CENTRO PAULASOUZA

ETEC RUBENS DE FARIA SOUZA

RACHADOR DE LENHA

SOROCABA

2009

2 2

Afonso Erra Neto

Antonio Carlos Rodrigues Junior

Arony Francisco Taffner

Carlos Gurres Fernandes Neto

Débora Mariana Aires de Meira

Evandro Régis Vieira Ribeiro

Josiel Lopes de Lima

Paulo Vitor Leandro Freire

RACHADOR DE LENHA

TCC apresentado a ETC.“Rubens de Farias e Souza, como exigência para a conclusão do Curso Técnico em Mecânica em 01/06/2009.

Orientador: PROf.º.: HÉLIO CANAVESI FILHO.

SOROCABA

2009

3 3

Dedicamos este trabalho a todos aqueles que não acreditaram em nós.

4 4

AGRADECIMENTOS

Agradecemos a todos aquele que de forma direta ou indireta contribuíram para esse momento.

5 5

“E nossa história não estará do começo ao fim sem final feliz, teremos coisas bonitas pra contar e até lá vamos viver, temos muito ainda por fazer, não olhe pra trás. O mundo começa agora e apenas começamos.” (Renato Russo)

6 6

SUMÁRIO

Resumo..............................................................................................................07

Objetivo..............................................................................................................08

1. Introdução......................................................................................................09

2. Memorial de Cálculos....................................................................................10

2.1. Cálculo do dimensionamento da lamina.................................................10

2.2. Cálculos da Base....................................................................................11

2.2.1. Momento.......................................................................................11

2.2.2. Momento Fletor.............................................................................12

2.3. Cálculo dos parafusos que fixam a faca.................................................13

2.4. Cálculo para dimensionamento da bomba hidráulica.............................14

3. Projeto Hidráulico...........................................................................................15

Conclusão..........................................................................................................19

Anexos...............................................................................................................20

Bibliografia.........................................................................................................21

7 7

RESUMO

A elaboração deste projeto tem a finalidade de desenvolver uma

ferramenta de simples manuseio e pouca manutenção. Ele foi projetado com

elementos mecânicos básicos de baixo custo, que poderá ser adquirido por

qualquer empresa que invista no bem estar de seus colaboradores. Este

projeto foi elaborado com as ferramentas e conhecimentos adquiridos durante

este curso. Ele é composto por uma base fixa, uma parte móvel, um unidade

hidráulica geradora de energia e um centro de comando, tudo isto seguindo as

normas pré estabelecida para que ele possa ser de grande utilidade a todos

que queiram dele desfrutar.

8 8

OBJETIVO

Otimizar a mão de obra humana e melhorar o processo de queima da

madeira que quando jogada inteira leva de 15 a 25 minutos para começar a

queimar.

Com a utilização do rachador de lenha consegue-se aproveitar

madeiras de maior porte, menor produção de carvão, economia média de 15 %

no consumo de lenha, menor manutenção da caldeira, menor oscilação na

pressão do vapor e maior facilidade no manuseio da lenha.

9 9

1. INTRODUÇÃO

Observando as dificuldades que os trabalhadores de diversos

segmentos, que utilizam da caldeira a lenha e do corte de madeira, tem para

manejar toras pesadas e com esta atividade chegando até mesmo a se

lesionar, vimos a necessidade de elaborar um mecanismo que venha a facilitar

este trabalho.

Após pesquisarmos chegamos a conclusão de que se as toras fossem

partidas em pedaços menores esta problemática seria resolvida , e é seguindo

este pensamento que desenvolvemos um equipamento mecânico com um

acionamento eletro-hidráulico que será de muita utilidade neste segmento.

10 1

2. MEMORIAL DE CÁLCULOS

2.1. Cálculos do dimensionamento da lâmina.

Material: Aço 1045 temperado

1.1 Área da Lamina (Triangular)

Onde:

b = base = 50 mm

h = altura = 60 mm

σ t = 10kg/mm²

F = 15.000 kg

2

2

2

/101500

000.15

00.15

152

252

mmkgA

F

mmA

cmA

hbA

=====

=

=×=

×=

σσσ

11 1

2.2. Cálculos da base (Viga I)

Para dimensionar a estrutura do rachador de lenha, tivemos que limitar

o diâmetro da tora para determinar a força necessária para o corte da madeira

(Força de Corte 1600 . Calculamos também o peso de toda parte hidráulica

que ficará sobre a estrutura. Após calculado essas forças, determinamos as

reações dos apoios Ra e Rb (fig. 1).

