Processo de design conceitual – Parte 1-2

Nesta parte, o artigo continua a discussão sobre o estabelecimento de estruturas funcionais (leia mais). Além do método explicado anteriormente, existem as funções geralmente válidas e as funções lógicas. Existem outros tipos de abordagens para subdividir a função principal em funções menores, assim trabalhando nelas é possível chegar à função principal.

Funções geralmente válidas

FIGURA 1 – Fonte: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Outra abordagem para estabelecer estruturas funcionais são as funções geralmente válidas. Isto é mais fácil de ser aplicado em relação a funções específicas de tarefas. A Figura 1 ilustra um exemplo deste método, que é baseado em uma lista de funções geralmente válidas, características de entrada e saída que podem ser controladas. Por exemplo, é possível alterar o tipo de uma entrada, a amplitude de uma entrada ou alterar o número de peças do número de peças que ela contém. Ou seja, é possível atuar sobre os materiais que estão sobre o sistema e conecte-os. Outra possibilidade é canalizar ou armazenar mantendo o local e o horário. Além disso, existem alguns símbolos que podem ser usados para descrever a ação. As explicações da coluna descrevem quantas alternativas você tem para cada função geralmente válida. Isso significa que as funções podem ser alteração de energia, amplificação de torque ou ativação/desativação. Ao final, terá uma visão clara das funções.

Caso de estudo 3 – Válvula reguladora de fluxo

FIGURA 2 – Fonte: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A estrutura e funções da válvula de fluxo estão ilustradas na Figura 2. É possível identificar seus principais componentes. Um fuso que passa através do corpo da válvula e um rolamento que suporta o eixo em relação ao corpo ou alojamento da válvula. Existem algumas vedações para evitar qualquer perda de líquidos. Portanto, é muito fácil entender como funciona a válvula. Para permitir a passagem do fluxo, o furo do fuso deve estar alinhado com o furo da carcaça. No caso oposto, para bloquear o fluxo, o fuso deve ser girado 90°. O ponto importante deste exemplo é analisar as tarefas realizadas a partir da solução técnica. Por exemplo, o fuso tem que receber a energia e o sinal, tem que girar para mudar de posição, tem que deixar passar o fluido ou tem que vedar a bucha. Assim, é possível perceber que um sistema técnico possui muitas funções. A bucha do rolamento é um exemplo oposto em relação ao fuso. Este componente geralmente tem uma função principal: localizar o eixo. O subsistema de colunas pode ser preenchido pelas técnicas descritas anteriormente. Ao final deste processo é possível criar uma descrição funcional da peça. Portanto, isso pode ser realizado pela primeira técnica, funções específicas de tarefa e funções geralmente válidas. A primeira técnica descreve o verbo “aceitar torque e sinal de entrada”, enquanto a segunda define a função de acordo com as características da entrada e da saída. A descrição funcional da peça é importante para partir de uma nova solução. Feito isso, é possível encontrar soluções alternativas para este sistema existente.

Funções lógicas

FIGURA 3 – Fonte: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

Esta é uma abordagem que acrescenta alguma lógica a este processo, ou seja, utiliza uma abordagem booleana. Estes são definidos por “e”, “ou” ou “não”, que representa uma conjunção, disjunção ou negação, respectivamente. A tabela verdade é uma descrição lógica das funções e, ou ou não. Portanto, em relação ao exemplo da tabela verdadeira do lado esquerdo, se a entrada X1 for baixa (0) e a entrada X2 for baixa (0), a saída, de acordo com a função final, é baixa. Se X1 for alto e X2 for baixo, a saída Y será baixa. Se X1 for baixo e X2 for alto, