Introdução

Atualmente, o manuseio e transporte de grandes cargas é um dos pontos críticos existentes em diversas áreas da indústria. Um dos ativos utilizados para movimentar produtos de grande porte e/ou de grande massa é a ponte rolante. Além disso, esses equipamentos proporcionam uma grande facilidade de uso, segurança dos trabalhadores envolvidos e ganho de tempo considerável ao realizar esse manuseio. Nesse sentido, é possível concluir que essas máquinas são indispensáveis em contextos industriais. [1]

Muitas das vezes, as pontes rolantes podem ser vistas instaladas nas coberturas de galpões industriais. Os principais componentes desses equipamentos são as vigas, o carro e a talha ou guincho e suas funções estão descritas abaixo.

• • Vigas: estrutura por onde o carro fará o movimento;

• • Carro: equipamento móvel responsável pelo movimento transversal da carga;

• • Talha ou guincho: equipamento responsável pelo movimento de elevação e descida da carga.

Confira neste texto o trabalho realizado pela equipe da Kot de análise estrutural de ampliação de um galpão, com o objetivo de estender o caminho de rolamento de uma ponte rolante!

Análise estrutural

Em primeiro lugar, uma mineradora desejava realizar o aumento na extensão do caminho de rolamento, do eixo 8 para o eixo 11 (Figura 1), de uma de suas pontes rolantes. Com isso, solicitou para a Kot o desenvolvimento da avaliação estrutural do galpão em que o ativo estava instalado, a fim de certificar-se de que a estrutura comportaria a alteração. 

Antes de tudo, para a melhor contextualização, seguem algumas definições adotadas para a análise.

• • Índice de utilização (IU): Avalia o grau de solicitação ao qual um elemento estrutural está sendo submetido;

• • Índice de utilização admissível: Valor definido em norma para aprovar ou reprovar o IU encontrado.

O início do trabalho foi dado pela modelagem da estrutura metálica em elementos finitos com o auxílio do software, desenvolvido pela Kot, PROCAL 3D. Além disso, durante a modelagem os materiais em que a estrutura é construída foram considerados. A Figura 1 mostra o modelo em elementos finitos do galpão onde a ponte rolante está instalada.

Figura 1: Modelo em elementos finitos do galpão – Eixos. [2]

Em seguida, após realizar a modelagem em elementos finitos da estrutura em questão, os carregamentos atuantes foram estudados e aplicados no modelo. Por exemplo, alguns dos carregamentos considerados encontram-se listados abaixo.

• • Peso próprio: Correspondem às forças devidas à massa de todos os componentes fixos ou móveis do galpão, bem como componentes mecânicos, elétricos e estruturas de suporte;

• • Carga devido ao vento: Este caso de carregamento trata da carga de vento que a estrutura é submetida. Os esforços são calculados tendo como base características apresentadas em norma;

• • Carregamento da ponte rolante: Corresponde ao carregamento a que a estrutura é submetida em decorrência da presença de pontes rolantes.

Posteriormente, após a definição e aplicação dos carregamentos, a simulação estrutural foi realizada e os resultados encontrados podem ser vistos na Figura 2.

Figura 2: Simulação estrutural do galpão. [2]

O Gráfico 1 mostra detalhadamente os índices de utilização encontrados confrontados com o índice de utilização admissível.

Gráfico 1: Índices de utilização da estrutura. [2]

Além disso, é possível definir elementos de ligação como os responsáveis por promover a união de partes da estrutura entre si ou da estrutura com elementos externos. Como meios de ligação são utilizados principalmente soldas, parafusos, barras roscadas e pinos. Em suma podemos classificar esses elementos em dois grupos:

• • Ligação flexível: Não apresenta resistência aos momentos fletores;

• • Ligação rígida: Apresenta restrição total aos momentos fletores.

Por conseguinte, a sequência do trabalho foi dada pela análise dos elementos de ligação existentes na estrutura e os resultados encontrados  podem ser vistos no Gráfico 2.

Gráfico 2: Índices de utilização das ligações. [2]

Conclusão

Por fim, durante a avaliação dos resultados obtidos pelas análises estrutural e de ligação não foram encontrados pontos de não conformidade, portanto a extensão do caminho de rolamento da ponte rolante foi aprovada e a mineradora pôde seguir com seu projeto de ampliação do galpão.

