Terceira Aula

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO ENGENHARIA DE PETRÓLEO

ELEMENTOS DE MÁQUINAS

TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA Prof. Eng. Amilcar Barum

2013

A principal função dos sistemas de transmissão é transformar torque e rotação de máquinas primárias em torque e rotação no sistema secundário. As máquinas primárias são os sistemas de acionamento que podem ser manuais, elétricos, pneumáticos, motores de combustão interna ou quaisquer outras formas de acionamento de máquinas. Os sistemas secundários são sistemas que serão acionados pelas máquinas primárias, tais como: dispositivos de movimentação, guindastes, gruas, plataformas móveis e outros.

Todos os equipamentos secundários que realizam movimentos através dos sistemas de transmissão possuem 4 variáveis fundamentais para a obtenção das melhores condições de trabalho. Elas são: •Velocidade •Força •Torque •Potência Vamos analisar cada uma dessas variáveis antes de entrarmos especificamente nos sistemas de transmissão.

Força pode ser definida como um fenômeno físico capaz de alterar ou tender a alterar o estado de inércia de um determinado corpo material. Se não ocorrer mudança no estado de inércia, pode ocorrer deformação no corpo em questão. Alterar o estado de inércia de um corpo significa provocar uma aceleração ou uma desaceleração. Trabalho é o resultado do produto entre a componente da força aplicada a um corpo e o deslocamento que essa força produz. Essa componente é resultado do ângulo de aplicação da força, ou seja:

Torque (momento, conjugado, binário) é o resultado de aplicarmos uma força ao longo de um eixo, denominado braço de alavanca, que está fixado em um ponto de aplicação de força. Esse braço de alavanca, ao sofrer a ação da força, faz surgir nesse ponto de aplicação um movimento de rotação. Essa força que aciona o braço de alavanca é tangente ao perímetro do movimento rotativo. Força

Potência é o resultado do trabalho realizado em um determinado espaço de tempo. Desse modo, a potência pode ser representada por:

No entanto, a relação matemática entre o deslocamento e o tempo, também é conhecido como velocidade, sendo assim:

No caso de uma potência para movimento rotativo então teremos: mas, no caso de movimentos rotativos, a velocidade é angular, sendo assim: mas N - Rotação

Torque

Na transmissão de potência através de polias e engrenagens a potência é uma forma de medir a velocidade em que uma forma de energia se transforma em outra. No caso de transmissão por polias ou engrenagens (caso ideal), ocorre um processo de conservação de energia, ou seja, se transformamos força em velocidade angular ou velocidade angular em força, a energia presente em cada um dos elementos rotatórios, se mantém constante.

Formas de transmissão de movimento

Transmissão por correias

Transmissão por correntes

Transmissão por diferencial

Transmissão por engrenagem

Transmissão por junta universal

Transmissão por haste rígida

Transmissão de movimento

N – número de rotações n – número de dentes

Relação de transmissão entre várias engrenagens

Transmissão por correia

As correias, juntamente com as polias são um dos meios mais antigos de transmissão de movimento. É um elemento flexível, normalmente utilizado para transmissão de potência entre dois eixos A maneira de transmissão de potência se dá por meio do atrito que pode ser simples, quando existe somente uma polia motora e uma polia movida ou múltipla , quando existem polias intermediárias com diâmetros diferentes (escalonada).

CARACTERÍSTICAS: •Podem transmitir grande quantidade de energia. •Uma das formas mais utilizadas em sistemas de transmissão de potencia. •Possuem custos relativamente baixos. •Tendem a proteger a unidade motora. •Possuem rendimento entre 0,96 a 0,98, pois podem apresentar escorregamentos.

Tipos de correias

Plana

em

V

Trapezoidal

Hexagonal Simples, multi e outras formas

Podem possuir dentes, visando aumentar a aderência e sincronismo na transmissão de força. EVOLUÇÃO No início da revolução as correias eram planas e o material era quase sempre couro. Por volta da década de 1930 surgiram as correias trapezoidais e as correias em V. Isso significa que o coeficiente de atrito da correia é multiplicado pelo inverso do seno do ângulo da inclinação da face lateral, reduzindo o ruído e aumentando a compactação do conjunto.

As correias trapezoidais e em V apresentam algumas desvantagens sobre as correias planas. Correias trapezoidais são quase sempre fornecidas em comprimentos padronizados. O material das correias planas pode ser fornecido em rolos e elas podem ser fabricadas no local em qualquer comprimento. Alinhamento das polias é mais crítico no caso de correias trapezoidais. Entre outros. As correias são construídas com materiais como: • Borracha • Polímeros sintéticos • Reforços de nylon • Tiras metálicas • Tecido • Couro

Dados gerais sobre correias Planas. Valores Máximos: Potência = 1600KW (~2200cv) Rotação = 18000 rpm Força tangencial = 50 KN (~5000 Kgf) Velocidade tangencial = 90m/s Distância centro a centro = 12m Relação de transmissão ideal = 1:5 Relação de transmissão máxima = 1:10

Em V. Valores Máximos: Potência = 1100KW (~1500cv) Velocidade tangencial = 26m/s Relação de transmissão ideal = 1:8 Relação de transmissão máxima = 1:15

Correias planas podem ser utilizadas em árvores paralelas ou reversas. Já a correia em V somente em árvores paralelas.

Paralelas

Reversas

DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO:

Uma mesma utilização pode ser atendida por diferentes combinações de número de correias, diâmetros de polias e outros. Portanto, o processo de escolha de uma correia para determinada aplicação envolve normalmente a análise de diversas soluções e a melhor opção é em geral um equilíbrio entre características conflitantes, como durabilidade da correia, custo das polias, espaço físico, etc.

DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO: Alguns fabricantes de correias oferecem softwares próprios e gráficos onde o processo de seleção fica bastante simples e rápido.

Padronização As correias industriais trapezoidais são fabricadas basicamente com dois conjuntos de perfis: o perfil HiPower (A, B, C, D e E) e o perfil PW (3V, 5V e 8 V),

DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO:

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Dados necessários: • Tipo de acionamento, • Potencia de acionamento (motor) • Rotação (motor) • Tipo de equipamento acionado • Rotação do equipamento acionado • Distancia entre centros • Regime de operação DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Potência Projetada (Pp): Pp=Pmotor.fs Onde: Pmotor – Potencia do motor de acionamento em W ou CV Fs- fator de serviço - admensional

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Fator de serviço (fs):

Máquina Regime de operação Intermitente Normal Agitadores 1,1 1,2 Ventiladores 1,1 1,2 Correia transp. 1,2 1,3 Moinhos 1,4 1,5 Calandras 1,6 1,6

Contínuo 1,3 1,3 1,4 1,5 1,8

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Fator de serviço (fs):

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Fator de serviço (fs):

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Aspectos geométricos:

A Figura mostra o esquema comum de uma transmissão com duas polias de raios r1 e r2 e distantes C entre centros.

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Aspectos geométricos:

Os diâmetros são D1 = 2 . r1 e D2 = 2 . r2 O ângulo γ é dado por sen γ = (r1 − r2) / C O comprimento exato L da correia é calculado por L = π D1 + 2 r1 γ + 2 C cos γ + π D2 − 2 r2 γ L = π (D1 + D2) + 2 (r1 − r2) γ + 2 C cos γ

Substituindo

(r1 − r2)

por

C sen γ

L = π (D1 + D2) + 2 C (γ sen γ + cos γ)

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Relação de transmissão: i=N2/N1 Diâmetros: D=d.i Onde:

D=Diâmetro da polia 2 ou da coroa (m ou mm) d=Diâmetro da polia 1 ou do pinhão (m ou mm)

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Diâmetros externos recomendados para correias (mm)

Potencia KW/CV 0,7/1 1,1/1,5 3,7/5 7,3/10 36,8/50

rpm 575 690 870 1160 1750 3450 75 63 60 60 56 75 63 60 60 60 56 115 115 96 76 76 56 152 132 110 110 96 76 280 254 213 208 172 -

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Ou ainda, comprimento das correias (L): L=2.C+( /2).(D+d)+(((D-d)²)/(4.C)) Onde: C=Distância entre centros (m ou mm)

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES:

