FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA...
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FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
FELIPPI ROLLA CAMERINI
GABRIEL DE CAMPOS KEHL
SISTEMA FLYWHEEL KERS EM ELEVADORES DE PASSAGEIROS
Orientador: Professor Fábio Ricardo de Oliveira de Souza
Novo Hamburgo
2016
FELIPPI ROLLA CAMERINI
GABRIEL DE CAMPOS KEHL
SISTEMA FLYWHEEL KERS EM ELEVADORES DE PASSAGEIROS
Trabalho de pesquisa envolvendo
o dimensionamento de um Sistema KERS
através de softwares apresentado
na Fundação Escola Técnica Liberato
Salzano Vieira da cunha.
Orientador: Fábio Ricardo de Oliveira de Souza
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
FOLHA DE ASSINATURAS
FELIPPI ROLLA CAMERINI
GABRIEL DE CAMPOS KEHL
SISTEMA FLYWHEEL KERS EM ELEVADORES DE PASSAGEIROS
FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
Felippi Rolla Camerini – [email protected]
Gabriel de Campos Kehl – [email protected]
Fábio Ricardo de Oliveira de Souza
Professor Orientador
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Diagrama do KERS ................................................................................... 11
Figura 2 - Flywheel KERS ......................................................................................... 12
Figura 3 - KERS Eletro-mecânico ............................................................................. 12
Figura 4 - Conjunto de engrenagens ......................................................................... 17
Figura 5 - Dados do eixo 1 ........................................................................................ 17
Figura 6 - Dados do eixo 2 ........................................................................................ 18
Figura 7 - Características e diâmetro ideal do eixo 2 ................................................ 18
Figura 8 - Dados do eixo 3 ........................................................................................ 19
Figura 9 - Características e diâmetro ideal do eixo 3 ................................................ 19
Figura 10 - Dados do eixo 4 ...................................................................................... 20
Figura 11 - Características e diâmetro ideal do eixo 4 .............................................. 20
Figura 12 - Dados do eixo 5 ...................................................................................... 21
Figura 13 - Características e diâmetro ideal do eixo 5 .............................................. 21
Figura 14 - Conjunto de eixos e engrenagens ........................................................... 22
Figura 15 - Figura 15 – Carcaça, eixos e engrenagens do projeto ............................ 22
Figura 16 - Conjunto com rolamentos ....................................................................... 23
Figura 17 - Embreagem............................................................................................. 24
Figura 18 - Acoplamentos ......................................................................................... 25
Figura 19 - Conjunto completo .................................................................................. 25
Figura 20 - Áreas de forças aplicadas ....................................................................... 27
Figura 21 - Áreas de forças aplicadas ....................................................................... 27
Figura 22 - Forças aplicadas ..................................................................................... 28
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Engrenagem 1 .................................................................................................................. 14
Tabela 2 - Engrenagem 2 .................................................................................................................. 14
Tabela 3 - Engrenagem 3 .................................................................................................................. 15
Tabela 4 - Engrenagem 4 .................................................................................................................. 15
Tabela 5 - Engrenagem 5 .................................................................................................................. 15
Tabela 6 - Engrenagem 6 .................................................................................................................. 16
Tabela 7 - Engrenagem 7 .................................................................................................................. 16
Tabela 8 - Engrenagem 8 .................................................................................................................. 16
Tabela 9 - Expecificações dos acoplamentos. ............................................................................... 26
Tabela 10 - Resultados da análise .................................................................................................. 28
Tabela 11 - Propriedades mecânicas. ............................................................................................. 29
RESUMO
Este relatório tem como objetivo, detalhar a pesquisa realizada pelo grupo, cujo
tema é dimensionar um Sistema Flywheel KERS, para funcionar em conjunto
com motores elétricos de elevadores para pessoas. Foram realizadas pesquisas
para entender o funcionamento do KERS, que é utilizado em alguns tipos de
carros e, principalmente, Fórmula 1. Com essas pesquisas descobriu-se que
existem diferentes tipos de KERS, que são: eletrônicos, mecânicos e eletr-
mecânicos. O sistema mecânico, também conhecido como Flywheel KERS,
utiliza uma Flywheel que entra em movimento em conjunto com o motor e,
quando o motor entra em repouso por curtos períodos de tempo, o sistema
continua em movimento para facilitar a nova partida do motor. Os motores
elétricos convertem energia elétrica em energia mecânica e, quando iniciam o
seu movimento, produzem um pico de energia. Com o dimensionamento do
KERS, o pico de energia seria eliminado, pois o movimento da Flywheel
facilitaria a partida do motor e, com isso, diminuiria a quantidade de energia
elétrica necessária para fazer o motor iniciar. Para o dimensionamento, foi
utilizado o software Autodesk Inventor 2016, como ele foi feito todo o
dimensionamento e simulações de movimentos e forças aplicadas, podendo
também realizar análises de tensões. Além de facilitar a partida do motor, o
movimento do KERS poderia, em eventuais faltas de energia, seria possível
fazer o elevador se movimentar até o andar mais próximo e, com isso, evitar que
pessoas fiquem presas dentro dele.
Palavras-chave: Eletricidade, Flywheel KERS, motores elétricos, elevadores,
dimensionamento.
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 8
2. REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................................................... 9
2.1 Motores Elétricos ............................................................................................. 9
2.1.1 Motor Assíncrono ......................................................................................... 9
2.1.2 Motor Síncrono .......................................................................................... 10
2.2 Sistema KERS ................................................................................................ 10
2.2.1 Sistema eletrônico ..................................................................................... 10
2.2.2 Sistema mecânico ...................................................................................... 11
2.2.3 Sistema eletro-mecânico ........................................................................... 12
3. METODOLOGIA ................................................................................................... 13
3.1 Normas ............................................................................................................ 13
3.2 Engrenagens .................................................................................................. 14
3.3 Eixos ............................................................................................................... 17
3.4 Base ................................................................................................................ 22
3.5 Rolamentos ..................................................................................................... 23
3.6 Embreagem..................................................................................................... 23
3.7 Acoplamentos ................................................................................................ 24
4. ANÁLISE DE DADOS ........................................................................................... 27
5. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 30
6. PROPOSTA DE CONTINUIDADE ........................................................................ 31
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 32
8
1. INTRODUÇÃO
Elevadores elétricos são utilizados para diversos propósitos. Alguns tipos são
usados para transportar pessoas para outros andares em um edifício, outros
podem ser usados para elevar cargas muito elevadas na indústria. Normalmente são
acionados por motores elétricos que fazem todo o sistema funcionar de uma maneira
rápida e eficiente.
O sistema KERS é um sistema muito utilizado na Fórmula 1. Esse sistema
utiliza as energias físicas geradas pelos motores e as convertem em energia elétrica
para serem reutilizadas pelo motor, fazendo-o render mais.
A ideia inicial deste projeto foi dimensionar o sistema KERS para utilizá-lo em
conjunto com um elevador de passageiros, para eliminar o pico de energia dos
motores e facilitar o movimento realizado pelo elevador. Inicialmente foi pesquisado
sobre motores elétricos e seu funcionamento, então pesquisou-se sobre o
funcionamento e tipos existentes do sistema KERS. Após realizar todas essas
pesquisas, constatou-se que seria possível dimensionar o sistema para facilitar o
movimento dos elevadores, com isso o pico de energia gerado no início do
movimento do mesmo seria eliminado. Além de facilitar a partida, um objetivo
secundário é, se possível, fazer o elevador alcançar o andar mais próximo para
evitar que pessoas fiquem presas dentro dele durante quedas de energia.
Este relatório está dividido em cinco capítulos: Referencial Teórico,
Metodologia, Análise de Dados, Proposta de continuidade e Conclusão. No
referencial teórico, são apresentadas as pesquisas realizadas para a produção deste
projeto. Na metodologia é elaborado o desenho e o dimensionamento dos
componentes do projeto. Na análise de dados, são apresentados os dados que
foram obtidos durante toda a pesquisa e em simulações. Na proposta de
continuidade, são apresentadas ideias para dar continuidade para o projeto. No
capítulo da conclusão, as considerações finais sobre a pesquisa são expressas e é
apresentado o que se pôde constatar durante a mesma.
9
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Elevadores elétricos são tracionados para subir e descer através do
movimento criado por motores e/ou máquinas elétricas. Normalmente os motores
são posicionados na casa de máquinas ou no poço do edifício. Para se definir a
velocidade do elevador e a quantidade máxima de passageiros, é levado em conta o
trafego do edifício, ou seja, quanto será utilizado.
