1. INTRODUÇÃO

O desenvolvimento de chapas ou caldeiraria, é o ramo de atividade que executa peças em chapas metálicas como reservatórios, tubulações industriais, carcaças de ventiladores, tubulações de ar condicionado, turbinas hidráulicas e outras peças que tenham que ser confeccionadas a partir de chapas.

O processo de planificação consiste de, a partir de uma peça que se deseja confeccionar, obter a superfície lateral da peça no plano,de tal modo que após recortar e curvar (ou dobrar), resulte na peça desejada.

Para isso, é necessária a aplicação de métodos de solução, que podem ser gráficas, com a utilização do traçado em papel, ou através do uso de computadores, ou ainda, través de softwares específicos para a solução de planificação de superfícies.

Para o desenvolvimento destas peças, são necessários conhecimentos como de desenho técnico, geometria descritiva, processos de fabricação, etc. De forma que as peças quando planificadas, possam ser confeccionadas adequadamente e de acordo com o projeto especificado.

2. TURBINA HIDRÁULICA FRANCIS

A função de uma turbina hidráulica é transformar a energia hidráulica em energia mecânica, que após pode ser convertida para energia elétrica. A água é forçada a passar através do caracol que a direciona de modo a chegar ao rotor.

Quando a água passa através do rotor, o choque da água com o rotor obriga este a se movimentar em torno do seu eixo, obtendo assim a transformação da energia hidráulica em mecânica.

Desenvolvimento de chapas: Planificação do caracol de Desenvolvimento de chapas: Planificação do caracol de uma turbina hidráulica Francisuma turbina hidráulica Francis

Felipe Della Latta1,Larrymar Facin Ruos1,Nilson Luiz Maziero2

(1)Acad. de Eng. Mec.-UPF/estag. Fábrica Escola (2)Orientador; professor Fear/UPF

Faculdade de Engenharia e Arquitetura

U PFU PFU PF

6. RESULTADOS

Aplicando a metodologia descrita, primeiramente foram modeladas as peças em 3D (figura 4 (a)), e após aplicando o processo de triangulação, foi obtido o desenvolvimento da superfície da peça (figura 4(b)).

Na figura 5, são mostradas várias planificações resultantes da aplicação da referida metodologia.

5. METODOLOGIA APLICADA

A metodologia aplicada foi uma combinação do método tradicional (desenho papel com as vistas ortográficas e a obtenção da planificação pelo processo de triangulação) com a utilização de um software de CAD. Para isso, ao invés de desenhar as vistas ortográficas de cada peça a ser planificada, foi feita a modelagem em 3D.

A partir do modelo em 3D, foram gerados os triângulos na superfície da peça. O passo seguinte foi identificar a seqüência de construção da peça e os triângulos a serem resolvidos. Com a utilização de modelagem em 3D, a solução dos triângulos fica muito simplificada, pois através de comandos específicos é possível calcular o comprimento de cada aresta que forma o triângulo, permitindo desenhar no plano como é feito no método tradicional.

Assim, foram modeladas em 3D todas as peças que formam o caracol, planificadas, e impressas as referidas superfícies. A seguir os modelos das planificações foram colocados sobre o papelão, que serviu como matéria prima (no lugar de uma chapa metálica). Cada peça é recortada e curvada de acordo com a posição de montagem e finalmente, coladas na respectiva posição sobre o anel principal.

Figura 4 - Modelo em 3D de um gomo do caracol e a respectiva planificação.

(a)(b)

3. O PROBLEMA

O problema a ser estudado neste trabalho, é o desenvolvimento das peças em chapa que compõen o caracol de uma turbina Francis (figuras 1 e 2), a qual é composta por uma série de peças em chapa; que após a planificação, corte e curvamento, permitem obter o caracol da turbina pela união por soldagem destas peças.

4. OBJETIVO

Obter o desenvolvimento das superfícies do caracol da turbina, e o caracol montado em papelão, para comprovar a metodologia utilizada.

Figura 1 - Usina hidrelétrica com turbina hidráulica Francis

Figura 2 - Desenho do caracol

Figura 5 - Algumas das planificações obtidas após a plotagem.5. PROCESSO DE PLANIFICAÇÃO

O processo de planificação tradicional consiste inicialmente em desenhar as vistasortográficas (vistas frontal, superior e lateral) da peça a ser planificada. Com a interpretação das vistas e a determinação das verdadeiras grandezas das linhas que compõem a superfície, a planificação pode então ser obtida.

Com a aplicação do processo de triangulação, a superfície do sólido (representado nas vistas ortográficas) é dividido em uma quantidade suficiente de triângulos que permita uma boa solução. Estes triângulos da superfície do sólido são então resolvidos, determinando o comprimento real de cada um de seus lados e após reconstruídos no plano.

A junção de todos os triângulos que compõem a superfície do sólido, quando desenhados num plano, resultam na planificação. Na figura 3 estão representados o processo de obtenção da planificação através das vistas e a planificação resultante.

Figura 6 - Modelo em papelão na escala 1:3 do caracol de uma turbina Francis

5. CONCLUSÕES

A aplicação combinada do método tradicional de desenvolvimento de superfícies com um CAD, mostrou-se muito eficiente nos resultados.

A maior dificuldade se encontra com relação ao usuário, pois o mesmo deve ter conhecimento de modelagem em 3D num sistema CAD, como também, sólidos conhecimentos do processo de planificação tradicional para efetuar a solução, com conhecimentos de desenho técnico e geometria descritiva.

Na construção do modelo em papelão, as dificuldades encontradas foram quanto ao fechamento final do caracol. Como a quantidade de triângulos utilizada na superfície não foi muito grande, a precisão ficou comprometida, sendo que o contorno da peça planificada não ficou perfeito. Fato que na realidade acontece quando se trabalha com chapas metálicas, as quais necessitam de um ajuste de montagem.

Figura 3 - Processo de planificação.