Projecto de pá para rotor eólico

A forma das pás de um rotor para captação de energia eólica pode parecer à partida difícil de gerar numa aplicação como o Autodesk Inventor. No entanto o procedimento é relativamente simples. A geometria destas pás é definida matematicamente. A secção da pá constitui um perfil NACA e o desenvolvimento deste perfil ao longo do comprimento da pá também é definido por uma fórmula. Como já foi demonstrado anteriormente neste blog, existem vários sites que contêm aplicações embebidas que utilizam estas fórmulas. No exemplo seguinte foram utilizados dois sites: neste site é possível gerar perfis do tipo série NACA de 4 dígitos, neste outro site podem introduzir-se parâmetros que definem a variação do perfil ao longo do comprimento da pá.

Utilizando o primeiro site, podemos obter a definição de todos os pontos que constituem um perfil NACA específico, estes pontos podem ser copiados e inseridos numa tabela Excel.

No segundo site, introduzimos os parâmetros pedidos: número de pás do rotor, TSR - Tip Speed Ratio (para melhor compreender este conceito consultar este site), eficiência da pá, raio da pá e velocidade do vento. Esta ferramenta de cálculo online dá-nos, entre outros, a largura e o ângulo que o perfil deverá ter em cada uma de 10 secções do comprimento total da pá.

No Inventor, criamos uma nova peça e no 'Sketch' inicial utilizamos a opção 'Points' na área 'Insert' do separador 'Sketch' do 'Ribbon'. Seleccionamos o ficheiro Excel que contém os pontos criados anteriormente, depois de unir os pontos através de uma 'Spline', temos a primeira secção do perfil da nossa pá.

O passo seguinte é criar nove planos, nos quais se deverão criar nove 'Sketches'. Nesses 'Sketches' copia-se o perfil inicial e altera-se o ângulo e o comprimento conforme os valores dados pela ferramenta online.

Neste caso, pretendia-se que a parte central da pá fosse circular para ligação ao centro do rotor, sendo assim, o perfil terminal foi substituído por um círculo. O último passo foi gerar um sólido através da ligação de todos os 'Sketches', utilizando-se o comando 'Loft'.

Planificação de chapa (6)

O projecto de uma peça sólida em Inventor é mais simples que o projecto de uma peça em chapa quinada, principalmente se esta tiver faces em angulos não perpendiculares. Partindo deste princípio, vai descrever-se um processo que permite criar peças em chapa quinada de uma maneira mais simples e rápida. O método consiste em criar primeiro um sólido e depois 'revesti-lo' com chapa.

Primeiro cria-se uma peça que corresponde a uma versão maciça da peça em chapa que pretendemos projectar.

Depois cria-se uma nova peça usando o template 'Sheet Metal'. Nesta nova peça não se cria qualquer 'Sketch'. Definem-se os 'Sheet Metal Defaults' (espessura, raio de quinagem, etc), e executa-se o comando 'Derive' na àrea 'Insert' do separador 'Manage'. Na janela 'Derived Part', selecciona-se a peça maciça criada anteriormente, e na área 'Derive Style' selecciona-se a opção 'Body as Work Surface'. Temos agora uma superfície de trabalho que contém a geometria necessária à construção da peça.

Uma vez que as faces de chapa são criadas a partir de 'Sketches', o passo seguinte é criar 'Sketches' sobre todas as faces desta superfície. Nestes 'Sketches' o Inventor projecta automaticamente as linhas de contorno da face. No exemplo demonstrado, apenas foi necessário criar linhas extra nas faces laterais.

O último passo é executar o comando 'Face' a partir de todos os 'Sketches' criados. Para terminar a peça apresentada, executou-se ainda a operação 'Contour Seam'.

No vídeo seguinte pode avaliar-se a rapidez deste método.

Empresas que utilizam Autodesk Inventor (12)

Sediada em Boston, Lincolnshire na Inglaterra, a Mastenbroek é um líder mundial na construção de máquinas para abertura de valas.