2.2.1. Momento

12 1

)( ( ) ( ) ( )( )

( ) ( ) ( )

KRA

RA

RA

Mb

KRb

Rb

Rb

Rb

MA

95,982

8,2

25,2752

0240075,0150210065,2158,2

0

95.717

8,2

25,2010

25,28024005,3078,2

015,0158,0100240005,21508,2

0

=

=

=−×−×−×−×=Σ

−=

−=

++−=×=×+×+−×+×−

=Σ

2.2.2. Momento Fletor

Depois de calculado as reações Ra e Rb, determinamos o momento máximo

que a estrutura tende a sofrer, para então escolher a viga de perfil I.

13 1

1 = RA

2 = RA -15 =967,95 k

3 = 967,95 – 100 = 867,95 k

4 = 867,95 – 150 = 717,95 k

5 = 717,95 – RB = 0

X M = f xd

Mf1 0 M =982,95 x 0 = 0

Mf2 0,15 M = 982,95 x (0,15) = 147,44 k.m

Mf3 0,80 M = 982,95 x (0,8) – 15 x (0,65) = 776,61 k.m

Mf4 2,05 M = 982,95 x (2,05) – 15 x (1,9) – 100 x (1,24) – 2400 = - 338,45 k.m

Mf5 2,80 M = 982,95 x (2,8) – 15 x (2,65) – 100 x (2,0) – 150 x (0,75) – 2400 = 0

Mf3 = Mfmax. = 776 k.m

Wx = 32

44,1109/70

/61,776maxcm

cmkgf

cmkgwx

Mf ==σ

Para obtermos as características acima foi verificada a necessidade da utilização de uma:

14 1

Viga I

Aço ABNT 1050 Trefilado

Perfil 38

H = 380

B = 149

C = 20,5

R = 13,7

r = 8,2

Peso kg/m = 84,0

Wx = 1260 cm³

2.3. Cálculo do parafuso para fixação da faca

Para calcular o parafuso determinamos que seria usado uma tensão de

pressão de contato médio (225 Mpa), usamos também a força que é exercida

pelo sistema hidráulico (F=16000 Kgf). Com a relação que tensão é Força

sobre Área, desenvolvemos o cálculo para determinar o diâmetro do parafuso.

F = 1600 kgf = 156800 N

σ = 225 mpa (pressão de contato médio)

N = numero de parafusos

Com isso determinamos que os nossos parafusos sejam: DIN 9116 M16

2.4. Cálculo para o dimensionamento da bomba hidráu lica

mmParafusoDiametrodo

mmdmmd

mmN

Nd

Fd

nAm

F

15

1589,14

/225

156800

=≅→=

×=→

×=→

×=

πσπσ

15 1

Para dimensionar a bomba hidráulica usamos a relação de Pressão é igual à

Força sobre a Área. Sendo a força de 1600 Kgf, e a área do atuador de 19,64

mm².

Força = F

Pressão = P

Área = A

466,8164,19

1600

64.191600 ====== p

p

A

FP kgf

Para obtermos as características acima foi verificada a necessidade da

utilização de uma:

1. Bomba que nos forneça 81,466 kgf

Indicada: Bomba de engrenagem

2. Atuador com 19,64 mm de área do embolo e haste de 1000 mm de

comprimento.

3. Mangueiras e conexões que resistam a uma pressão de até 2000kgf

3. Projeto Hidráulico

16 1

O Rachador de lenha tem como comando principal um circuito hidráulico

quem tem a função de realizar o trabalho principal, por esse motivo

Este circuito é composto basicamente por:

1. Motor elétrico

2. Bomba hidráulica - As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos,

para converter energia mecânica em energia hidráulica.

A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada da bomba, o que permite

que a pressão atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção,

a penetrar na bomba.

A bomba passará o fluido para a abertura de descarga, forçando-o através do

sistema hidráulico.

3. Reservatório - Os reservatórios hidráulicos consistem de quatro paredes

(geralmente de aço); uma base abaulada; um topo plano com uma placa

de apoio, quatro pés; linhas de sucção, retorno e drenos; plugue do

dreno; indicador de nível de óleo; tampa para respiradouro e

enchimento; tampa para limpeza e placa defletora

4. Filtro – O filtro é a proteção para o componente hidráulico. Seria ideal

que cada componente do sistema fosse equipado com o seu próprio

filtro, mas isso não é economicamente prático na maioria dos casos.

5. Comando hidráulico

a. Válvula de segurança - As válvulas, em geral, servem para

controlar a pressão, a direção ou o volume de um fluido nos

circuito hidráulico

b. Válvula direcional (4/2 vias NA p/ tanque) - As válvulas de

controle direcional consistem de um corpo com passagens

internas que são conectadas e desconectadas por uma parte móvel.

Nas válvulas direcionais, e na maior parte das válvulas hidráulicas industriais,

conforme já vimos, a parte móvel é o carretel.

As válvulas de carretel são os tipos mais comuns de válvulas direcionais

usados em hidráulica.

17 1

c. Válvula de retenção - As válvulas de retenção são aparentemente

pequenas quando comparadas a outros componentes hidráulicos, mas elas

são componentes que servem as funções muito variadas e importantes.

