ÚLTIMAS ETAPAS DO PROJETO

Construção do Guindaste


Nessa etapa final do projeto, foi enfim realizada a construção do guindaste, após tantos cálculos e desenhos técnicos.
Para realizar a montagem de tudo, foi primeiramente criado o modelo 3D e os desenhos técnicos, para ficarem definidas as posições de cada peça.

Figura 1:
Fonte: Própria

Figura 3: Modelo 3dd do pistão

Fonte: Própria

Figura 3: Modelo 3d do guincho
Fonte: Própria

Figura 4: Modelo 3d finalizado do Guindaste
Fonte: Própria

Logo, a partir do momento em que as medidas da plataforma estavam definidas, pôde-se iniciar a confecção e compra das demais peças. Iniciou-se então a confecção dos pistões, porém, assim que ele foi testado, percebeu-se um grave problema de vedação que impedia a movimentação efetiva do êmbolo. Assim, através de indicações, procurou-se um torneiro para realizar a usinagem das peças responsáveis pela vedação, para garantir que não ocorressem vazamentos. Os seguintes desenhos foram enviados ao torneiro:

Figura 5. Modelo 3D da tampa do pistão.
Fonte: Própria

Figura 6. Desenho técnico da tampa do pistão
Fonte: Própria

Figura 7. Modelo 3D do êmbolo.
Fonte: Própria

Figura 8. Desenho técnico do êmbolo.
Fonte: Própria

Juntamente com os desenhos técnicos, foram entregues aos torneiro os seguintes materiais:

- 2 unidades de tarugo de nylon com diâmetro de 10mm e comprimento de 120mm 

- 1 unidade de tarugo de nylon com diâmetro de 10mm e comprimento de  150mm

- 1 unidade de tarugo de teflon com diâmetro de 20mm e comprimento de 120mm

- 1 unidade de tarugo de teflon com diâmetro de 25mm e comprimento de 120mm 

- 6 unidades de o'ring com diâmetro interno de 17mm  e externo 21mm

- 6 unidades de o'ring com diâmetro interno de 10mm  e externo 14mm

Com isso, seus êmbolos e tampas estavam prontos. A partir daí foram comprados dois metros de cano PVC de 25 de diâmetro externo e conexões hidráulicas do tipo rosca. Após cortadas e coladas as peças, além de alteradas algumas disposições do projeto inicial, têm-se os pistões prontos.

Figura 9. Pistões e êmbolos.
Fonte: Própria

Figura 10. Conector do tipo rosca para mangueira.
Fonte: Própria

Figura 11. Pistão Finalizado
Fonte: Própria

Depois de realizada a construção dos pistões, deu-se inicio então a construção do braço treliçado. A construção começou com confecção de 4 eixos principais, feitos 4 quatro palitos de churrasco cada, com comprimento de 36 cm. Depois de secos, foram feitos pequenos pares de furos nos eixos com espaçamento de 4 cm cada para realizar o encaixe das treliças. Após prender todas as treliças, juntaram-se então os 4 eixos e formou-se a lança do guindaste. Com lança pronta, também foi feita uma caixa de madeira para funcionar como eixo de rotação.

Figura 12. Colagem dos 4 eixos.
Fonte: Própria

Figura 12. Inicio da fixação das treliças.
Fonte: Própria

Figura 13. Lança finalizada e eixo.
   Fonte: Própria

Com a confecção dos pistões e da lança terminas, foi iniciada a construção da base da plataforma. De inicio, foram cogitados diversos materiais para realizar a flutuação da base, mas no fim, a decisão ficou entre dois materiais: Madeira Amarela e Isopor. A Madeira Amarela é muito utilizada na construção naval e tem com benefícios a alta resistência a umidade e sua baixa densidade, porém, após realizados alguns testes de flutuação percebeu-se que a mesma não seria adequada. A madeira não possuía uma distribuição uniforme de sua massa no corpo, o que fazia com que ela ficasse extremamente desnivelada, e além disso, ela não suportava a massa planejada que seria colocada sobre ela. Assim, foi então selecionada uma placa de isopor, com espessura de aproximadamente 65 mm, e iniciou-se o processo de corte.

