam
que a mesma é capaz de transportar até 1000 t/h de calcário, em uma mina da Índia,
cruzando a fronteira do país até uma fábrica de cimento em Bangladesh. O
transportador tem curso único e extensão de 17 km, incorporando 34,5 km de
correia e 80 cm de largura.
Para que maquinários como o citado sejam possíveis, é necessário que haja
um estudo referente a todos componentes envolvidos. Dentro do contexto da
mecânica, podemos encontrar aspectos referentes ao estudo dos elementos de
máquina, da seleção de materiais e cálculos de carga. Já no contexto de elétrica,
podemos perceber o estudo dos comandos, acionamentos, motorização, controle e
circuitos de proteção.
5. ENGENHARIA MECÂNICA E AS CORREIAS TRANSPORTADORAS
Para que tais meios de transporte sejam possíveis de serem construídos, faz-
se importante o estudo de todos os fatores atrelados a seu projeto, dentre o qual se
destaca o estudo da mecânica do projeto, que se concentra na análise das tensões
das correias, na capacidade de carga sobre os roletes, na seleção dos rolamentos,
no tipo de material empregado, no desgaste sobre as correias, na capacidade
máxima de carga, na seleção da velocidade correta de operação, entre outros.
Além do estudo efetivo das correias, convém e faz parte do estudo, dentro do
contexto de engenharia mecânica, a análise e seleção do tipo de correia a ser
empregada. Para isto, deverão ser discutidos os seguintes aspectos, citados na
apostila sobre transportadores contínuos (p. 22), da Universidade Federal da Bahia
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[4], os quais envolvem um conhecimento prévio nas disciplinas de resistência dos
materiais, cálculo, análise de projetos mecânicos, dinâmica, estática, entre outras
componentes curriculares do curso:
Condições de serviço: Tipo de empresa, aciaria, fundição, ambiente
agressivo, temperatura;
Características do material: Granulometria, temperatura, abrasividade,
agressividade, vazão horária;
Tempo do percurso da correia;
Largura da correia;
Inclinação dos roletes: Seção abaulada ou plana;
Tensão máxima suportada pela correia;
Temperatura do material: Os materiais podem estar à temperatura
ambiente ou em temperaturas mais elevadas como, por exemplo, em uma
cerâmica.
Além destes fatores, é importante, também, que seja realizada a análise dos
elementos de máquinas que compõem o sistema, alguns dos quais citados pelo
Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 33), da Procel Indústria [1]:
Dispositivos de carregamento e descarregamento;
Polias de acionamento, de retorno e esticadora;
Roletes de carga, de retorno;
Correia transportadora;
Dispositivos raspadores;
Estrutura de suporte de carga;
Dispositivo de acionamento (eixos, mancais, entre outros).
6. ENGENHARIA ELÉTRICA E CORREIAS TRANSPORTADORAS
Para que seja possível se projetar um maquinário de transporte de carga como
as correias transportadoras, é fundamental que exista um embasamento teórico em
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disciplinas atreladas à engenharia elétrica. É necessário que os projetistas tenham
conhecimentos a respeito dos estudos de sinais, circuitos, projetos elétricos, seleção
de motores e partidas, cálculos de correntes, eletromagnetismo, entre outros.
A seguir serão apresentados exemplos, retirados do Guia Básico de Correias
Transportadoras (p. 55, 56), da Procel Indústria [1], referentes aos equipamentos
elétricos de proteção, que existem de forma a se evitar danos aos componentes da
máquina, identificando e agindo conforme variáveis da operação a ser executada.
Os exemplos destacam a atuação da engenharia elétrica em projetos de
transportadores de carga por correia:
Chave de emergência: É uma chave dotada de um cabo de aço ligado a um
dispositivo elétrico instalado ao longo do transportador, cuja finalidade é interromper,
automaticamente, o funcionamento da correia em caso de surgimento de
anormalidades operacionais, tais como, sobrecarga, deslizamento, desalinhamento.