Ou ainda, para determinar o comprimento das correias (L) é necessário conhecer previamente a distância entre os centros (C). Caso esta seja desconhecida a seguinte relação pode ser utilizada: i < 3 ⇒ C=((D+d)/2)+d i ≥ 3 ⇒ C=D

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Ajuste da distância entre centros (C): C=(La-h.(D-d))/2 Onde: La=Comprimento de ajuste (m ou mm) h=Fator de correção entre centros (adimensional)

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Fator de correção entre centros (h): Relação: D-d/La 0 0,02 0,05 0,10 0,20 0,50

h 0,001 0,010 0,025 0,050 0,100 0,290

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Comprimento de ajuste (La): La=L-1,57.(D+d) Distância entre centros (C): C=(3d+D)/2

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Capacidade de transmissão por Correia (Cpc) Cpc=(Pb+Pad).fl Onde: Pb=Potencia básica (W ou CV) Pad=Potencia adicional (W ou CV) fl=Fator de correção do comprimento

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES:

DIMENSIONAMENTO DAS TRANSMISSÕES: Número de Correias (Ncor): O número de correias necessário para transmissão é obtido por meio de: Ncor=Pp/(Ppc.Ca)

Onde: Pp=Potência projetada

Ppc=Potência por correia Ca=Fator de correção para arco de contato

TENSÃO NAS CORREIAS A tensão nas correias deve ser ajustada de acordo com o manual da máquina ou do fabricante das correias. Na falta destes usa-se o processo que indica a deflexão (Df) da correia de acordo com a força aplicada (F), tipo de correia, distância entre centros (C). c

CODIFICAÇÃO: Informações padronizadas: Correias e Polias Largura, Altura, Comprimento, Passo, Material XX—XX—XX

EXERCÍCIO 1: Especifique a correia mais adequada: Hi-Power Correia transportadora – uso contínuo. Motor elétrico = 6KW

Eixo movido, N=900 RPM, D=240mm

Eixo motor, D=120mm

EXERCÍCIO 1: Para seleção do tipo de perfil 1)Determinar a Potência Projetada: Pp=Pmotor.fs Para correia transportadora ambiente úmido e com poeira.

–

uso

Pp=6000.(1,4+0,1+0,1)

Pp=9600W

contínuo,

EXERCÍCIO 1: Para seleção do tipo de perfil 2)Identificar o eixo mais rápido: i=n1/n2=d2/d1 i=240/120 i=2 2=n1/900 n1=1800 Neste caso, o eixo motor é o mais rápido!

3)Para seleção do tipo de perfil Pp=9600W ou 13 CV N1=1800 RPM

Perfil B

4)Determinar a capacidade de transmissão de 1 correia de Perfil B nas condições especificadas.

Pb: Para n1=1800RPM e d1=120mm Valor entre 117 e 122; 3,67 e 4,03. Considerar valor mais baixo de Pb=3,67 HP ou 2716W Pad: n1=1800RPM e i=2 Pad=0,63 HP ou 466W

5)Determinar o comprimento da correia (L): Como i=2 e seguindo a recomendação quando i<3 ⇒ C=((D+d)/2)+d C=(240+120)/2+120 C=300mm

Assim L calculado: L=2.C+( /2).(D+d)+(((D-d)²)/(4.C)) L=2.300+1,57.(240+120)+(((240-120)^2)/(4.300)) L=1177,2mm

Analisando a Tabela de Comprimentos padrões. Se L calculado =1177,2mm, a correia padrão mais próxima é:

Assim: L real = 1215mm B-46

Algumas vezes pode ser necessário recalcular a distância entre centros (C real) em função do comprimento real da correia (L real)

C real=319,12mm

Em função do tamanho real. 6) Determinar fl. Como a correia seria a B46 fl=0,86

7) Assim Capacidade de transmissão por Correia (Cpc) Cpc=(Pb+Pad).fl Cpc=(2716+466).0,86 Cpc=2736,52W

8) Número de Correias (Ncor): Antes deve ser determinado o Ca.

(D-d)/C=(240-120)/319,12=0,376 Ca≈0,95

Ncor=Pp/(Ppc.Ca) Ncor=9600/(2736,52.0,95)

Ncor=3,69 correias Ncor=4 correias Perfil B46