A Mastenbroek aposta no desenvolvimento de soluções à medida. Para responder rapidamente a projectos muito diversos é necessário que o processo de desenvolvimento de produto na empresa seja fortemente organizado. São igualmente necessárias ferramentas de projecto que rentabilizem da melhor forma o tempo disponível. Para responder a esta exigência de trabalho são necessárias as ferramentas adequadas. A Mastenbroek conta com o Autodesk Inventor para construir e ensaiar os seus protótipos digitais com mais de 20000 peças individuais.

Segundo Mark Taylor, engenheiro-chefe da empresa, o impacto do Inventor foi bastante significativo. Foi uma revolução completa na forma de projectar. Como ferramenta de vendas permitiu vender projectos antes de estes terem sido fabricados. Como ferramenta de projecto permitiu eliminar problemas antes da fase de produção.

Site oficicial da empresa.

Eco veículo XC20i

Em 1999, um grupo de estudantes do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra, liderados pelo professor Pedro Carvalheira, iniciou o projecto XC. Inicialmente seria apenas o trabalho final de uma disciplina do curso mas rapidamente o projecto ganhou novos contornos, o objectivo passou a ser a construção de um veículo super económico para participar na Shell Eco-Marathon. Esta reconhecida prova, na qual participam equipas universitárias internacionais, é uma competição de veículos experimentais cujo objectivo é percorrer a máxima distância com o mínimo consumo energético possível.

Na Shell Eco-Marathon participam veículos com vários tipos de propulsão, a equipa do professor Carvalheira apostou no motor de combustão interna. A equipa tem participado desde 1999 nas várias edições da prova. No início o 'Eco veículo' utilizava um motor adaptado, mais tarde a equipa apostou no desenvolvimento de um motor completamente original.

O protótipo digital e a documentação técnica deste motor foram realizados com o auxílio do Autodesk Inventor 2009. O motor é do tipo ciclo de Atkinson, uma configuração que permite um rendimento superior. A modelação da carroçaria também foi feita no Inventor.

Uma renderização deste motor em Inventor pode ser vista neste link.

Este vídeo regista a primeira vez que o motor foi posto em funcionamento nos laboratórios da Universidade de Coimbra.

Na 33ª edição da Shell Eco-Marathon, em Rockingham no Reino Unido, o Eco Veículo XC, que já vai na versão XC20i, alcançou o primeiro lugar entre 97 equipas registadas percorrendo 2307 quilómetros com 1 litro de gasolina sem chumbo 95. Somando todas as provas em que participou, o Eco veículo percorreu 26.112 km, com cerca de 17 litros de gasolina.

Mais informação no site oficial do projecto.

Personalizar a lista de Materiais do Inventor

A lista de materiais do Inventor traz mais de 60 materiais diferentes que se podem aplicar às peças para se obter propriedades físicas para Prototipagem Digital. Essa lista standard de materiais cobre os materiais mais comuns utilizados na maior parte das indústrias. Pode no entanto ser necessário, por parte de uma indústria em particular, introduzir uma liga metálica ou um polímero de propriedades específicas.

O procedimento para introduzir um novo material é o seguinte:

No ambiente de criação de peças, clicar em 'Styles Editor' na área 'Styles and Standards' do separador 'Manage'.

Na parte esquerda da janela 'Style and Standard Editor' podemos ver o que se pode personalizar em termos de 'Styles and Standards' - Color (cor das peças), Lighting (iluminação do ambiente de trabalho) e Material.

Neste caso expande-se a lista 'Material' e selecciona-se um. Depois clica-se em 'New', o Inventor, por defeito, propõe que o novo material seja uma cópia do material seleccionado.

Se pretendermos um material completamente novo, será necessário saber algumas propriedades físicas específicas. Se não completarmos todos os campos de propriedades, a massa da peça e os resultados da análise de tensões serão errados.

As propriedades a preencher são as seguintes:

Densidade, Módulo de Young (módulo de elasticidade), Coeficiente de Poisson, Tensão de cedência, Tensão de ruptura, Condutividade térmica, Expansão linear e Calor específico.

Ainda nesta janela, é ainda possível escolher e personalizar a cor do novo material e definir se este pode ser utilizado pelo programa como material de soldadura no ambiente de simulação de soldaduras.

Na imagem abaixo, podemos ver o resultado de uma análise FEA realizada aplicando uma carga semelhante sobre peças iguais, constituídas por materiais diferentes.

