ESTUDOS DA SOLDAGEM NA ESTRUTURA DE UM TRILHO DE MONTANHA RUSSA DE AÇO

Caio Henrique Alves Maciel, caiomaciel08@gmail.com1

Fábio Keuffer Mendonça, fabiokmendonca@gmail.com1

Marcos Paulo Silveira Vilaça, sv.marcospaulo@gmail.com1

1 Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos 6627, Belo Horizonte, MG. Brasil

Resumo: Durante o processo de fabricação e montagem de uma montanha russa em um parque de diversões, a escolha correta do processo de soldagem da estrutura dos trilhos se apresenta como um importante fator de segurança no projeto do brinquedo. Este trabalho tem como objetivo simular um projeto da estutura tubular dos trilhos da montanha russa durante o movimento looping do carrinho. Para o presente artigo foram considerados os seguintes parâmetros para o projeto:propiedades mecânicas de cada tipo de solda, solicitações de esforços durante a execução do looping, custos totais do processo de soldagem, volume de solda, processos de fabricação e de dobra do aço tubular a ser soldado. Os dados do trabalho se apoiam em artigos científicos, conceitos de física e em empresas comerciais de materiais de solda. Os resultados mostram a grande responsabilidade da qualidade do projeto de soldagem da estrutura tanto em fatores mecânicos de segurança da montanha russa quanto em fatores financeiros.

Palavras-chave: Aço tubular, Eletrodo Revestido(SMAW), MIG/MAG(GMAW), Montanha Russa, Trilhos .

1. INTRODUÇÃO

Um parque de diversões é um local amplo e fechado com um conjunto de atrações, com o objetivo de proporcionar diversão para um público variado. Nesse contexto é imprescindível não lembrar da montanha russa, uma das principais atrações e mais populares de um parque de diversões.

As montanhas russas são parecidas com um trem de passageiros, com um conjunto de vagões que podem ser conectados ou não, que se movem sobre trilhos. Essa movimentação é feita quase que inteiramente por forças inerciais, como a força da gravidade e força centrípeta, possibilitando passeios intensos a altas velocidades. Geralmente, a única aplicação de energia ocorre no início do passeio, quando o trem é puxado para cima da colina de elevação, acumulando energia potencial. Quando o trem começa a descer a primeira colina, essa energia potencial é transformada em energia cinética, sendo que esta conversão de energia cinética em potencial e vice versa ocorre durante todo o percurso. Normalmente, as colinas diminuem de altura ao longo do percurso, para possibilitar que o trem chegue ao final do percurso, já que ocorre perda de energia entre o trem e os trilhos e também entre o trem e o ar [1].

Existem dois tipos básicos de montanhas russas, diferenciadas principalmente pela estrutura das suas pistas, que podem ser de aço ou de madeira. As montanhas russas de madeira são como estradas de ferro tradicionais, em que as rodas metálicas do trem rolam sobre um trilho de metal, que está preso a pistas de rolamento, feitas de madeira laminada. As rodas dos carros tem o mesmo perfil flangeado das rodas de um trem, de modo a evitar o descarrilamento e um conjunto de rodas ou barras de segurança que correm por debaixo da pista, impedindo que os vagões voem pelo ar. Devido à madeira ser inflexível, a pista da montanha russa é limitada quanto a construção de curvas e torções mais complexas [1].

Já as montanhas russas de aço, são formadas por pistas de aço tubular, sustentados por uma superestrutura leve, robusta feita de tubos ou vigas de aço ligeiramente maiores. As rodas dos trens são feitas geralmente de poliuretano ou nylon e, além das rodas tradicionais que estão diretamente sobre os trilhos de aço, os carros têm rodas que se movem pela parte de baixo do tubo e rodas também nas laterais. Esta configuração mantém o carro preso de forma segura aos trilhos, o que é absolutamente essencial quando ele percorre as curvas e giros da montanha-russa. Os carros das podem se apoiar sobre os trilhos, tal como em montanhas-russas tradicionais de madeira, ou podem estar conectados aos trilhos pela parte de cima do carro, como em teleféricos de esqui. 