Segundo Anderson Celistre, representante da ThyssenKrupp na Fundação
Liberato, os motores mais utilizados pela empresa são os assíncronos, mas
atualmente os novos elevadores utilizam motores síncronos.
Ao idealizar o projeto, foi definido pelo grupo que o primeiro passo seria
pesquisar sobre o funcionamento do KERS e se seria possível adaptá-lo para
funcionar com o motor de um elevador.
2.1 Motores Elétricos
Os motores elétricos são motores que convertem a energia elétrica em
energia mecânica através de campos magnéticos que interagem entre si. Podem
trabalhar com corrente contínua, alternada e universal. Existem dois tipos gerais de
motores, os síncronos e os assíncronos.
2.1.1 Motor Assíncrono
Os motores assíncronos são os motores cuja rotação não é proporcional à
frequência da sua alimentação, pois a velocidade do rotor, devido ao
escorregamento, é mais baixa que a do campo girante. O rotor pode ser de dois
tipos: bobinado ou gaiola de esquilo.
Quando uma corrente alternada passa pelos enrolamentos, localizados nas
cavas do estator, é gerado um campo magnético no estator. Como conseqüência,
surge uma força eletromotriza no rotor que é induzida devido ao fluxo magnético
variável, atravessando o rotor. Esta força induzida cria uma corrente no rotor que
tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim a rotação do rotor. Como
a maior parte do sistemas elétricos são de corrente alternada, o motor mais utilizado
na indústria é o motor de indução.
10
2.1.2 Motor Síncrono
Motores síncronos são motores que funcionam com velocidade constante.
São utilizadosse necessita de uma velocidade estável para transportar cargas de
grandes variedades de massa. Normalmente possuem uma grande potência e o
torque é constante. Esse tipo de motor fornece energia elétrica para as máquinas
por uma aplicação de tensões alternadas trifásicas.
2.2 Sistema KERS
Existem três tipos do sistema KERS (Kinect Energy Recovery System), o
sistema mecânico, utilizado em carros normais, e o eletrônico, utilizado na Fórmula
1. O sistema eletrônico armazena a energia cinética gerada durante a frenagem dos
carros e a converte em potência para ser utilizada depois. O sistema mecânico,
durante a frenagem do carro, aciona uma flywheel que fica rotacionando e, quando o
carro começar a acelerar novamente, facilitará a partida do mesmo, fazendo-o
economizar combustível.
2.2.1 Sistema eletrônico
Utilizado em carros de corrida de Fórmula 1, o sistema KERS converte a
energia cinética, gerada durante a frenagem do carro, em energia elétrica e a
armazena em baterias. Essa energia pode ser utilizada pelo piloto que, através de
um botão, ativa o sistema e consegue obter até 85 hp a mais, dando ao carro um
rendimento melhor em situações que o piloto julgar necessário.
11
Figura 1 - Diagrama do KERS.
2.2.2 Sistema mecânico
Fonte: Magneti Marelli.
A versão mecânica do sistema é a desenvolvida pela Volvo, que utiliza uma
flywheel (“roda livre”) e, diferente do sistema eletrônico, é utilizado em carros
comuns, não em carros de corrida. Quando o carro está em movimento, o eixo
traseiro do carro faz a flywheel se movimentar em conjunto com o eixo. Quando o
motorista freiar o carro, a conexão que liga o eixo e a flywheel será afastada, porém
apenas o movimento do eixo será interrompido, a flywheel continuará em movimento
até a aceleração do carro. Quando o carro acelerar novamente, o conexão se
aproximará novamente e, como a flywheel está em movimento, o carro terá sua
partida facilitada.
Estudos feitos pela Volvo confirmam que o sistema pode fazer o carro
economizar até 25% do combustível, quando utilizado em cidades com bastante
tráfego de carros, pois os momentos de frenagem seriam muito frequentes.
12
Figura 2 - Flywheel KERS.
Fonte: Volvo.
2.2.3 Sistema eletro-mecânico
Uma outra versão do sistema é versão eletro-mecânica. Essa versão é
utilizada na Fórmula 1, pela equipe Williams, e funciona como uma junção dos dois
outros sistemas citados anteriormente. O sistema utiliza um grande “volante” que
dentro dele são armazenadas partículas magnéticas que se incorporam ao mesmo e
produzem corrente elétrica. Como no sistema eletrônico, o sistema envia a corrente
para o motor, fazendo-o render mais quando o piloto acionar o sistema.
Figura 3 - KERS Eletro-mecânico.
Fonte: Williams F1.
13
3. METODOLOGIA
Para o desenvolvimento deste projeto, foi utilizado o software Autodesk
Inventor (2016). Programa que consiste em desenvolver peças e elementos de
máquinas em geral, as mesmas podem ser simuladas dentro do programa, podendo
então descobrir inúmeras características do material, como suas tensões e
deformações.
Esse programa também auxilia na execução de cálculos, como
dimensionamentos e relações de transmissões, motivo a qual o software foi
selecionado.
No primeiro passo do projeto, foi realizada uma visita técnica ao laboratório da
Tyssen Krupp, que se localiza na fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira
da Cunha. Essa visita técnica foi orientada pelo professor e técnico da empresa,
onde foi possível levantar vários dados para a execução e desenvolvimentos do
projeto.
Os principais dados levantados foram os do motor, que consistiam em: um
motor elétrico trifásico, assíncrono, gaiola de esquilo com uma rotação de 1175 rpm,
o mesmo possui uma potência de 15CV (11,0325 Kw), possuindo um eixo de 120
mm. A estrutura possui um espaço de 700 milímetros quadrados disponível para
serem trabalhados o projeto.
3.1 Normas
Para desenvolver o projeto, foram atendidas uma série de normas. São elas:
Norma NBR NM-207 . Trata de requisitos de segurança relativos a elevadores
elétricos de passageiros e estabelece as regras mínimas para instalação de
elevadores nos edifícios/construções.
NORMA NBR 15597/2008 –, Estabelece novas regras nacionais de
segurança para elevadores. A norma, editada pela Associação Brasileira de
Normas Técnicas ( A.B.N.T.) prevê itens relacionados à segurança de quem
fará a manutenção nos equipamentos além dos usuários.
A norma NBR NM-207, é a principal quando se trata de segurança de
elevadores. Essa norma varia-se em diferentes gamas de etapas, como por exemplo
todo o dimensionamento referente ao elevador e de sua casa de maquinas.
14
3.2 Engrenagens
O próximo passo, após saber a rotação do motor, foi elevar sua rotação acima
dos 25.000 rpm, velocidade necessária para poder ter uma constante de inércia, que
manterá o sistema flywheel em rotação mesmo quando o motor for desligado.
Para chegar a essa velocidade, foi utilizado um sistema de transmissão
mecânica contendo 8 engrenagens cilíndrica helicoidais. Seguida pelos seguintes
dados:
Tabela 1 - Engrenagem 1.
MODULO 1,250
NÚMERO DE DENTES 268
LARGURA 100
DIÂMETRO PRIMITIVO 356,5
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA
DOBRA
2,9
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
5
Fonte – Os autores (2016).
Tabela 2 - Engrenagem 2.
MODULO 1,250
NUMERO DE DENTES 268
LARGURA 100
DIÂMETRO PRIMITIVO 356,500
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA
DOBRA
2,9
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
5
Fonte – Os autores (2016).
15
Tabela 3 - Engrenagem 3.
MODULO 1,375
NUMERO DE DENTES 110
LARGURA 40
DIÂMETRO PRIMITIVO 160,957
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA
DOBRA
2
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
2
Fonte – Os autores (2016).
Tabela 4 - Engrenagem 4.
MODULO 1,750
NUMERO DE DENTES 59
LARGURA 40
DIÂMETRO PRIMITIVO 109,876
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA
DOBRA
1,2
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
1,2
Fonte – Os autores (2016).
Tabela 5 - Engrenagem 5.
MODULO 1,250
NUMERO DE DENTES 77
LARGURA 40
DIÂMETRO PRIMITIVO 102,427
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA DOBRA 1,2
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
1,3
Fonte – Os autores (2016).
16
Tabela 6 - Engrenagem 6.
MODULO 1,375
NUMERO DE DENTES 60
LARGURA 40
DIÂMETRO PRIMITIVO 87,795
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA
DOBRA
1,2
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
1,3
Fonte – Os autores (2016).
Tabela 7 - Engrenagem 7.
MODULO 1,250
NUMERO DE DENTES 54
LARGURA 40
DIÂMETRO PRIMITIVO 71,832
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA
DOBRA
1,2
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
1,3
Fonte – Os autores (2016).