De modo geral, análises estruturais mostram-se pertinentes para diversas áreas da indústria. Dessa forma, é possível identificar com precisão os carregamentos e solicitações existentes em ativos industriais e avaliar o comportamento estrutural do equipamento frente aos esforços. Portanto, é possível apontar pontos para realização de reforços que possam ser necessários. Além disso, o Método dos Elementos Finitos apresenta grande aplicabilidade, pois com ele é possível analisar corpos complexos com maior intuitividade e facilidade com relação aos Métodos Numéricos.

Uma das especialidades da Kot são as simulações estruturais. A empresa está apta a atuar em diversos contextos industriais e domina conhecimentos sobre os ativos presentes nas empresas. Consulte nossa equipe para mais informações e cotações!

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FAQ

1. Qual é a função de uma ponte rolante e quais são seus três componentes principais?

A ponte rolante é um ativo industrial utilizado para movimentar cargas de grande porte e alta massa com facilidade, velocidade e segurança. Seus três componentes fundamentais são:

• Vigas: Estrutura base por onde o carro realiza o deslocamento;

• Carro: Equipamento móvel que executa o movimento transversal da carga;

• Talha ou guincho: Mecanismo encarregado da elevação e descida da carga.

 

2. Qual foi o objetivo da análise estrutural solicitada pela mineradora?

A mineradora desejava aumentar a extensão do caminho de rolamento de uma de suas pontes rolantes, avançando do eixo 8 até o eixo 11 do galpão. O objetivo do estudo foi realizar a avaliação estrutural completa do galpão para certificar se a estrutura metálica suportaria com segurança a nova configuração do equipamento.

 

3. O que são Índice de Utilização (IU) e Índice de Utilização Admissível?

• Índice de Utilização (IU): É a métrica que avalia o nível de solicitação ou esforço mecânico ao qual um determinado elemento estrutural está sendo submetido sob carga;

• Índice de Utilização Admissível: É o valor limite estabelecido por normas técnicas para aprovar ou reprovar a estrutura. Se o $IU$ for menor ou igual ao admissível, o elemento está aprovado.

 

4. Quais tipos de carregamentos foram considerados na modelagem do galpão?

A simulação computacional considerou três grupos principais de cargas:

• Peso próprio: Forças decorrentes da massa de componentes fixos, móveis, estruturas de suporte e sistemas mecânicos e elétricos do galpão;

• Carga de vento: Esforços aerodinâmicos calculados a partir de diretrizes normativas;

• Carregamento da ponte rolante: Esforços e reações transmitidos à estrutura em função da presença e operação da ponte rolante.

 

5. Como os elementos de ligação do galpão foram classificados na análise?

Os elementos de ligação unificam partes da estrutura (utilizando soldas, parafusos, barras roscadas ou pinos) e foram divididos em duas categorias:

• Ligações flexíveis: Conexões que não apresentam resistência aos momentos fletores;

• Ligações rígidas: Conexões que promovem a restrição total aos momentos fletores.

 

6. Qual software foi utilizado e qual a vantagem do Método dos Elementos Finitos (FEA)?

A modelagem tridimensional foi realizada no software PROCAL 3D, desenvolvido pela própria Kot Engenharia. O Método dos Elementos Finitos permite mapear e analisar corpos e estruturas industriais complexas com maior precisão e clareza analítica em relação aos métodos numéricos tradicionais.

 

7. Qual foi o resultado final do estudo para o projeto de ampliação?

Durante a avaliação estrutural do galpão e dos elementos de ligação, não foram encontrados pontos de não conformidade (todos os índices de utilização ficaram abaixo dos limites normativos admissíveis). Dessa forma, a extensão do caminho de rolamento foi aprovada e a mineradora pôde dar prosseguimento às obras de ampliação do galpão.

 

Referências:

[1] O que é uma ponte rolante e como ela funciona. Kistler Morse, 15 de maio de 2020. Disponível em: https://www.kistlermorse.com.br/post/o-que-%C3%A9-uma-ponte-rolante-e-como-funciona

[2] Acervo Kot Engenharia.