Figura 14. Corte da plataforma de isopor.
Fonte: Própria

Depois de feitos o corte no isopor, que sofreu algumas mudanças no design para melhor aproveitamento de espaço, foi realizado então o teste de flutuação.

Figura 15. Teste de flutuação da plataforma.
Fonte: Própria

Com o teste de flutuação da plataforma realizado com sucesso, iniciou-se o encaixe das peças da plataforma. Para o sistema de rotação horizontal da plataforma foi comprada uma catraca e corrente de bicicleta, um rolamento e usado um pequeno pedaço de cano PVC. Após isso, foi prendida uma extremidade da corrente de bicicleta em cada pistão, como mostra a figura abaixo.

Figura 16. Sistema de rotação horizontal
Fonte: Própria

Porém, o sistema acima se mostrou extremamente ineficiente por conta do tempo de reação de cada pistão ao ligar a bomba, forma que não era realizada a rotação da lança. Logo sistema teve que ser substituído para um que utilizasse apenas um pistão, tendo sido a catraca de bicicleta reaproveitada apenas como eixo de rotação.

Figura 17. Novo sistema de rotação horizontal
Fonte: Própria

Nesse novo sistema, havia um furo na extremidade do êmbolo e outro furo no disco que está fixado a lança da plataforma, de maneira que, através de um pino fosse realizada a transmissão de movimento de rotação.

Com o movimento de rotação pronto, restou desenvolver o sistema de elevação do braço. Assim, após perceber a ausência de espaço para a disposição original do pistão que levantava o braço, o pistão teve de ser realocado de forma que agora ele ficasse fixo ao braço.

  

Figura 18. Fixação do pistão ao braço.
Fonte: Própria

Além disso, também iniciou-se o processo de pintura da lança com tinta spray prateada.

Figura 19. Inicio da pintura da lança.
Fonte: Própria

Depois que os sistemas individuais ficaram prontos, iniciou a confecção do sistema os ativaria. Para isso, foram comprados 3 metros de mangueia de 8 mm de diâmetro, válvulas de distribuição de soro, três bombas de para-brisas e uma vasilha plástica. As válvulas foram utilizadas para evitar o uso desnecessário de bombas para os pistões. Antes de realizar a conexão das mangueiras, elas foram pintadas de preto para fins estéticos.

Figura 20. Sistema de Válvulas.
Fonte: Própria

Figura 21. Bombas e vasilha.
Fonte: Própria

Por fim, uniram-se todas as peças e finalizou-se o processo de construção.

Figura 22. Plataforma finalizada.
Fonte: Própria

Vídeo de Testes e da construção


A seguir,  no vídeo que está disponível no Youtube, são demonstradas algumas das etapas principais da construção do nosso projeto, assim como os respectivos testes, feitos tanto no laboratório como no Theoprax.

Cálculos

PISTÕES PARA O GIRO DO GUINCHO

Para calcular o tamanho mínimo que os êmbolos deveriam se movimentar para fora do pistão, consideramos que a base deveria rotacionar pelo menos 180º (meio giro), e que cada pistão sozinho deveria ser capaz de executar esse movimento. Assim, cada êmbolo deveria se deslocar o correspondente à metade do comprimento do cano PVC no qual as correntes da bicicleta estariam ligadas, que seria responsável pelo giro. Utilizamos a equação do comprimento do círculo, no qual o diâmetro do cano vale 25mm. O êmbolo deveria se deslocar para fora do pistão então, no mínimo, C/2 milímetros. Ou seja, aproximadamente 4 centímetros (desconsiderando a parte do êmbolo que permanece dentro do pistão).