Tabela 8 - Engrenagem 8.
MODULO 1,750
NUMERO DE DENTES 119
LARGURA 40
DIÂMETRO PRIMITIVO 221,615
MATERIAL A322-4340
FATOR DE SEGURANÇA PARA DOBRA 3
FATOR DE SEGURANÇA PARA
CONTATO
3
Fonte – Os autores (2016).
17
Figura 4 - Conjunto de engrenagens.
3.3 Eixos
Fonte – Os autores (2016).
Após ter todas as engrenagens montadas em um sistema, o próximo passo foi
dimensionar os eixos de acordo com as cargas que o mesmo aguenta para seus
respectivos esforços mecânicos. O primeiro eixo é o medido no motor do elevador
que é 110 milímetros de diâmetro. Os demais foram calculados de acordo com os
esforços. Os cálculos dos eixos foram calculados através do inventor, podendo
assim determinar-se o material mais resistente e barato. Cada eixo existe um
dimensionamento próprio, ou seja, cada eixo possui suas próprias características,
que são:
Na figura 5, é possível observar os dados do eixo 1, que caracteriza os pontos
de apoio, suas reações e os dados do material. Como é o eixo que está ligado ao
motor, não foi calculado o diâmetro ideal do mesmo.
Figura 5 - Dados do eixo 1.
Fonte – Os autores (2016).
18
Na figura 6, é possível observar os dados do eixo 2, que caracteriza os pontos
de apoio, suas reações e os dados do material. A figura 7 representa o gráfico do
diâmetro ideal, demonstrando que o diâmetro calculado não entrará em colapso e
não se romperá.
Figura 6 - Dados do eixo 2.
Fonte - Os autores (2016).
Fonte – Os autores (2016).
Figura 7 - Características e diâmetro ideal do eixo 2.
19
Na figura 8, observa-se os dados do eixo 3, que caracteriza os pontos de
apoio, suas reações e os dados do material. A figura 9 representa o gráfico do
diâmetro ideal, demonstrando que o diâmetro calculado não entrará em colapso e
não romperá.
Figura 8 - Dados do eixo 3
Fonte – Os autores (2016).
Figura 9 - Características e diâmetro ideal do eixo 3.
Fonte – Os autores (2016).
Na figura 10, observa-se dados do eixo 4, que caracteriza os pontos de apoio,
suas reações e os dados do material. Na figura 11 está o gráfico do diâmetro ideal,
demonstrando que o diâmetro calculado não entrará em colapso e não romperá.
20
Figura 10 - Dados do eixo 4.
Fonte – Os autores (2016).
Figura 11 - Características e diâmetro ideal do eixo 4.
Fonte – Os autores (2016).
Na figura 12, são representados os dados do eixo 5, que caracteriza os
pontos de apoio, suas reações e os dados do material. Na figura 13 é possível
observar o gráfico do diâmetro ideal, demonstrando que o diâmetro calculado não
entrará em colapso e não romperá.
21
Figura 12 - Dados do eixo 5.
Fonte – Os autores (2016).
Figura 13 - Características e diâmetro ideal do eixo 5.
Fonte – Os autores (2016).
22
Figura 14 - Conjunto de eixos e engrenagens.
Fonte – Os autores (2016).
3.4 Base
Para apoiar todos os sistemas de engrenagens, desenvolveu-se uma carcaça
de ferro fundido para diminuir a vibração entre os componentes e suportar todas as
cargas envolvidas no projeto. Essa é a base do projeto.
Foi desenvolvida de acordo com as medidas disponíveis no espaço útil da
casa de máquinas de um elevador de passageiros e de acordo com o espaço
fornecido pelo próprio motor. A base foi moldada com apoios necessário para os
rolamentos, para apoiar os eixos, furos de fixação e também a estrutura para
aguentar a tampa do sistema.
Figura 15 - Carcaça, eixos e engrenagens do projeto.
Fonte – Os autores (2016).
23
3.5 Rolamentos
Com as altas rotações do sistema, foram colocados rolamentos do modelo
CSN 0246245 ZKL para suportar as altas rotações em todos os eixos. Cada
rolamento foi dimensionado de acordo com as cargas que suportam e também com
suas rotações. Os rolamentos são apoiados em pontos onde as cargas dos eixos se
tornem bastante baixas para evitar a flexão e a flambagem dos eixos.