Uma pista de aço tubular não é disposta em pequenas peças como na pista de madeira. Ela é pré-fabricada em segmentos grandes e curvos, como as vigas pré-fabricadas. Os processos de fabricação do aço permitem conceber uma pista que se curva suavemente e inclina o carro em todas as direções. Em uma pista de madeira, o passeio é marcado pelo chacoalhar do carro ao passar sobre as junções que conectam as peças de madeira. Já as peças de uma pista de aço tubular são perfeitamente soldadas, criando um passeio incrivelmente suave, com a possibilidade de se alcançar velocidades altíssimas [1].

Na fabricação de trilhos, utiliza-se além de rebites e parafusos, soldagem através dos processos por eletrodo revestido e por MIG/MAG.

Este trabalho tem como objetivo estudar a soldagem da estrutura dos trilhos que compõe o looping de uma montanha russa de aço, analisando o processo de fabricação, os métodos de soldagem, as vantagens e desvantagens e o custo.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A soldagem a arco elétrico com proteção gasosa (GMAW – Gas Metal Arc Welding), também conhecida como soldagem MIG/MAG (MIG – Metal Inert Gas e MAG – Metal Active Gas), é um processo em que a união de peças metálicas é produzida pelo aquecimento dessas por um arco elétrico estabelecido entre a peça e um consumível na forma de arame. O arco funde continuamente o arame na medida em que este alimenta a poça de fusão. O metal de solda é protegido da atmosfera por um fluxo de gás (ou mistura de gases) que pode ser inerte ou ativo. A Fig.1 [2] ilustra esse processo.

Figura 1. Ilustração do processo de soldagem GMAW.

Este processo é normalmente semiautomático e a alimentação do arame é feita através de um alimentador motorizado, cabendo ao soldador iniciar e interromper o arco, além de mover a tocha ao longo da junta. A corrente utilizada é a corrente contínua (CC), normalmente com o arame no polo positivo, configuração conhecida como polaridade reversa. A polaridade direta raramente é utilizada devido à transferência deficiente do metal fundido do arame de solda para a peça. São comumente empregadas correntes de soldagem de 50 A até mais que 600 A e tensões de soldagem de 15 V até 32 V.

O processo de soldagem MIG/MAG proporciona muitas vantagens na soldagem manual e automática dos metais para aplicações de alta e baixa produção. Suas vantagens combinadas quando comparado ao eletrodo revestido, arco submerso e TIG são: a soldagem pode ser executada em todas as posições, não há necessidade de remoção de escória, alta taxa de deposição do metal de solda, tempo total de execução de soldas de cerca da metade do tempo se comparado ao eletrodo revestido, altas velocidades de soldagem; menos distorção das peças, largas aberturas preenchidas ou amanteigadas facilmente, tornando certos tipos de soldagem de reparo mais eficientes e não há perdas de pontas como no eletrodo revestido.

Existem três tipos de técnicas distintas transferência de metal de adição para a peça: Curto-circuito, em que são utilizados arames finos, pequenos comprimentos de arco (baixas tensões) e baixas

correntes de soldagem. Essa técnica de soldagem é particularmente útil na união de materiais de pequena espessura em qualquer posição, materiais de grande espessura nas posições vertical e sobrecabeça, e no enchimento de largas aberturas. A soldagem por curto-circuito também deve ser empregada quando se tem como requisito uma distorção mínima da peça. O metal é transferido do arame à poça de fusão apenas quando há contato entre os dois, ou a cada curto-circuito.

A transferência globular ocorre com valores intermediários de tensão e corrente de soldagem e resulta em um arco mais estável que no caso anterior, contudo, a transferência é mais caótica e imprevisível. O diâmetro médio das gotas diminui com o aumento dessas, mas, em geral, é maior que o diâmetro do eletrodo. Como gotas de metal fundido se transferem principalmente por ação da gravidade, sua utilização estaria limitada a posição plana, mas, em função de seu caráter casuístico é evitada.