Detector de baixa velocidade: É um sensor elétrico instalado geralmente no
retorno da correia e tem a finalidade de detectar alterações da velocidade, parando
automaticamente o equipamento.
Detector de rasgos: Dispositivo eletromecânico instalado sob a face de carga,
e próximo ao ponto de alimentação, cuja finalidade é detectar o início do surgimento
de rasgo na correia. Com isso, evita-se o prolongamento do rasgo.
7. INTERAÇÃO ENTRE ELÉTRICA E MECÂNICA
Para que se consiga obter um bom projeto de transportador de carga, é
necessário que haja uma interação entre os estudos da área de elétrica e mecânica.
Um exemplo desta interação é a questão que se refere ao acionamento das correias
transportadoras, pois o mesmo envolve cálculos de potência necessária para vencer
o atrito e conseguir realizar um transporte efetivo, além da seleção correta de
motores elétricos e de partidas, os quais devem trabalhar em conjuntos com outros
componentes mecânicos.
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Segundo o Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 82), da Procel Indústria
[1], a partir dos dados levantados sobre o funcionamento do transportado, pode-se
por meio de equações e fórmulas matemáticas, calcular rotações e potências
necessárias. Tendo definido as potências requeridas, deve-se buscar as
especificações técnicas para selecionar motores elétricos, redutores, variadores de
velocidade, tipos de chaveamento, entre outros. Busca-se, no mercado,
equipamentos comercias que possam ser adquiridos, levando em consideração
materiais, processos de fabricação, qualidade, custos, prazo de entrega, assistência
técnica, peças de reposição e durabilidade, além de que tenham desempenho
satisfatório tanto paro o projeto elétrico como para o mecânico.
7.1 CONJUNTO DE ACIONAMENTO
Segundo o Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 70), da Procel Indústria
[1], a potência a ser transmitida, o tipo de serviço e o arranjo mecânico irão definir o
conjunto de acionamento. Na maioria dos casos a solução mais econômica consiste
em se combinar um motor elétrico com acionamento por polias e correias em V, ou
ainda um redutor, dependendo das características de potência, velocidade única ou
múltipla e condições econômicas.
A figura a seguir apresenta um sistema de acionamento, destacando-se os
componentes mecânicos atrelados ao motor:
Figura 2: Conjunto de Acionamento
Fonte: Guia Básico de Correias Transportadoras – Procel Indústria [1]
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7.2 CÁLCULO DE POTÊNCIA
O cálculo da potência necessária deve ser realizado pelos projetistas ligados à
parte mecânica e produtiva do processo, e a partir de seu valor pode-se efetuar o
dimensionamento de demais componentes e a seleção de motores e partidas pelos
profissionais da área de elétrica. Segundo o Manual de Transportadores (cap. 1 p.
26), da FAÇO [2], A potência utilizada para a movimentação do transportador é
composta por quatro parcelas:
Parte necessária para vencer a inércia de roletes, tambores e correia.
Parte necessária para deslocamento horizontal do material transportado;
Parte necessária para deslocamento vertical do material, em
transportadores montados ema aclive ou declive;
Parte necessária para superar os atritos de acessórios
A fórmula apresentada na figura a seguir é utilizada para se calcular a potência
efetiva necessária para o transporte de material:
As variáveis desta fórmula devem ser obtidas em tabelas para a conclusão dos
cálculos. Tais tabelas não serão apresentadas uma vez que não estão
compreendidas dentro do objetivo do estudo, e a motivação de apresentar esta
fórmula se dá apenas na verificação dos parâmetros que influenciam seu cálculo.
Figura 3: Fórmula Para Cálculo de Potência
Fonte: Manual de Transportadores – FAÇO [2]
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7.3 SELEÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS
Segundo o Manual de Transportadores (cap. 2 p. 62), da FAÇO [2], os motores
utilizados para acionamento do transportador geralmente são do tipo rotor de gaiola
TFVE (com ventilação externa), com torque de partida normal (160%) e isolamento
classe B.
