Trabalho Final - Grupo de Mecânica Aplicada

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
Eng 03024 - Análise de Sistemas Mecânicos
Análise de um silo móvel graneleiro
Daniel Mundstock
Leonardo Cocio
Leopoldo Mata
Marcio Casagrande
Porto Alegre 18 de março de 2003

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Índice
1 Introdução...........................................................................................................2
2 Apresentação do problema..................................................................................2
3 Métodos de Análise.............................................................................................5
4 Resultados...........................................................................................................7
5 Conclusão..........................................................................................................11
6 Bibliografia.......................................................................................................12
7 Apêndice...........................................................................................................13
1 Introdução
Este trabalho visa analisa a estrutura de um silo móvel graneleiro, utilizado para
armazenamento de grãos, sendo este estático para as operações de carregamento e
descarga.
A estrutura analisada é a do pórtico inferior de sustentação e é estudada para o
comportamento de um aço SAE1020, sendo este o material empregado para a fabricação.
Através estrutural por elemento finitos, busca-se levantar os pontos mais solicitados da
estrutura (esforços,deslocamentos, deformações) para posterior validação junto ao
comportamento do material e enquadramento junto á norma NB143 referente ao
dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio.
2 Apresentação do problema
O projeto selecionado pelo grupo é um silo móvel modelo SM40C, fabricado pela
empresa Boelter (Gravataí). Utilizado para o armazenamento intermediário de grãos na
lavoura, sendo estacionário quando carregado e móvel para pontos da lavoura quando
vazio devido a um sistema móvel de rodado. Ele possui uma capacidade de 40000 litros e
dois sistemas de descarga compostos por dois canos de grande diâmetro. O sistema de
apoio é um grande pórtico que sustenta toda a carga quando o silo está carregado. O
sistema de descarga é composto por um eixo ligado à tomada de força do trator, e um

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sistema de correia que transmite o movimento para o fuso. Alguns detalhes podem ser
vistos nas fotos do equipamento.
Figura 2.1
2.1 Montagem da estrutura
O aço recebido de um produtor é formado a frio dando origem aos perfis
estruturais, constituídos por chapas de aço carbono de baixa liga conforme será detalhado
a seguir, sendo o aço com qualificação estrutural para perfis. A estrutura é montada por
meio apenas de solda MIG (18% CO 2 e 82% Argônio).
2.2 Perfis estruturais
A estrutura analisada é formada por vigas de perfil “L” e “C”, sendo que estas são
fabricadas pela própria empresa dobrando chapas de aço. Existem no total nove perfis
diferentes na estrutura, e estes estão plotados a seguir com suas propriedades
geométricas.

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3 Métodos de Analise
Figura 2.2
Para a análise da estrutura (análise linear estática), foi gerado um modelo de vigas
no software “Ansys”. Este modelo simplificado representa as vigas a serem analisadas,
possui elementos de mola para a simulação de um apoio elástico e elementos de casca
para a aplicação da carga na estrutura. A situação de carregamento utilizada na análise é a
que o silo esteja completamente cheio de grãos de trigo, visando simular um
carregamento que seria o caso mais critico e a estrutura apoiada em um terreno típico no
plantio de trigo. Assim, para aplicação da carga, foram utilizadas cascas para obter-se
uma distribuição mais real do peso dos grãos e para as reações causadas pela carga do
silo na parte da casca que não foi desenhada, foram utilizados momentos equivalentes.
Uma figura do modelo gerado pode ser vista a seguir.