Aumentando-se a corrente e a tensão de soldagem ainda mais, o diâmetro médio das gotas de metal diminui, até que a corrente atinge um valor limite, denominada corrente de transição, em que ocorre uma mudança brusca no modo de transferência, que passa de globular para spray. Entretanto, se o gás de proteção para soldar aços carbono contiver mais que cerca de 15% de dióxido de carbono (CO2), não haverá transição de transferência globular para transferência por aerossol. As gotas que saem do arame são muito pequenas, proporcionando boa estabilidade ao arco.

Se o gás de proteção para soldar aços carbono contiver menos que 15% de dióxido de carbono (CO2), ocorre a soldagem em aerosol, que pode produzir altas taxas de deposição do metal de solda. Essa técnica de soldagem é geralmente empregada para unir materiais de espessura 2,4 mm e maiores. Exceto na soldagem de alumínio ou cobre, o processo de arco em aerossol fica geralmente restrito apenas à soldagem na posição plana por causa da grande poça de fusão. No entanto, aços carbono podem ser soldados fora de posição usando essa técnica com uma poça de fusão pequena, geralmente com arames de diâmetro 0,89 mm ou 1,10 mm.

Já o eletrodo revestido (SMAW – Shielded Metal Arc Welding), dos processos de soldagem a arco, é o que apresenta maior facilidade operacional. O investimento em equipamentos é relativamente baixo e os eletrodos são

facilmente encontrados no mercado. Uma grande vantagem desse processo é o controle da composição química do revestimento, através do qual se consegue uma vasta gama de consumíveis e um maior controle da microestrutura e das propriedades do metal de solda [2]. A soldagem é realizada através do calor produzido por um arco elétrico mantido entre a extremidade de um eletrodo metálico revestido e a peça de trabalho, como pode ser observado na Fig. 2. O calor produzido pelo arco funde o metal de base, o eletrodo e o revestimento. Quando as gotas de metal fundido são transferidas através do arco para a poça de fusão, são protegidas da atmosfera pelos gases produzidos durante a decomposição do revestimento. A escória líquida flutua em direção à superfície da poça de fusão, onde protege o metal de solda da atmosfera durante a solidificação.

Figura 2. Esquema da soldagem através do processo SMAW.[2]

Os eletrodos revestidos para a soldagem de aços carbono consistem de apenas dois elementos principais: a alma metálica, normalmente de aço de baixo carbono, que conduz a corrente elétrica e fornece metal de adição para o enchimento da junta, e o revestimento, que tem diversas funções. A matéria-prima para a alma metálica é um fio-máquina laminado a quente na forma de bobinas, que é posteriormente trefilado a frio até o diâmetro adequado, retificado e cortado no comprimento adequado.

A escória gerada no processo fornece proteção contra os contaminantes atmosféricos, tem como função absorver impurezas que são levadas à superfície e ficam aprisionadas pela escória, ação purificadora e reduzir a velocidade de resfriamento do metal fundido para permitir o escape de gases. Ela também controla o contorno, a uniformidade e a aparência geral do cordão de solda. Melhores propriedades de escoamento e resistência mecânica podem ser obtidos pelas adições de elementos de liga ao revestimento.

Os revestimentos são responsáveis por: controle da integridade do metal de solda, fornecer propriedades mecânicas específicas do metal de solda, estabilização e direcionamento do arco de solda, adição de escória.

Os principais tipos de revestimento utlizados atualmente são: Revestimento rutílico: possui grandes quantidades de rutilo (Ti02 - óxido de titânio) e produz uma escória

abundante, densa e facilmente destacável. Os eletrodos com este revestimento são de fácil manipulação e podem ser utilizados em qualquer posição, são considerados de grande versatilidade e de uso geral.

Revestimento básico: possui grandes quantidades de carbonatos de cálcio ou outro material e fluorita. Estes componentes são os responsáveis pela geração de escória com características básicas. Esta escória exerce uma ação benéfica sobre a solda reduzindo o risco de trincas de solidificação. A penetração é média e o cordão apresenta boas propriedades mecânicas, particularmente em relação à tenacidade. Os eletrodos com revestimento básico são indicados para aplicações de alta responsabilidade, para soldagens de grandes espessuras e de elevado grau de restrição, isto é, dificuldade de dilatação e de contração da peça. Em razão de ser o mais higroscópico de todos, este tipo de revestimento exige cuidados especiais com o armazenamento e manuseio.

Revestimento celulósico: contém grandes quantidades de material orgânico, que, quando decomposto pelo arco, gera quantias consideráveis de gases protetores do metal líquido. A quantidade de escória produzida é pequena e o arco é muito violento, causando grande volume de respingos e alta penetração, se comparado a outros tipos de revestimento. As características mecânicas da solda resultante do trabalho com revestimento celulósico são consideradas boas, embora exista a possibilidade de fragilização pelo hidrogênio. Os eletrodos com revestimento celulósico são particularmente recomendados para soldagens fora da posição plana, tendo grande aplicação na soldagem circunferencial de tubulações e na execução de passes de raiz em geral. Devido à elevada penetração e às grandes perdas por respingos, não são recomendados para o enchimento de chanfros. [3]

3. ANÁLISE DOS ESFORÇOS SOLICITANTES

Um dos principais fatores de segurança para o projeto de uma montanha russa se refere à segurança oferecida pelo trilho. Essa estrutura está sujeita a diferentes esforços e cargas durante todo o percurso, o que pode ser exemplificado pelo momento em que o carrinho executa o movimento de “loop”, mostrado na Fig. 3.

Figura 3. Representação vetorial das forças atuantes em movimento de “loop” em um carrinho de montanha russa. [4]

Como a força resultante durante o percurso é a Força Centrípeta (Fc), pode-se avaliar a diferença da força normal no ponto B e D matematicamente, através da seguinte relação:

No ponto B: FcB=N B−P No ponto D: FcD=N D+P N B=FcB+P N D=FcD−P Considerando que ocorre conservação da energia mecânica (Em) é feita a análise de suas energias potenciais (Ep) e

cinéticas (Ec), como mostrados a seguir:No ponto B: Em=Ec No ponto D: Em=Ep+EcComo a energia cinética está associada com a velocidade (v), conclui-se que a velocidade no ponto B é maior que

no ponto D. A força centrípeta é obtida com a equação abaixo:

Fc=mv2

r,

Na qual ‘m’ é massa do carrinho e ‘r’ o raio da circunferência. Logo FcB>FcD.Como a Força Normal por definição é a reação da compressão realizada sobre a estrutura apoiada, tem-se que os

esforços solicitantes nos trilhos são proporcionais a Força Normal no carrinho, conclui-se que N B> ND..Dessa forma, sabe-se que a intensidade dos esforços solicitantes será maior no ponto mais baixo (B) e menor no

ponto mais alto (D). Assim, para a montagem da estrutura do trilho deve-se ser utilizado o processo de soldagem com maior responsabilidade nos trechos próximos a B.

Uma peça unida pelo processo de soldagem MIG/MAG adquire melhores propriedades mecânicas, ou seja, oferece maior segurança a ocorrência de falhas. Assim, nos trechos próximos ao ponto B, em que apresenta estruturas de maior responsabilidade, é adequado para a utilização do processo.

Já uma peça unida por eletrodo revestido apresenta propriedades mecânicas inferiores ao processo por MIG/MAG. Em contra partida, sua aplicação é muito mais simples, sendo adequada em locais de difícil acesso. Dessa maneira, em trechos próximos ao ponto D, em que os esforços solicitantes sobre os trilhos são menores, o processo por eletrodo revestido é utilizado.