Uma válvula de retenção consiste basicamente do corpo da válvula, vias

de entrada e saída e de um assento móvel que é preso por uma mola de

pressão.

O assento móvel pode ser um disco ou uma esfera, mas nos sistemas

hidráulicos, na maioria das vezes, é uma esfera.

d. Mangueiras - As linhas flexíveis para condução de fluidos são

necessárias na maior parte das instalações onde a compensação de

movimento e absorção de vibrações se faz presentes. Um exemplo

típico de linhas flexíveis é as mangueiras, cuja aplicação visa atender a

três propostas básicas:

1) conduzir fluidos líquidos ou gases;

2) absorver vibrações;

3) compensar e/ou dar liberdade de movimentos.

Basicamente todas as mangueiras consistem em três partes construtivas

1. Tubo Interno ou Alma de Mangueira

Deve ser construído de material flexível e de baixa porosidade, ser

compatível e termicamente estável com o fluido a ser conduzido.

2. Reforço ou Carcaça

Considerado como elemento de força de uma mangueira, o reforço é

quem determina a capacidade de suportar pressões. Sua disposição sobre o

tubo interno pode ser na forma trançado ou espiralado.

3. Cobertura ou Capa

Disposta sobre o reforço da mangueira, a cobertura tem por finalidade proteger

o reforço contra eventuais agentes externos que provoquem a abrasão ou

danificação do reforço.

6. Atuadores - Os atuadores hidráulicos convertem a energia de trabalho

em energia mecânica.

Eles constituem os pontos onde toda a atividade visível ocorre, e é uma

das principais coisas a serem consideradas no projeto da máquina.

18 1

Os atuadores hidráulicos podem ser divididos basicamente em dois

tipos: lineares e rotativos.

Esquema hidráulico

O circuito regenerativo que está ilustrado consiste de uma bomba, uma

válvula de alívio, uma válvula direcional com um orifício bloqueado e um

cilindro . Com a válvula direcional na posição mostrada, ambos os lados do

pistão do cilindro estão sujeitos à mesma pressão. O desequilíbrio de força

resultante provoca o avanço da haste.

A descarga de fluido do lado da haste é adicionada ao fluxo da bomba.

Visto que, em um cilindro a descarga de fluido do lado da haste é sempre a

metade do volume que entra do lado traseiro, o único volume que é bombeado

pelo fluxo da bomba é a outra metade do volume que entra do lado traseiro.

Fig. 1

19 1

Conclusão

Através deste projeto podemos colocar em prática todos os nossos

conhecimentos adquiridos ao decorrer do curso, criando um equipamento novo

no mercado, no qual proporcionará muitas facilidades nas indústrias que

tenham como base de funcionamento, caldeiras.

Temos como base do nosso projeto um sistema mecânico/hidráulico que

escolhemos por ser um sistema de operação simples e fácil manutenção e

também muito seguro.

Ressaltando que nosso projeto tem como principal objetivo o bem estar

do ser humano.

O desafio de elaborarmos um projeto sozinho, pois em pratica a união e

o conhecimento e experiência de cada componente deste grupo, também

sendo importante ressaltar a dedicação de todos.

20 2

Anexos

21 2

Lista de Itens necessários para construção da estrutura do Rachador de Lenha

• 1 Viga Perfil “I “ Aço Carbono 1050 Trefilado;

• 1 Chapa para o apoio Central da Faca - SAE1020;

• 1 Chapa para o apoio Central do Cilindro - SAE 1020;

• 1 Chapa para o apoio Traseiro do Cilindro - SAE 1020;

• 1 Chapa para a base móvel – SAE 1020;

• 1 Chapa dobrada para a guia móvel – SAE 1020;

• 1 Faca usinada - SAE 1020;

• 1 Apoio para a Faca - SAE 1020;

• 1 Chapa de Apoio para a guia Móvel - SAE 1020;

• 1 Chapa para Apoio do Topo da Faca – SAE 1020;

• 4 Parafusos DIN 9116 M16;

• 4 Arruelas CNS 156 M16;

• 4 Porcas DIN 9116 M16;

• 16 Parafusos DIN 22014 M10;

• 12 Arruelas CNS 156 M10;

• 4 Arruelas 15º 22 X 21,237 – SAE 1020;

• 16 Porcas DIN 9116 M10;

22 2

Bibliografia

• Projetista de Máquinas – O Pro-tec

Editora: F. Provenza

Ano de publicação: 1988

• Parker Hannifin Corporation - Tecnologia Hidráulica Industrial

Ano de publicação: 2009

• The Toro Company – Diagrama hidráulico hidrostático y equipo de

prueba

Ano de publicação: 1988

• Catálogos de Mangueiras hidráulicas – Fluid Connectors

• Catálogos – Brand Hydraulics

• Catálogo – Total Systems solutions Worldwide