O projetista da parte elétrica deve, em conjunto com o projetista mecânico, ser
capaz de selecionar o motor mais adequado para as características de
carregamento exigidas. Esta escolha é baseada no modelo do motor, potência
nominal, tensão nominal, número de fases, corrente nominal, frequência nominal,
velocidade de rotação, regime de trabalho, grau de proteção, entre outras
características fundamentais.
Segundo o Guia Básico de Correias Transportadoras (p. 80), da Procel Indústria
[1], os motores utilizados nos acionamentos de correias transportadoras em geral
são de grande potência com valores entre 50 e 100cv e trabalham durante várias
horas por dia. Motores de alto rendimento, quando comparados com motores
standard, apresentam rendimentos mais elevados, maior fator de potência e ainda
apresentam uma vida útil maior, pois é um motor que costuma trabalhar a uma
menor temperatura de funcionamento.
8. ESTUDO EM SALA DE AULA DOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
As definições referentes ao tipo de trabalho envolvido (por exemplo, se o
transportador é de ação contínua ou intermitente) influem principalmente no tipo de
partida a ser escolhida. De maneira geral, um motor de indução requer
aproximadamente seis vezes a sua corrente nominal para partida à tensão nominal.
Nos casos em que a corrente de partida do motor é elevada, como para aplicação
em correias transportadoras, pode ocorrer elevada queda de tensão no sistema da
alimentação da rede. Devido a isso, diversos métodos de partida foram
desenvolvidos, e os mesmos são apresentados a seguir, conforme definições vistas
e aprendidas durante o estudo da disciplina de Eletrotécnica Industrial II, quais
possuem grande aplicabilidade em acionamentos de correias transportadoras, sendo
empregadas segundo as variáveis do tipo de trabalho envolvido:
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Partida Direta: Esse método pode ser empregado quando se deseja ter
desempenho máximo no torque de partida do motor, como para bombas
d’água, compressores, ventiladores. Tem como prós o baixo custo, torque
de partida elevado, tamanho reduzido de componentes. E tem como contras
os altos valores de correntes e custo de manutenção elevado.
Chave Compensadora: Essa chave reduz a corrente de arranque, evitando
sobrecargas, deixando o motor com arranque sufciente apenas para a
partida. Pode ser usada nas mesmas máquinas de partida direta, mas que
exigem maiores potências como esteiras, britadores, grandes ventiladores,
laminadores e moinhos. Tem como vantagens o uso com qualquer motor
trifásico, no qual o motor permanece sempre energizado mesmo no intervalo
de troca dos contatores. Como desvantagem, cita-se o alto custo, e a
exigência de espaço físico relativamente alto.
Estrela-Triângulo: Destina-se a máquinas que partem em vazio ou com
conjugado resistente baixo, praticamente constante. Atingida a rotação e a
corrente nominal pode-se comutar para a ligação em triângulo, quando a
corrente será igual à corrente nominal. Na passagem de uma posição à outra,
há uma elevação brusca do conjugado, que produz um tranco no eixo da
máquina. Essa operação pode ocasionar em uma diminuição da vida útil da
máquina. Usada em máquinas para usinagem de metais (tornos, fresas, etc).
Como vantagens, têm-se baixo custo, menor espaço físico exigido, e corrente
reduzida. Como desvantagens, a tensão da rede deve coincidir com a tensão
em triângulo do motor, o torque é reduzido na partida, e ocorre pico de
corrente na comutação.
Soft Starter: São equipamentos avançados para redução de tensão na
partida por meio de rampas de aceleração ou desaceleração suaves através
do uso de tiristores. Não provoca trancos no sistema, evita correntes de pico e
ainda incorpora paradas suaves e proteções. Usado em grandes motores
como esteiras, máquinas de grande momento de inércia das categorias AC-2
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e AC-3. Os Soft-Starters mais modernos têm circuitos de economia de
energia, reduzindo perdas no motor.
Podemos verificar que o uso de diferentes métodos de partida está aliado a uma
análise dos resultados esperados para o equipamento, possibilitando assim uma
escolha correta do sistema de partida.