Para melhorar os apoios dos rolamentos, flanges são colocadas em todo o
sistema externo da carcaça do projeto (base e tampa). Cada flange terá sua própria
característica atendendo seus esforços em cada um dos rolamentos a fim de tornar
o apoio de cada um o melhor possível. Os mesmos serão feitos de latão devido as
suas características metalmecânicas.
Figura 16 - Conjunto com rolamentos.
Fonte – Os autores (2016).
3.6 Embreagem
Quando o elevador começa a descer, ele não utiliza energia elétrica para
realizar o movimento, apenas libera seus contrapesos de forma controlada, porém
ele produz uma rotação que será transmitida por todo o sistema de engrenagens até
chegar na Flywheel KERS, que permanecerá em rotação através de suas
características. Quando o elevador volta a subir, é necessária energia para realizar o
24
movimento. Esta energia será a acumulada pelo sistema Flywheel KERS durante a
última subida, então, para não ocorrerem problemas na rotação em relação do
sentido de rotação, será acoplada uma embreagem magnética entre o último eixo
antes do KERS e a última engrenagem de transmissão. O mesmo servirá de forma
que, quando o eixo estiver girando em uma rotação ( sentido horário), seja possível
desacoplar a ligação entre os eixos de forma que, quando girar em uma rotação
contraria (sentido anti-horário), não cause torção no sistema, ou seja, terá a rotação
transmitida para o KERS em apenas um sentido.
O KERS acoplado será de fibra de carbono. Material fornecido pelo
fornecedor, já que essa parte do sistema seria comprada.
Figura 17 – Embreagem.
Fonte – Os autores (2016).
3.7 Acoplamentos
Com o objetivo de ligar o eixo do motor do elevador no eixo do sistema de
transmissão, um pedaço do eixo, entre o motor e a caixa de redução do elevador,
será cortado. Nesse pedaço, será adicionado nosso projeto através de
acoplamentos rígidos, feitos de aço. Esse mesmo produto serve para conectar as
duas pontas do eixo cortado, no eixo do sistema de transmissão em questão.
25
Figura 18 – Acoplamentos.
Fonte – Os autores (2016).
A fim de fazer o acumulo de energia cinética, para transmitir novamente para
o sistema de transmissão a mesma rotação e o mesmo torque de entrada, será
utilizado uma Flywheel KERS, que consiste em uma câmara a vácuo, com
rolamentos de cerâmica e suas paredes de aço temperado, dentro desse espaço
existe uma manopla que fica em rotação de acordo com a velocidade do eixo. Esse
objeto será mantido em rotação através de ímãs ao seu entorno no interior, essas
pastilhas magnéticas terão contato com a manopla que também possui as pontas
magnéticas, e então esse fenômeno físico permitirá a rotação do objeto.
Figura 19 - Conjunto completo.
Fonte – Os autores (2016).
Todas os elementos que serão necessários fixação, para isso serão utilizados
parafusos sextavados, totalizando 57 conjuntos. E nos acoplamentos serão
utilizados pinos especificados pelo fornecedor.
26
Tabela 9 - Expecificações dos acoplamentos.
Fonte – Acoplamentos ADD.
Pra concluir a metodologia de construção, estudo e desenvolvimento do
projeto, desenvolveu-se o estudo de CAE do projeto. Um estudo da parte da base do
projeto para realizar uma análise de tensão de Von Misses e também para
determinar se houve deformações ou rupturas comprometedoras no projeto.
27
4. ANÁLISE DE DADOS
Após o desenvolvimento do projeto, foi realizado o estudo de CAE no
conjunto através do software utilizado. O estudo de CAE consiste em analisar
possíveis deformações, massa total, tensões, etc. São colocadas forças em
determinados pontos para simular a reação que será causada no projeto para avaliar
como o projeto se sairá.
Durante o estudo do CAE, foram colocadas forças em todos os pontos de apoios do
projeto, ou seja, na base, na Flywheel KERS e nos rolamentos. Na base e na
Flywheel foram aplicadas forças de 800N e 240N, respecitivamente e, em cada uma
das entradas dos rolamentos, uma força de 75N foi aplicada.
Nas imagens 20, 21 e 22 estão representadas as aplicações das forças:
Figura 20 - Áreas de forças aplicadas.