Empresas que utilizam Autodesk Inventor (11)

A Air Creation é uma pequena empresa francesa que se dedica ao fabrico de ultra-leves desde 1982. Um dos requisitos principais do fabricante para a escolha de uma solução CAD era a capacidade deste simular a construção de estruturas soldadas.

Ao utilizar o Autodesk Inventor, os engenheiros da Air Creation conseguem reproduzir em ambiente digital a preparação das peças a soldar, realizar cálculos para dimensionar correctamente as soldaduras, simular o processo de soldadura e obter relatórios relativos à quantidade de material de soldadura utilizado.

Antoine Cardon, o director técnico da empresa, refere que a gestão dos desenhos técnicos e das listas de peças são aspectos importantes para minimizar o tempo de desenvolvimento de um produto. Outras funcionalidades como a criação de perspectivas explodidas animadas também são interessantes em termos de comunicação do processo de montagem.

Site da Air Creation.

Utilização de rato 3D no Autodesk Inventor

O recurso a uma interface de navegação tridimensional (rato 3D) é altamente recomendado para uma utilização mais produtiva do Autodesk Inventor. De entre os fabricantes deste tipo de acessórios, a 3D Connexion destaca-se com a sua gama completa de produtos, desenhados especialmente para utilização com aplicações 3D. Cada um dos ratos 3D Connexion vem pré configurado para ser utilizado com o Inventor. As teclas configuráveis permitem acesso rápido a ferramentas do programa, os ratos 3D Connexion reconhecem cada um dos diferentes ambientes de trabalho da aplicação.

A utilização de uma destas interfaces no Inventor permite um fluxo contínuo de trabalho. Não é mais necessário interromper a execução de operações para recorrer às ferramentas de visualização do programa. Desta forma, o trabalho desenvolve-se muito mais rapidamente.

Numa montagem de grandes dimensões, com várias centenas de peças, a navegação tridimensional pelo método tradicional é difícil. Utilizando um rato 3D, é possível navegar pelo espaço tridimensional de forma intuitiva, acedendo rápida e facilmente à mais pequena peça do conjunto. Durante a edição da peça ou a execução de uma qualquer operação a navegação tridimensional permanece activa. Mais informação no site oficial do fabricante.

Os ratos 3D Connexion são disponibilizados em Portugal pela M&M Engenharia Industrial, Lda.

Criação de uma Structural Shape original

No caso seguinte, um fabricante de perfis de alumínio pretendia construir estruturas com os seus próprios produtos. Uma vez que esses perfis não estavam na livraria do Inventor, não era possível a sua construção automatizada.

Neste caso, todos os perfis do fabricante estavam em ficheiros '.dwg' e foi bastante fácil e rápido importá-los para o Inventor. O procedimento é o seguinte:

Criar uma peça 3D a partir dos ficheiros '.dwg' - No ambiente de Sketch, clica-se em 'ACAD' na área 'Insert' do 'Ribbon'. Na janela seguinte podemos seleccionar quais os layers do ficheiro '.dwg' que queremos importar para o nosso Sketch. Depois da importação, poderá ser necessário executar a operação Close Loop, para se utilizar o Sketch importado. De seguida executa-se a operação 'Extrude' com qualquer valor e guarda-se a peça criada.

Criar uma Structural Shape original a partir da peça criada - Para exportar este componente para que faça parte da livraria do Inventor, clicamos em 'Structural Shape Authoring' na área 'Author' do separador 'Manage' do Ribbon. Na janela seguinte escolhemos a categoria, o perfil da peça, o ponto de inserção e os parâmetros a definir (é necessária a definição de pelo menos um parâmetro). Na janela seguinte (Publish Guide) selecciona-se a categoria onde a nova peça de estrutura deverá ser inserida, repete-se a introdução dos parâmetros e selecciona-se uma designação e um standard para a nova peça (ISO, ANSI, AFNOR, etc).

O novo perfil está agora incluído na livraria do Inventor e pode ser utilizado. O Inventor gera estruturas complexas de forma automatizada, dispondo os elementos automaticamente sobre linhas de Sketch.