9. EXEMPLO DE FABRICANTES
Fabricantes de Sistemas Transportadores por Correia
Nome Localização Website
Contitech MG/SP/PA/ES/RJ http://www.contitech.com.br/
Equipecon São Paulo http://equipecon.com.br/
Logitec São Paulo http://www.logitecsistemas.com.br/
Dematic São Paulo www.dematic.com/pt-BR
10. INOVAÇÕES
No segmento de transportadores por correia um dos maiores desafios, e talvez o
grande objetivo, é alcançar grande eficiência, agilidade e baixo custo na linha de
produção. Seguindo este raciocínio, várias empresas e fabricantes destes sistemas
investem tempo e dinheiro em pesquisas, buscando encontrar soluções práticas
para melhorar o modo como os transportadores atuam nas indústrias.
Essas melhorias começaram com a automatização da linha de transporte no
chão de fábrica. Hoje, todo o sistema é organizado por computador e roda de acordo
com a produção vigente no momento. Partidas, velocidades, inversões de sentido,
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paradas e todos os movimentos e aspectos das correias transportadoras são
integrados na linha de produção, controlados e atuados por computador.
Nesse contexto surgiram alguns itens e acessórios de controle da linha e do
sistema de esteira, que tem por objetivo identificar falhas, rupturas e demais
eventualidades afim de, automaticamente, corrigir as configurações atuais da linha e
garantir que esta não pare, dispensando assim até mesmo um operador.
Um exemplo é o sistema Roxbulk® da empresa ROXPAN, apresentado em seu
Descritivo Técnico [6], que analisa o volume e o fluxo de materiais na esteira e
permite a substituição de sistemas de pesagem. Ele utiliza um scanner a laser que
obtém os dados de forma rápida e precisa, sem o risco de contaminação da carga
em transporte.
11. CONCLUSÃO
Através do trabalho pôde-se conhecer mais a respeito dos transportadores de
carga e, mais especificamente, sobre os de correia, que possuem grande
aplicabilidade nas indústrias atualmente. Os projetos deste tipo de maquinário
envolvem engenheiros elétricos e mecânicos, de forma que a interação entre estas
áreas deve ser perfeita para que se atinja o melhor resultado.
Diversos assuntos estudados em sala de aula, como os referentes à seleção
do motor e do tipo de acionamento elétrico foram também percebidos durante o
decorrer do trabalho. De tal forma, consideramos que todos os objetivos foram
alcançados, uma vez que os elementos de uma correia transportadora foram
apresentados e debatidos, além de ter-se evidenciado a relação dos sistemas com
as engenharias e percebida a aplicação dos conhecimentos técnicos utilizados em
sala em relação aos projetos de transportadores por correia.
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REFERÊNCIAS [1] PROCEL INDÚSTRIA. Edição Seriada 1: Correias Transportadoras – Guia Básico. Brasília, 2009. 179 p. [2] FÁBRICA DE AÇOS PAULISTA (FAÇO). Manual De Transportadores De Correias. 4ª edição. São Paulo. 412 p. [3] PHOENIX CONVEYOR BELT S. A mais longa correia transportadora do mundo. Disponível em: <http://www.phoenix-conveyorbelts.com/pages/world-records/longest/longest_pt.html>. Acesso em: 27 jun. 2015 [4] UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA. Transportadores Contínuos Para Graneis Sólidos (p. 20-47) – Cap. 5: Transportador de Correia (TC). Salvador, 2013.
[5] TRATORAÇO & MERCADO DE CORREIAS. História das Correias
Transportadoras. Disponível em:
<http://www.tratoraco.com.br/home/conteudo/3314/2710/Historia-das-Correias-
Transportadoras>. Acesso em: 26 jun. 2015
[6] ROXPAN AUTOMAÇÃO E REPRESENTAÇÃO INDUSTRIAL LTDA. Descritivo
Técnico – FAQ Roxbulk. Jundiaí, São Paulo.