Projeto de Esteira Transportadora para Materiais Recicláveis
Guia técnico para dimensionamento e projeto de sistemas transportadores em desnível para reciclagem, baseado nas melhores práticas de engenharia mecânica. Este recurso fornece todas as etapas necessárias para cálculos precisos de potência, transmissão, componentes estruturais e validação.
Correias Transportadoras
Prof. Valdemir Alves Junior - IFSP - Campus Guarulhos
Definição dos Materiais Recicláveis a Transportar
A caracterização precisa dos materiais recicláveis é o ponto de partida fundamental para o dimensionamento adequado de qualquer sistema transportador. Segundo Bastein (2018), os parâmetros físicos do material determinam diretamente as especificações técnicas da esteira.
Conforme estabelecido pela EMA na 7ª edição de "Belt Conveyors for Bulk Materials", os três parâmetros críticos a determinar são:
  • Densidade aparente do material (kg/m³)
  • Granulometria (dimensões máxima e mínima)
  • Formato dos componentes (regular, irregular, abrasivo)
Para materiais recicláveis comuns, utilize como referência:
  • Plásticos mistos: 40-130 kg/m³
  • Papel/cartão: 70-150 kg/m³
  • Vidro triturado: 800-1200 kg/m³
  • Alumínio (latas): 60-120 kg/m³
Seleção do Tipo de Correia Transportadora
Correias Planas
Adequadas para materiais granulares finos e uniformes com ângulos de inclinação até 18°. Conforme Mott em "Elementos de Máquinas", estas correias são ideais para aplicações com baixa abrasividade e fluxo contínuo de material.
Correias com Taliscas
Recomendadas para inclinações superiores a 18° ou materiais heterogéneos. Segundo a EMA, as taliscas impedem o retorno do material e permitem inclinações de até 45°, dependendo do formato e atrito do material.
Correias Chevron
Apresentam perfil em "V" na superfície, combinando características de aderência intermediárias. Bastein recomenda este tipo para materiais de granulometria mista e inclinações moderadas entre 15° e 25°.
Cálculo da Inclinação e Comprimento da Esteira
A inclinação da esteira transportadora é um parâmetro crítico que afeta diretamente a capacidade de transporte e a potência necessária. Segundo Khurmi & Gupta, em "Mechanical Engineering Design", a inclinação máxima depende do coeficiente de atrito entre o material e a correia.
De acordo com as recomendações da Rulmeca Corporation, os ângulos máximos recomendados para esteiras sem taliscas são:
  • Plásticos mistos: 15-18°
  • Papel/cartão: 16-20°
  • Vidro triturado: 12-15°
  • Latas de alumínio: 10-12°
Para calcular o comprimento da esteira (L), utilize a fórmula:
L = \sqrt{H^2 + \left(\frac{H}{\sin\alpha}\right)^2}
Onde:
  • L = Comprimento da esteira (m)
  • H = Altura de elevação (m)
  • α = Ângulo de inclinação (graus)
Determinação da Velocidade e Vazão
A velocidade da esteira e a vazão são parâmetros interdependentes que devem ser calculados com precisão. Conforme estabelecido por Bastein, a velocidade deve ser otimizada para maximizar a eficiência sem comprometer a estabilidade do material transportado.
0.5-1.5
Velocidade recomendada (m/s)
Para materiais recicláveis heterogéneos, conforme recomendação da FlexLink para garantir estabilidade durante o transporte.
15-25
Ângulo de repouso (°)
Valor típico para materiais recicláveis mistos segundo EMA Belt Conveyors for Bulk Materials.
2-50
Vazão típica (ton/h)
Intervalo comum para aplicações de pequeno e médio porte em centros de reciclagem académicos.
Fórmulas para Cálculo da Vazão
A capacidade volumétrica e mássica da esteira transportadora deve ser calculada com precisão para dimensionar adequadamente todos os componentes do sistema. Segundo a metodologia apresentada na EMA Belt Conveyors for Bulk Materials, a vazão pode ser determinada pelas seguintes fórmulas:
Q_v = A \times v \times 3600Q_m = Q_v \times \rho
Onde:
  • Qv = Vazão volumétrica (m³/h)
  • Qm = Vazão mássica (kg/h)
  • A = Área da seção transversal do material (m²)
  • v = Velocidade da esteira (m/s)
  • ρ = Densidade aparente do material (kg/m³)
Para esteiras com taliscas, Bastein recomenda o cálculo da capacidade através de:
Q_m = 3600 \times \frac{V_t \times \rho}{s_t}
Onde:
  • Vt = Volume entre taliscas (m³)
  • st = Espaçamento entre taliscas (m)
  • ρ = Densidade aparente do material (kg/m³)
Cálculo da Potência Teórica
O dimensionamento correto da potência do motor é essencial para garantir o funcionamento adequado da esteira sob diferentes condições de carga. Conforme estabelecido por Khurmi & Gupta, a potência teórica necessária é composta por três componentes principais.
Potência para Elevação do Material
Calculada pela fórmula: Pe = Qm × g × H / 3600 (kW)
Onde: Qm = vazão mássica (da massa) (kg/h), g = aceleração da gravidade (9,81 m/s²), H = altura de elevação (m)
Potência para Deslocamento Horizontal
Calculada pela fórmula: Ph = Qm × f × L × g / 3600 (kW)
Onde: f = coeficiente de atrito (0,02-0,04), L = comprimento horizontal (m)
Potência para Movimentar a Correia Vazia
Calculada pela fórmula: Pc = mc × g × v × f (kW)
Onde: mc = massa da correia por metro (kg/m), v = velocidade (m/s)
Seleção do Motor e Fator de Serviço
Após o cálculo da potência teórica total (Pt = Pe + Ph + Pc), é necessário aplicar um fator de serviço para determinar a potência real do motor. Segundo Mott em "Elementos de Máquinas", este fator considera condições operacionais como:
  • Partidas frequentes sob carga
  • Variações na densidade do material
  • Sobrecarga momentânea
  • Condições ambientais
A potência nominal do motor deve ser calculada por:
P_{nominal} = P_t \times F_s
1.2
Fator para serviço leve
Operação até 10h/dia, partidas sem carga
1.5
Fator para serviço médio
Operação até 16h/dia, partidas sob carga parcial
2.0
Fator para serviço pesado
Operação contínua, partidas frequentes sob carga
Dimensionamento dos Tambores
O dimensionamento adequado dos tambores é crucial para o funcionamento eficiente e para a durabilidade da correia. Conforme estabelecido por Rulmeca Corporation, os tambores de uma esteira transportadora podem ser classificados em três tipos principais:
1
Tambor Motriz
Responsável pela transmissão de potência à correia. Segundo Khurmi & Gupta, seu diâmetro (D) deve ser calculado considerando a espessura da correia e a tensão máxima:
D \geq \frac{180 \times T_{max}}{\sigma \times b}
Onde: Tmax = tensão máxima (N), σ = tensão admissível da correia (N/mm²), b = largura da correia (mm)
2
Tambor de Retorno
Direciona a correia no retorno e pode ter diâmetro 20% menor que o tambor motriz, conforme Bastein. Para materiais recicláveis, recomenda-se um mínimo de 250mm para correia de 500mm de largura.
3
Tambores de Desvio/Esticadores
Utilizados para ajustar a tensão da correia e alterar sua direção. Segundo a EMA, o diâmetro mínimo deve ser 0,6-0,8 vezes o diâmetro do tambor motriz, dependendo do ângulo de abraçamento.
Projeto da Estrutura e Suportes
A estrutura de suporte da esteira transportadora deve ser projetada para suportar o peso combinado da correia, do material transportado e dos componentes mecânicos. Conforme recomendado por Mott, o primeiro passo é calcular as cargas estáticas e dinâmicas:
  • Carga estática: peso da estrutura, correia e componentes
  • Carga dinâmica: peso do material transportado em movimento
  • Cargas de impacto: forças na zona de carregamento
  • Cargas de partida: tensões durante a aceleração inicial
Para o dimensionamento dos perfis estruturais, Bastein recomenda:
  • Perfis I ou U para as longarinas principais
  • Espaçamento entre suportes de 1,2-3m dependendo da carga
  • Deflexão máxima permitida de L/300, onde L é a distância entre suportes
  • Fator de segurança mínimo de 1,5 para esforços de flexão
Dimensionamento dos Roletes
Os roletes são componentes fundamentais que suportam a correia e o material transportado. Conforme a EMA, o correto dimensionamento e espaçamento dos roletes é essencial para o desempenho da esteira e para a prevenção de desgaste prematuro.
Roletes Planos
Utilizados no retorno da correia. Segundo Bastein, para materiais recicláveis, o espaçamento recomendado varia entre 2-3m no retorno e o diâmetro mínimo deve ser de 89mm para esteiras com largura até 800mm.
Roletes em Calha
Formam uma calha que aumenta a capacidade de transporte. A EMA recomenda ângulos de calha de 20° a 35° para materiais recicláveis. O espaçamento típico varia de 1-1,5m na zona de carga.
Roletes de Impacto
Instalados na zona de carregamento para absorver o impacto do material. Khurmi & Gupta recomendam um espaçamento reduzido de 0,3-0,5m e revestimento de borracha com dureza Shore A 50-60.
Especificação do Sistema de Acionamento
O sistema de acionamento transfere a potência do motor para a correia transportadora. Segundo Mott, existem várias configurações possíveis, cada uma com vantagens específicas para diferentes aplicações.
1
Acoplamento Direto
Recomendado para aplicações de baixa potência (até 5kW) e velocidades constantes. Oferece alta eficiência (98%) mas não permite ajuste de velocidade sem inversor de frequência.
2
Transmissão por Correias V
Solução mais comum para esteiras transportadoras de médio porte. Permite razões de redução de 1:3 a 1:7 com eficiência de 94-96%, conforme Khurmi & Gupta.
3
Redutor de Engrenagens
Necessário para esteiras de alta potência ou baixa velocidade. Bastein recomenda redutores helicoidais para aplicações de reciclagem, com eficiência típica de 95-98%.
Para selecionar o sistema de acionamento adequado, considere:
  • Potência do motor (kW)
  • Velocidade de saída desejada (m/s)
  • Torque necessário no tambor motriz (Nm)
  • Espaço disponível para instalação
  • Necessidade de variação de velocidade
O torque no tambor motriz pode ser calculado por:
T = \frac{P \times 9550}{n}
Onde: T = torque (Nm), P = potência (kW), n = rotação (rpm)
Cálculo da Tensão na Correia
O cálculo preciso das tensões na correia é fundamental para o dimensionamento adequado de todos os componentes do sistema. Segundo a metodologia da Habasit, existem diversos tipos de tensões a considerar.
1
Tensão Efetiva (Te)
Tensão necessária para mover a correia e o material. Calculada por:
T_e = \mu \times g \times L \times (2m_c + m_m)
Onde: μ = coeficiente de atrito, mc = massa da correia (kg/m), mm = massa do material (kg/m)
2
Tensão de Partida (Tp)
Tensão necessária para iniciar o movimento da correia carregada. Segundo Khurmi & Gupta:
T_p = 1,5 \times T_e
3
Tensão Máxima (Tmax)
Maior tensão que ocorre no sistema, geralmente no ponto de entrada do tambor motriz. De acordo com a EMA:
T_{max} = T_e \times (1 + \frac{1}{e^{\mu\alpha}-1})
Onde: α = ângulo de abraçamento (radianos)
4
Tensão de Trabalho (Tw)
Tensão de operação contínua, que deve ser menor que a tensão máxima admissível da correia:
T_w < \frac{T_{adm}}{FS}
Onde: FS = fator de segurança (tipicamente 10 para correias têxteis)
Validação por Simulação
A validação do projeto através de simulação computacional é uma etapa crucial antes da construção do protótipo físico. Conforme recomendado pela Dorner Conveyors, diferentes aspectos do projeto devem ser simulados para verificar o desempenho esperado.
  • Análise estrutural por elementos finitos (FEA)
  • Simulação dinâmica do comportamento do material
  • Verificação de tensões na correia
  • Análise térmica dos componentes do acionamento
  • Estimativa de consumo energético
De acordo com Bastein, ferramentas de software recomendadas incluem:
A validação deve comparar os resultados calculados manualmente com as previsões da simulação, investigando quaisquer discrepâncias significativas.
Protótipo CAD e Documentação Final
A etapa final do projeto consiste na criação de um modelo CAD detalhado e na elaboração da documentação técnica completa. Segundo Mott, esta documentação deve incluir todos os elementos necessários para a fabricação e manutenção do sistema.
Desenhos Técnicos
Inclua vistas ortogonais, cortes e detalhes construtivos de todos os componentes. Bastein recomenda seguir as normas ABNT NBR 10067 e NBR 10068 para desenho técnico, com tolerâncias dimensionais conforme ISO 2768.
Lista de Materiais (BOM)
Documento detalhado com todos os componentes, quantidades, especificações técnicas e fornecedores recomendados. Organize por subsistemas: estrutura, acionamento, correia e componentes elétricos.
Manual de Montagem e Manutenção
Instruções passo a passo para montagem, ajustes iniciais e procedimentos de manutenção preventiva. A EMA recomenda incluir cronograma de manutenção com verificações diárias, semanais e mensais.
Memória de Cálculo
Documentação completa de todos os cálculos realizados, incluindo premissas, fórmulas utilizadas e resultados obtidos. Khurmi & Gupta enfatizam a importância de documentar todas as decisões de engenharia.
Referências Bibliográficas
  • CEMA Belt Conveyors for Bulk Materials – 7th Edition – Padrão internacional para projeto de esteiras transportadoras.
  • Bastein, Sergio. "Transporte e Elevação de Materiais" – Livro nacional com fundamentos, exemplos práticos e tabelas de projeto.
  • Khurmi, R. S., Gupta, J. K. – Mechanical Engineering Design – Capítulos sobre potências, polias, transmissões, etc.
  • Mott, Robert L. – Elementos de Máquinas – Explica seleção de motores, polias e correias, ideal para projetos acadêmicos.
Sites técnicos úteis
  • Rulmeca Corporation – Tambores e cálculos para esteiras
  • Dorner Conveyors – Engineering Calculations
  • FlexLink – Conveyor Calculation Tool
  • Habasit – Ferramentas para cálculo de esteiras