4. MATERIAL E PROCESSOS

4.1. Propriedades do aço A36

Normalmente, o aço tubular utilizado no projeto é o A36. Este aço tem suas principais aplicações em estruturas metálicas em geral, serralheira, passarelas, máquinas e implementos agrícolas e implementos rodoferroviários, não sendo indicado para fins mecânicos (Usinagem, trefilação e descascamento) [5].

As propriedades do aço A36 permitem que ele deforme de forma constante enquanto a tensão aumenta. Essa ductilidade possibilita que em uma emergência as estruturas do trilho se mantenham depois que os limites da estrutura forem atingidos, possibilitando que acidentes possam ser previstos e evitados. Outros aços de alto desempenho são extremamente fortes, mas quebradiços e suportam pouca deformação antes que quebre violentamente [6].

As propriedades do aço A36 estão mostradas na Tab. 1 [7].

Tabela 1. Propriedades aço A36.

Limite de escoamento 250 Mpa

Limite de resistência 400-550 Mpa

Dureza máxima 255 HB

Alongamento mínimo 20%

Força Normal Força

Limite de elasticidade 200 GPa

A Tab. 2 identifica a composição química do material utilizado. [7]

Tabela 2. Composição química aço A36

Especificação C(%) P(%) S(%) Si(%)Aço A36 0,26 0,04 0,05 0,40

1.1. Soldabilidade

Um aço tem boa soldabilidade, quando, na execução da solda, a fusão do material não causa transformação considerável de sua estrutura cristalina. A Tab. 3 faz uma comparação entre a composição química de aços e sua soldabilidade [8]. O aço A36 se encaixa na primeira linha (Aço carbono, C <0,30%) e, portanto, é de fácil soldabilidade.

Tabela 3. Comparação de aços e sua soldabilidade.

Tipo de Aço Classe do Aço Soldabilidade Pré Aquecimento

Recozimento

I Aço carbono C < 0,30%

Facilmente Soldável

Não Não

Baixo teor de liga C < 0,15%

Facilmente Soldável

Não Não

II Aço Carbono; teor de C. (0,30-

0,50%)

Soldável com precaução

Aconselhável Aconselhável

Baixo teor de liga, C(0,15-0,30%)

Soldável com precaução

Aconselhável Aconselhável

III Aço Carbono C > 0,50%

Soldável difícil Necessário Necessário

Teor de liga >3%

C > 0,30%

Soldagem difícil Necessário Necessário

1.1. Fabricação dos tubos por extrusão e sua calandragem

Dentro da indústria de estruturas os tubos utilizados em montanhas russas podem ser considerados de pequeno diâmetro. Por isso o processo mais utilizado para sua fabricação é o processo de extrusão, ilustrado na Fig. 4.

A extrusão é um processo de conformação compressivo no qual um metal é forçado a fluir através de uma matriz aberta para produzir uma determinada seção transversal. As vantagens dos processos de extrusão incluem a possibilidade de produção de perfis, barras e tubos de variadas formas, especialmente na extrusão a quente; entretanto, a, seção transversal da peça deve ser constante ao longo de, seu comprimento. Além disso, ocorre melhoria das propriedades de resistência, as tolerâncias geométricas podem ser bastante estreitadas, especialmente na extrusão a frio; e em algumas operações de extrusão, ocorre pouco ou nenhum desperdício de material.

Figura 4. Processo de fabricação de tubo por extrusão

A extrusão pode ser realizada tanto a quente como a frio, dependendo do metal sendo trabalhado e da quantidade de deformação imposta durante o processo. As ligas de titânio e aço são usualmente extrudadas a quente, geralmente com lubrificação de vidro.

A extrusão a quente envolve o aquecimento prévio do tarugo a uma temperatura acima da temperatura de recristalização. Isso reduz a resistência e aumenta a ductilidade do metal, permitindo maiores reduções da área da seção transversal e possibilitando a obtenção de formas mais complexas por este processo. [9]

Para fazer o dobramento dos tubos, é utilizado o método da calandragem, que consiste em um arranjo de três ou mais cilindros/polias que possuem movimento giratório, como pode ser visto na Fig.5. Numa calandra com três cilindros, o superior deles é direcionado de maneira perpendicular ao tubo e aos eixos dos inferiores são posicionados em um plano horizontal entre si. Já numa calandra com quatro cilindros, a barra é posicionada entre dois cilindros em movimento à esquerda e o cilindro inferior da outra extremidade é ajustado nas duas direções, de acordo com a espessura da barra e o ângulo de dobramento projetado. Usualmente o raio de dobramento deve ser de seis vezes o diâmetro da barra ou espessura de seção na direção de dobramento [10].