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Figura 3.1
Perfis de Vigas 1=>L 8=>C
Material utilizado
Aço SAE1020 (Sigma Esc = 250MPa)
Elementos utilizados
Beam188, Shell63 e Combin14
Constante de mola para apoio elastico K=120315 N/mm
Situação de carregamento Silo completamente carregado
(P = 850 N/nó)
Momento Equivalente
852000 N.mm
Capacidade do Silo
40000 l
Densidade do trigo 790Kg/m 3
Espessura da chapa na casca
2 mm
Deste modelo montado foram retirados valores de tensão e esforços no qual os
perfis são submetidos. Os valores de tensão equivalente de VonMisses foram comparados
com a tensão de escoamento do aço, e os esforços no qual as vigas estão submetidas
foram utilizados para verificação se esta estrutura se enquadra na norma de perfis
conformados, citada na introdução. Para esta análise foi utilizado o método direto, por
este ser mais acessível e obter bons resultados. Na análise pelo método direto foi
utilizado o software “cufsm2”. A viga escolhida para dimensionamento pela norma foi

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uma das vigas laterais da estrutura que não possui enrijecedores e está submetida à
compressão e a flexão. Foi selecionada esta viga por esta não estar soldada a nenhuma
chapa no seu comprimento o que seria um fator que alteraria o fator de carga da viga,
sendo desconhecido o seu efeito.
Esforço
Compressão
Flexão
Valor
5405 N
852000 M.mm
4 Resultados
Na análise por elementos finitos foram retirados valores de tensão equivalente de
VonMisses que podem ser vistas na figura a seguir.
Figura 4.1
A máxima tensão resultante foi de 180MPa sendo esta apenas em um ponto da
estrutura no qual existe a conexão de vigas, e neste ponto a teoria de vigas falha.
Comparando-se os valores de tensão obtidos pelo modelo, verifica-se que todos estão
abaixo do valor de tensão de escoamento do aço utilizado (250 MPa).

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Para a verificação da estrutura com relação á norma citada anteriormente, foram
utilizados valores de esforços no qual a viga está submetida que resultou em valores de
Fator de Carregamento para carga axial e flexão, obtidos separadamente com ajuda do
software CUFSM, como é mostrado a seguir.

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Figura 4.2
Os valores do Fato de Carga obtidos para esta viga são:
Esforço
Fator de Carga
Compressão Local = 789 ; Global = 506
Flexão Local = 5615 ; Global = 31110

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Com estes valores calcularam-se os esforços máximos no qual a viga pode ser
submetida.
Mn = 9288 M.m
Pn = 251653 N
Estes valores são válidos para os esforços aplicados separadamente, e para levar
em conta o efeito combinado destes foi utilizada a seguinte fórmula, já que a relação
entre o esforço normal de compressão solicitante e o esforço normal de compressão
resistente é menor do que 0,15 o que se enquadra ao caso de barras submetidas à flexão
composta da NB143 item 7.92 de flexo-compressão.
Ncs
Ncr
+
Mfsx
Mfrx
+
Mfsy
Mfry
≤ 1,0
(1)
onde,
Ncs = Esforço normal de compressão solicitante
Ncr = Esforço normal de compressão resistente
Mfsx = Momento fletor solicitante em relação ao eixo x
Mfrx = Momento fletor resistente em relação ao eixo x
Mfsy = Momento fletor solicitante em relação ao eixo y
Mfry = Momento fletor resistente em relação ao eixo y
O valor obtido pela equação foi 0,11
Valor este muito abaixo do máximo permitido.

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5 Conclusão
Com base nos resultados obtidos, podemos concluir que utilizando-se o critério de
escoamento de VonMisses, a estrutura pode ser considerada bem dimensionada no ponto
de vista estrutural, já que nenhum ponto da estrutura passa do regime elástico linear.
No ponto de vista de dimensionamento pela norma NB143, podemos concluir que
a viga analisada pode ser enquadrada dentro desta norma já que o índice calculado para
esta está abaixo do índice máximo permitido. Não podemos afirmar o mesmo para a
estrutura como um todo já que para isso deveria ser feita análise de outras vigas
existentes.

6 Bibliografia
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7 Apêndice
Relação de figuras
Figura 2.1 – Foto do silo
Figura 2.2 – Perfis utilizados na estrutura
Figura 3.1 – Modelo gerado da estrutura
Figura 4.1 – Resultado de tensão na estrutura
Figura 4.2 – Modos de flambagem locais e globais da viga