Trabalho de Mecanismos ENG 03316 - Volantes-Projeto100

Trabalho de Mecanismos ENG 03316 - Volantes-Projeto100

(Parte 1 de 3)

ENG 03316 A UFRGS Mecanismos I

MÓDULO I - VOLANTES PROJETO 01 GRUPO 100 – VOLANTE DE INÉRCIA - FLYWHEELS

Luiz Alberto Munari 00039875 (luiz.munari@ufrgs.br). Maurício P. Balen Susin 00097150 (msbalen@yahoo.com.br) Juliano Scheufler Jardim 00136037 (skiterparker@hotmail.com) Felipe de Mello Kich 00136051 (felipekich@gmail.com)

Alunos de graduação do curso de Engenharia Mecânica da UFRGS.

Palavras-chave: volantes de inércia, flywheels, polias sincronizadoras, embreagens, velocidades.

Descrição Sumária

Este trabalho tem por objetivo o cálculo de um volante de inércia para auxiliar na movimentação de um carro motorizado com o objetivo de reduzir o consumo de gasolina, e comparar o consumo com utilização do volante e sem utilização do mesmo. O resultado e a obtenção dos dados será por meio de cálculos teóricos demonstrado através dos resultados e dos desenhos do pré-projeto do carro proposto para o módulo I.

Introdução:

Nosso trabalho tem por objetivo desenvolver um projeto de um carro de baixo consumo baseado no projeto “Camelo I e II” desenvolvido pela Universidade Luterana do Brasil (ULBRA) para participar no projeto MARATONA DA NATUREZA, o DANAtureza. Nosso foco neste projeto é o desenvolvimento de um volante adequado para a resolução do problema proposto pelo exercício fornecido pelo professor, baseado em informações de projeto fornecido pela ULBRA e melhoramentos proposto pelo grupo de alunos durante a execução do projeto.

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Descrição:

Inicialmente supomos valores (de massa e diâmetro) a fim de calcularmos as forças que agiriam sobre o nosso carro. Depois das pré-analises, podemos definir as dimensões do volante e, conseqüentemente, montarmos uma estratégia de pilotagem. Depois de vários testes teóricos de qual seria a melhor forma de dirigir a fim de minimizar o consumo, foi concluído que o projeto do volante , apresentado nesse trabalho, foi bem sucedido com a colocação do mesmo, nesse caso vantajoso. Com o objetivo de que nossa estratégia de pilotagem fosse realizada com 90% de certeza, temos que fazer algumas observações: - o piloto do carro tem a função de dirigir o carro, ligar o motor para a partida inicial;

- O piloto também terá o comando do acelerador e freio, observando a velocidade do carro através de um velocímetro (hodômetro) e conta-giros (tacômetro) do volante;

- O motor será modificado trocando o sistema de partida manual para um com partida automática, utilizando um pequeno motor elétrico de partida, semelhante das motos de pequena cilindrada existente, e adaptação de injeção direta no motor; - serão colocadas duas baterias de moto da Honda NX4 Falcon de 12V 6Ah (selada);

- Teremos que usar uma embreagem eletromagnética para fazer a conexão do volante a polia de tração e controle de arrancada do veiculo de velocidade, a embreagem será conectada diretamente ao volante, a embreagem existente centrifuga será usada somente com o motor funcionado e esta ligada a polia. A embreagem eletromagnética será usada para a partida de movimento do carro de velocidade 0m/s para 9m/s, com as seguintes características: torque de 5 Nm, rotação de serviço de 7000 rpm, tensão de 24 VCC, corrente de 0,5 A, potência de 12W, com momento de inércia de 0,0007 kgm2, modelo UPSR-0,5/02. - usamos também uma chave externa e interna de emergência para desligamento rápido do sistema elétrico do motor;

- O sistema de gerenciamento de desligar e religar o motor; manutenção dos tempos previstos da forma de pilotar, energização e desligamento da embreagem, será executado por um CLP (controlador lógico programável) que depois de programado poderá ser retificado ou otimizado os tempos com uma IHM (interfacehomem-máquina), mini-painel elétrico gerenciador, ou também com computador pessoal (PC);

- O sistema de redução adotado é por meio de polia sincronizadora, pois não precisaremos adotar um mecanismo de tensionamento da correia, pois ela apresenta dentes de tracionamento, sendo assim não teremos energia perdida na tensão exagerada das correias, veja fotos anexas;

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- A massa do carro que foi usada para os cálculos, está incluída em todo o sistema de redução e periféricos, pois na visita que realizamos na ULBRA, o terceiro protótipo já construído possui massa de 2 kg. - Desconsideramos a energia obtida da massa do carro (e=½mv²) Nm

(J) quando estiver em movimento por entender que ela estaria minimizando os fatores que teríamos que adicionar e desconsideramos por tratar de um processo didático de resolução de problema, mas que para construção do veículo ela deveria ser considerada no auxílio para movimentação do mesmo quando o motor estivesse desligado, pois a massa do carro foi considerada para os cálculos de aceleração.

O problema proposto: DIMENSIONAMENTO: DADOS PROJETO 01 / GRUPO 100 Pista considerada horizontal PLANA;

Resistência ao Rolamento = 1 kgf Peso da piloto = 40 kgf Percurso de 10.0 m Volante de aço = _ ? Calcular o peso do volante P = _? Determine o diâmetro do volante D = _? Determine a espessura do volante B = _? (considere para que as dimensões do volante sejam compatíveis com aquelas do carro de competição) – vide Texto em PDF – item 3, (Características do veículo)!

Pista plana com ACLIVE DE 1,5 %;

Resolver o problema acima, considerando todas as condições dadas anteriormente, sendo que agora o veículo deve trafegar em uma pista plana com aclive de 1,5%. Qual o novo percurso trafegado = _?

Faça um desenho esquemático das dimensões do volante no chassi do veículo;

Escolha um tipo de acoplamento para conectar o volante e transferir a energia cinética para o sistema de transmissão do veículo;

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As informações a respeito do motor nos foram fornecidas através do site da w.honda-engines.com e w.honda-engines-eu.com , e o modelo de motor utilizado foi o GX 35 (escolhido pela direção de prova).

Características principais

Consumo360g/kWh

Modelo Honda GX35 Potência (max) 1.2kW (7000rpm) Torque (max) 1.9Nm (5500rpm) Peso do Motor 32,67 N Dimensões 198 x 234 x 240 m

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A interpolação grifada em vermelho será os dados usados para cálculo de projeto do carro. gráfico 1

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6 de 21 Característica do motor GX 35 Honda

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Foto ilustrativa da polia e correia sincronizadora

Massa das polias em Aço com densidade de 7850kg/m3, usaremos as polias em Alumino com densidade de 2750kg/m3 e usinagem posterior para diminuir a massa.

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Gráfico de comparação da potência x velocidade da correia sincronizadora em relação a corrente de rolos, a correia sincronizadora é maior rendimento.

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O Volante:

Inicialmente supomos um volante de raio R e peso P não calculado, a fim de calcularmos o atrito, a aceleração e montarmos o esquema de planejamento que desenvolveríamos para percorrer o trajeto estipulado (no nosso caso 10000 m) . Através da análise do gráfico 1 do motor na página anterior, escolhemos os parâmetros de consumo, torque e potência que utilizaremos para o cálculo do volante adequado. Para chegarmos até a definição das características do volante que utilizaremos, tivemos de fazer várias tentativas até achar o volante com as características mais adequadas, pois inicialmente nossas medidas iniciais eram imprecisas e até não executáveis, pois para os primeiros volantes calculados e critérios utilizados, a dimensão e massa do volante extrapolavam uma proporcionalidade aceitável em relação à massa do carro proposto no problema.

Cálculos de conservação de energia e de momento de inércia são as pedras fundamentais do nosso trabalho para o cálculo de distâncias, velocidades e acelerações (para a montagem das equações cinemáticas do nosso protótipo).

Conseqüentemente, após a montagem do carro em si (e da definição de suas características) fica possível a montagem do esquema que utilizaremos para percorrermos o trajeto.

Nosso volante será montado em uma bucha-mancal e esta fixada na embreagem eletromagnética, pois desta forma utilizaremos a rotação máxima permitida do motor para termos uma maior energia acumulada no volante.

Descrição da Embreagem

A embreagem existente do motor é do tipo centrífuga, tornando seu funcionamento somente com o motor ligado e em uma determinada rotação, sem controle de sua operacionalidade de forma suave, sendo assim ela será usada somente para acionar o volante e este será conectado a outra embreagem ligando a polia de tração.

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Desenho do volante com coroa de metal e alma (raios) de alumínio. Próxima figura anexa tem as dimensões e característica da embreagem eletromagnética.

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