Figura 5. Representação do processo de calandragem

5. CUSTOS DE SOLDAGEM

Os custos de soldagem serão calculados de acordo com as equações propostas a seguir, sendo que as soldas necessárias para a montagem do looping serão aproximadas pelo modelo da Fig.6, com o chanfro do tipo meio V [3].

Figura 6. Desenho da junta.

O looping da montanha russa será composto por cinco partes, sendo que as duas partes inferiores, por estarem sujeitas aos maiores esforços, serão soldadas através do processo MIG, e as restantes serão soldadas através do processo SMAW. Para a junção dos trilhos, serão feitas duas soldas utilizando o processo MIG e duas utilizando o processo SMAW. O modelo de trilho utilizado para os cálculos pode ser visto na Fig.7[11], em que o comprimento da seção 1 é 80 cm, e o diâmetro dos tubos são de 10 cm. Além disso, será considerado que em um trecho do trilho existem 10 estruturas idênticas para ligar os dois tubos externos.

Figura 7. Trecho da estrutura do trilho.

1.2. Equações do custo de soldagem:

Massa de metal depositado (ms):

ms=A s × L × ρna qual ρ é a densidade da solda, AS é a área transversal do cordão associada com o metal depositado e L é o comprimento do cordão.

Tempo de soldagem:

t arc=ms/ Zm

Eletrodos (Ce):

C e=m s

∅×C eU

na qual Ø é a eficiência prática de deposição do processo e CeU é o preço por peso do eletrodo em R$/kg.

Gás de Proteção (Cg):

Cg=V g ×t arc × CGU

na qual Vg é a vazão de gás usada e CGU é o preço por volume de gás, em R$/m3.

Mão de obra e custos fixos (Cl):

C l=tarc

∅×(L+O)

Na qual L e O são, respectivamente, os custos por unidade de tempo com mão de obra e gastos fixos.

Energia elétrica (Cel):

C el=P tarc

∅ el

× (C elU )na qual CelU (R$/kWh) é o preço da energia elétrica, P (kW) é a potência elétrica média desprendida durante a soldagem e Øel é a eficiência elétrica do equipamento de soldagem.[12]

1.3. Cálculos

Na Tab. 4 e Tab. 5 são mostradas as condições para realizar a soldagem e na Tab. 6 e Tab. 7 estão representados os custos específicos [13].

Tabela 4 e Tab. 5 Condições para realizar a soldagem.

Material Aço

Carbono

Processo de soldagem GMAW

Corrente 220A

Tensão 25V

Vazão de gás de proteção 15l/min

Taxa de deposição 5,6kg/h

Eficiência de deposição 90%

Fator de ocupação 40%

Eficiência elétrica da fonte 70%

MaterialAço Carbono

Processo de soldagem SMAW

Corrente 220A

Tensão 25V

Taxa de deposição 2,4kg/h

Eficiência de deposição 75%

Fator de ocupação 30%

Eficiência elétrica da fonte 70%

Tabela 6 - Custos para soldagem MIG

Custos Valor por unidade(R$)C eU

7,96

CGU4,50

(L+O) 445,45

C elU0,396

Tabela 7 - Custos para soldagem por Eletrodo Revestido

Custos Valor por unidade(R$)C eU

0,42

CGU4,50

(L+O) 445,45

C elU0,396

Soldagem do trecho 1 utilizando o processo MIG:

A s=2×1×(1 × tan 60)/2=1,73 cm2

ms=7,8× 1,73 ×80=1079 g=1,079 kgt arc=1,079/5,6=0,19 h=11,56 minC e=(1,079/0,9 ) ×7,96=R $ 9,54Cgá s=(10 ×11,56 )× 4,50=R $520,00

C l=(0,19/0,4 ) × (400+45,45 )=R $211,58P=220 × 25=5,5 kWC el=(5,5 × 0,35/0,7 ) ×0,396=R $ 1,09C=9,54+520,00+211,58+1,09=R $ 742,21CT=2 ×10 × 742,21=R $14844,20

Soldagem do trecho 1 utilizando o processo SMAW:

A s=2×1×(1 × tan 60)/2=1,73 cm2

ms=7,8× 1,73 ×80=1079 g=1,079 kgt arc=1,079/2,4=0,45 h=26,97 minC e=(1,079/0,75 ) ×0,42=R $0,61

C l=(0,45 /0,3 )× (400+45,45 )=R $668,17P=220 × 25=5,5 kW

C el=(5,5 × 0,45/0,7 ) ×0,396=R $ 1,40C=0,61+668,17+1,40=R $ 670,18CT=2 ×10 × 699,94=R $ 13998,8

Soldagem do trecho 2 utilizando o processo MIG:

A s=2×1×(1 × tan 60)/2=1,73 cm2

ms=7,8× 1,73 ×8=107,95 g=0,10795 kgt arc=0,10795 /5,6=0,01927 h=1,16 minC e=(0,10795/0,9 ) ×7,96=R $ 0,96Cgá s=(10 ×1,16 ) × 4,50=R $52,2

C l=(0,01927 /0,4 ) × ( 400+45,45 )=R $ 21,46P=220 × 25=5,5 kW

C el=(5,5 × 0,01927/0,7 )× 0,396=R $ 0,06C=0,96+55,2+21,46+0,06=R $ 77,68

CT=2 ×10 × 77,68=R $ 1553,60

Soldagem do trecho 2 utilizando o processo SMAW:

A s=2×1×(1 × tan 60)/2=1,73 cm2

ms=7,8× 1,73 ×8=107,95 g=0,10795 kgt arc=0,10795 /2,4=0,0449 h=2,69 minC e=(0,10795/0,75 ) × 0,042=R $ 0,006

C l=(0,0449 /0,3 )× (400+45,45 )=R $ 66,67P=220 × 25=5,5 kW

C el=(5,5 × 0,0449/0,7 ) ×0,396=R $0,14C=0,006+66,67+0,14=R $ 66,95CT=2 ×10 × 66,95=R $ 1339,00

Soldagem de dois trilhos utilizando o processo MIG:

União dos tubos:A s=2×1×(1 × tan 60)/2=1,73 cm2

ms=7,8× 1,73 ×2× π × 5=423,93 g=0,4239 kgt arc=0,4239 /5,4=0,0785 h=4,71 minC e=(0,4239/0,9 ) ×7,96=R $ 3,75Cgá s=(10 ×0,0785 )× 4,5=R $ 3,53

C l=(0,0785 /0,4 ) × ( 400+45,45 )=R $ 87,42P=220 × 25=5,5 kW

C el=(5,5 × 0,0785/0,7 )× 0,396=R $0,24C=3,75+3,53+87,42+0,24=R $ 94,94

CT=2 × 94,94=R $189,88

União da parte plana:C=2 ×742,21=1484,42

Custo da união dos dois trilhos:C=189,88+4688,80=4878,68

Soldagem de dois trilhos utilizando a solda SMAW:União dos tubos:

A s=2×1×(1 × tan 60)/2=1,73 cm2

ms=7,8× 1,73 ×2× π × 5=423,93 g=0,4239 kgt arc=0,4239 /2,4=0,1766 h=10,59 minC e=(0,4239/0,75 ) ×0,042=R $ 0,013