Fonte – Os autores (2016).
Figura 21 - Áreas de forças aplicadas.
Fonte – Os autores (2016).
28
Figura 22 - Forças aplicadas.
Fontes – Os autores (2016).
Com as aplicações das forças, é gerada uma deformação no projeto, que está
representada na tabela 9. Além da deformação, estão representadas as tensões,
fator de segurança, massa, etc.:
Tabela 10 - Resultados da análise.
Fonte – Os autores (2016).
As propriedades mecânicas do conjunto montado estão representadas na
tabela 10:
29
Tabela 11 - Propriedades mecânicas.
Fonte – Os autores (2016).
Como a energia acumulada do KERS dura aproximadamente 6,7 segundos e,
durante o retorno da transmissão, seu torque aumenta em 10%. A distância entre
dois andares é de, em média, 3 metros de altura e a velocidade média de um
elevador em edifícios comerciais é, na pior das hipóteses, 0.75 metro por segundo, o
sistema desenvolvido é capaz de deslocar o elevador entre dois andares em caso de
ausência de energia elétrica. Com base nos dados levantados, constatou-se que,
em uma eventual falta de energia, seria possível movimentar o elevador para um
andar mais próximo, evitando assim que pessoas fiquem presas por muito tempo
dentro do mesmo.
30
5. CONCLUSÃO
Ao final desta pesquisa, é possível verificar que o grupo obteve várias etapas
bem-sucedidas, mas que não passou de uma pesquisa teórica. Devido à vários
problemas como custo, tempo, não disponibilidade de ao menos algo parecido no
mercado e algum suposto financiamento de alguma empresa interessada, não seria
possível realizar a parte prática do projeto.
Na primeira etapa deste pesquisa, foi possível fazer uma visita técnica no
laboratório da ThyssenKrupp na Fundação Liberato. Nos meses seguintes, com o
andamento das pesquisas, o grupo conseguiu dimensionar com sucesso um sistema
de transmissão, composto por eixos e engrenagens, que não causaria problemas na
função motora do elevador de passageiros. Também foi definido qual seria o melhor
sistema KERS possível aplicado e, por fim, os pesquisadores dimensionaram o
restante do sistema, comprovando que é possível montar todo o sistema.
Descobriu-se, através de pesquisas, que a flywheel utilizada produziria um
total de 6,7 segundos de funcionamento e, como dito anteriormente na análise de
dados, outro objetivo foi comprido, o de conseguir fazer o elevador percorrer um
andar mesmo na ausência de energia elétrica.
31
6. PROPOSTA DE CONTINUIDADE
Para a continuação do projeto, é proposto calcular o modal dos eixos e das
engrenagens do conjunto desenvolvido, a fim de evitar que um futuro protótipo se
rompa devido às ressonâncias criadas pelo movimento.
Outra proposta seria desenvolver um novo estudo de materiais para diminuir a
massa total do projeto. Pensando aproximadamente 470 kg, é possível diminuir seu
peso e, com isso, diminuir o preço de montagem. Acredita-se que um dos meios
para diminuir a massa total seria diminuir a espessura da caixa do projeto, para
realizar essa hipótese seria desenvolvido outro estudo de CAE, no software
Autodesk Inventor, com uma espessura menor que a atual.
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REFERÊNCIAS
MAGNETI MARELLI. KERS (Sistema de Recuperação de Energia Cinética).
Disponível em: <https://www.magnetimarelli.com/pt/node/4979> Acesso em: 02 de
junho de 2016.
SILVA, Adauto. Como Funciona o KERS. Novembro, 2013
Cibulka, J. KINETIC ENERGY RECOVERY SYSTEM BY MEANS OF FLYWHEEL
ENERGY STORAGE. Disponível em: < http://files.spogel.com/miniprojectsin-mech/p-
0089--Kinetic_Energy_Recovery_System.pdf> Acesso em: 5 de junho de 2016.
VIJAYENTHIRAN, Viknesh. Volvo Completes Tests of Flywheel KERS, Confirms
Fuel Savings Of 25 Percent. Abril, 2013.
VOLVO. Volvo Cars tests of flywheel technology confirm fuel savings of up to 25 per cent.
Abril, 2013.
PETRUZELLA, Frank D. Motores Elétricos e Acionamentos. 2013. 138~140p.