PISTÃO PARA ELEVAÇÃO DO GUINCHO

Para calcular o tanto que o êmbolo responsável pela elevação do guincho deveria se mover, consideramos que o pistão ficará há uma distância x = 5cm do guincho, e que o êmbolo deverá se deslocar para cima L centímetros. Utilizando as relações de triângulos retângulos:

EMPUXO

O empuxo é a força exercida por um fluido sobre um corpo mergulhado totalmente ou parcialmente nele. Através do cálculo do empuxo, é possível prever se o guindaste conseguirá flutuar sobre a água: se o peso for maior que o empuxo, o corpo afundará; se o empuxo for maior, ele subirá para a superfície; já se o empuxo for igual ao peso, o guindaste permanecerá parado.

O empuxo exercido por um corpo é igual ao peso do fluído por ele deslocado (equação 1 abaixo). Assim, é necessário o valor da gravidade local (9,79 m/s², no Centro Universitário SENAI CIMATEC, onde serão realizados os testes e apresentado o projeto), o valor da densidade da água, que será o fluído no qual o guindaste estará contido (1000kg/m³), e, por fim, o valor do volume de fluído deslocado.

Equação 1: Empuxo

Fonte: Própria

Para calcular o empuxo no nosso guindaste, foi necessário considerar o empuxo gerado pela base de isopor e pelas 4 boias (as bolas de frescobol). O volume do isopor foi calculado e possui um valor aproximado de 7875 centímetros cúbicos (correspondente a 0,007875 metros cúbicos).  Assim, o Empuxo gerado pelo isopor pode chegar a um valor máximo (caso a base esteja completamente submersa) de 77,25 N.

Cada boia tem um volume próximo de 113 centímetros cúbicos (0,000113 metros cúbicos). Ou seja, as 4 boias juntas geram um empuxo de 4,43 N.

O empuxo total gerado pela base, com as boias, é de 81,68 N. Isso quer dizer que, sendo posto o peso de pouco mais de 8 kg no meio da base, ela não deverá afundar.


TORQUE

Figura 2. Torque no Guincho.

Fonte: Guia para certificação para

aparelhos de carga (adaptado).

O torque pode ser calculado como o produto vetorial entre a força aplicada e o tamanho do braço de alavanca, sendo o braço de alavanca a distância entre a base do guincho e o ponto em que o êmbolo nele está preso, e a força corresponde ao peso do objeto que irá ser içado (em torno de 250 gramas) somado ao peso do guincho a partir daquele ponto. Assim, o torque pode também ser calculado conforme a Equação 2 abaixo:

Equação 2: Torque

Fonte: Própria

Conhecendo-se a força e o torque por ela gerado, é possível calcular se a força gerada pela pressão da água será suficiente para levantar o guincho com a massa.

Considerando apenas o peso de 200 gramas que deverá ser levantado pelo guincho, o torque (considerando uma angulação de 45º) corresponde ao comprimento do guincho (40 centímetros) multiplicado pelo peso do corpo (200 gramas vezes o valor da gravidade), que corresponde a 1,96N, vezes o seno do ângulo. Assim, o torque corresponde a aproximadamente 0,55 N.m.

           

CENTRO DE MASSA

O centro de massa é um ponto no qual a massa de um corpo está concentrada. Para que o guindaste não vire e afunde, é necessário que o centro de massa esteja localizado aproximadamente no centro da base do guindaste. O torque gerado pelo guincho no momento em que ele irá içar o objeto afundado irá deslocar o centro de massa, e por isso a base do guincho ficará afastada do centro da base, e as boias serão utilizadas em cada uma das pontas para impedir que o guindaste marítimo afunde devido ao centro de massa.

Tabela de Custos

A seguir está a relação de materiais e custos, que foram necessários para a construção do projeto:

Para a construção do Guindaste, a equipe gastou um total de R$ 379,47, resultando R$76,90 para cada um dos 5 membros da equipe.