Trabalho de elementos 2

Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Disciplina de Elementos de Máquinas II
Docente: Prof. Luiz Cláudio Ferreira da Silva
Período: 2015.2






Redutor de velocidade de um par de engrenagens para um seguidor solar








Alunos: Natan Arruda Medeiros
Victor Melo Francisco





18 de Novembro de 2015
Natal – RN
Sumário

1 – Apresentação.........................................................................................................................03
2 – Conceitos gerais.....................................................................................................................04
3 – Caracterização do projeto.....................................................................................................05
4 – Dimensionamento.................................................................................................................07
5 – Conclusões............................................................................................................................
6 – Referências bibliográficas....................................................................................................
7 – Anexos..................................................................................................................................







1 - Apresentação:

As fontes de energias de origem fóssil como o petróleo e o gás natural tem sido substituído por fontes limpas. Esses elementos tem contribuído com o aumento de emissões de gás carbono na natureza. Causando o fenômeno do efeito estufa em áreas urbanas. Com isso, as energias renováveis cada vez entram no cenário mundial na tentativa de mitigar os problemas ambientais e sociais. No Brasil, a desigualdade social tem prejudicado famílias de baixa renda no acesso à renda e comida. O desenvolvimento de tecnologias de baixo custo podem ajudam a essas famílias. Hoje em dia há uma grande variedades de fornos, fogão e secadores solares. Esses dispositivos podem ajudar no processamento de alimentos e assim serem comercializadas. No entanto, o horário de pico de sol é restringido a poucos horas por dia. Foi idealizado um sistema controlador de ângulo que aumenta a eficiência da incidência solar.
Este projeto visa promover a redução de velocidade para um sistema automatizado de guiador solar para um forno solar. O sistema conta com um par de engrenagens cilíndricas de dentes retos para transmitir pôtência de um motor elétrico de corrente continua de 12V, torque máximo de 14 N.m e uma rotação de até 75 RPM na saída do eixo do motor. Foram definidos que a eficiência do motor, dos acoplamentos das engrenagens e do acoplamento à máquina são respectivamente, ηrol=1,0 , ηecdr =1,0 e ηacopl=1,0. A potência de acionamento máxima da máquina foi estimada em cerca de 180W. Tal potência é necessária para rapidamente reposicionar o forno solar à leste (para o dia seguinte) após o sol se pôr. A potência consumida ao longo do dia é irrisória, uma vez que o motor não gira continuamente e o faz a uma velocidade muito baixa, cerca de uma rotação por hora. O giro do motor é controlado eletronicamente a partir de uma placa controladora e sensores. Sua velocidade extremamente baixa é obtida a partir do controle da tensão de alimentação através de PWM (pulso modulado). A alimentação do motor elétrico poderá ser feita através de baterias ou outra fonte de corrente contínua.


2 - Conceitos gerais:
Variador de velocidade:
Variador de velocidade são máquinas empregadas para se obterem grandes mudanças de transmissões onde, no caso de redutores, sem necessidade de recorrer a engrenagens de grandes diâmetros ou motoras de poucos dentes. Os redutores podem ser constituídos de engrenagens paralelas, cônicas e com cora e rosca sem-fim.
O redutor de velocidade é utilizado quando é necessária a adequação da rotação do acionador para a rotação requerida no dispositivo a ser acionado. Devido às leis da física, quando há redução da rotação, aumenta-se o torque disponível. Existem diversos tipos e configurações de redutores de velocidade, sendo os mais comuns os redutores de velocidade por engrenagens. Essas engrenagens, por sua vez, podem ser cilíndricas ou cônicas. Pode-se ainda utilizar o sistema coroa e rosca sem fim. Já os dentes das engrenagens podem ser retos ou helicoidais.
Quando há intenção de se reduzir a vibração e ruído utiliza-se, nos redutores, engrenagens de dentes helicoidais, já que a transmissão de potência, nesse caso, é feita de maneira mais homogênea. Por outro lado, as engrenagens de dentes retos são mais simples de serem fabricadas e por isso apresentam menor custo. Os variadores de velocidade trabalham normalmente com várias taxas de transmissão. No caso de existir a possibilidade de atuar no dispositivo e alterar a taxa de redução, este passa a ser chamado de câmbio ou caixa de marchas.
A intenção do variador de velocidade no caso desse projeto é garantir uma angulação apropriada em relação ao sol. Alinhando o sistema ao raios solares, irá aumentar consideravelmente a temperatura do equipamento. O sistema proposto funcionará como atuador da caixa aquecida. Porém, para uma maior eficiência é aconselhável um controlador programável ligado à um computador. Assim como motores de passo podem garantir uma velocidade constante. Existe inúmeros trabalhos que envolvem esse tipo de tecnologia em sistemas de geração elétrica fotovoltaicas. No entanto, não há nenhum trabalho com relação ao aquecimento de água ou de alimentos.


Engrenagens:
Engrenagens são rodas com dentes padronizados que servem para transmitir movimento e força entre dois eixos. Muitas vezes, as engrenagens são usadas para variar o número de rotações e o sentido da rotação de um eixo para o outro. Na figura a seguir, serão mostradas as partes que compõem uma engrenagem:

Composição de uma engrenagem


Os dentes são um dos elementos mais importantes das engrenagens. Na figura seguinte, as partes principais do dente de engrenagem:

Dentes de Engrenagem

Para produzir o movimento de rotação as rodas devem estar engrenadas. As rodas se engrenam quando os dentes de uma engrenagem se encaixam nos vãos dos dentes da outra engrenagem. As engrenagens trabalham em conjunto. As engrenagens de um mesmo conjunto podem ter tamanhos diferentes. Quando um par de engrenagens tem rodas de tamanhos diferentes, a engrenagem maior chama-se coroa e a menor chama-se pinhão. Os materiais mais usados na fabricação de engrenagens são: aço-liga fundido, ferro fundido, cromo-níquel, bronze fosforoso, alumínio, náilon.

Para este projeto foram adotados dois pares de engrenagens cilíndricas de dentes retos. Para garantir o controle angular de no mínimo 180º foi considerado uma engrenagem acoplada na base do forno. Portanto, os pontos de ação de operação é realizada somente na metade da engrenagem. Já na engrenagem motora, os ponto de ação é utilizada uniformemente em todos os dentes. Realizando a sua rotação para esquerda ou para direita. Com ajuda de dois mancais e rolamentos na base, ajudam à garantir a fixação da base. Esse sistema é conhecido como rastreador solar, utilizado em painéis solares. Com ajuda de um controlador programável, como o Arduino, o sistema pode ser facilmente automatizado.

3 - Caracterização do projeto:
A rede elétrica é de trifásica 380V, sistema normal de trabalho, temperatura normal 12°C( Frio), regime de trabalho de 8h, vida de 30000h, lubrificação a óleo, o cliente deseja usar uma caixa de redutor que já possuía com limitação na distância entre os eixos, limitando os diâmetros das engrenagens como mostrará a figura(01) mais a frente, o sistema é não reversível. O meio é não corrosivo e a caixa não permite a entrada particulado do meio externo. Utilizando uma relação de transmição no primeiro par de engrenagens de Φ1= 1\2 entre o primeiro par de engrenagens e de Φ2 = /2.75 para o segundo engrenamento. As engrenages são fabricadas em Aço SAE – 1045 laminado( Limite de resistencia = 570MPA e Limite de escoamento = 630, dureza = 163HB).
As distâncias entre centros do primeiro e do segundo engrenamento é respectivamente 186mm e 264mm.

Figura (0,1)