C l=(0,1766 /0,3 )× (400+45,45 )=R $ 262,22P=220 × 25=5,5 kW

C el=(5,5 × 0,1766/0,7 )× 0,396=R $0,55C=0,013+262,22+0,55=R $262,78

CT=2 ×262,78=R $ 525,5

União da parte plana:C=2 ×670,18=1340,36

Custo da união dos dois trilhos:C=525,56+1340,36=1865,92

Custo Total para montagem do looping (Clp):

C lp=(2× 14844,20 )+(3 ×13988,8 )+(2×1553,6 )+ (3× 1339,00 )+(2 × 4878,68 )+(2× 1865,92 )=R $ 92268,20

6. CONCLUSÕES

Para a realização deste trabalho foram utilizados como fonte de informação contato com empresas fabricantes e possuidoras de montanha russa, pesquisas anteriores e cotações com empresas estabelecidas em Belo Horizonte. Os resultados obtidos nos permitiu concluir que:

A intensidade dos esforços solicitantes será maior no ponto mais baixo do looping, exigindo que seja utilizado um processo de soldagem com maior responsabilidade no trecho.

Dentre os processos de soldagem mais utilizados em montanhas russas, uma peça unida pelo processo de soldagem MIG/MAG é a que adquire as melhores propriedades mecânicas, ou seja, oferece maior segurança a ocorrência de falhas, enquanto uma peça unida por eletrodo revestido apresenta propriedades mecânicas inferiores.

O processo eletrodo revestido é apropriado para os locais de menores esforços solicitantes do looping, devido ao seu menor custo. E é recomendado para a manutenção do equipamento, por possuir uma aplicação mais simples, e adequada em locais de difícil acesso.

O custo total, estimado, para soldagem de um looping com 8 metros de raio, para uma montanha russa de aço é de R $ 92268,20.

7. REFERÊNCIAS

[1] Como funcionam as montanhas-russas. Disponível em: http://casa.hsw.uol.com.br/montanhas-russas.htm. Acesso: 20 de Abril de 2014.

[2] MARQUES, P.V. Tecnologia da Soldagem. Belo Horizonte: ESAB, 1991. pag. 532.

[3] MARQUES, Paulo Villani; MARQUES, Paulo Villani; MODENESI, Paulo José. ; BRACARENSE, Alexandre Queiroz. Soldagem: fundamentos e tecnologia. 2. ed. rev. e ampl. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2007. 362 p.

[4] CONCEIÇÃO, T. Looping. Área de Projecto de Física - Biblioteca escolar. Disponível em: <http://jbib.aealmodovar.org/home/looping>. Acesso: 26 abr. 2014.

[5] Programa Profissionais do Aço. Disponível em: https://www.profissionaldoaco.com.br/destaques_in.asp?id_destaque=137. Acesso: 01de Maio de 2014.

[6] O que é o aço A36. Disponível em: http://www.ehow.com.br/aco-a36-sobre_92675/ . Acesso: 26 de Abril de 2014.

[7] Detalhes Técnicos-Denver. Disponível em: http://www.denversa.com.br/site/files/produtos/ba34aa7ebb8e04f694a76c816cee0afc.pdf. Acesso: 01 de Maio de 2014.

[8] Aços estruturais. Disponível em: http://www.denversa.com.br/site/files/produtos/ba34aa7ebb8e04f694a76c816cee0afc.pdf. Acesso: 03 de Maio de 2014.

[9] Apostila Processo Primários de Fabricação; Professor Paulo César de Matos Rodrigues.

[10] Soldagem com três cilindros. González, P. C. S. p.5, 2000.

[11] Tripsdrill Trailer Katapult-Achterbahn 2013. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=TdGnWGE15Xo&feature=youtu.be. Acesso: 30 de Abril de 2014.

[12] MODENESI, PAULO JOSÉ. Estimativa de Custos de Soldagem. Janeiro 2001.

[13] ELETRODOS REVESTIDOS. Disponível em: http://www.esab.com.br/br/por/instrucao/apostilas/upload/1901097rev0_apostilaeletrodosrevestidos.pdf. Acesso: 03 de Maio de 2014.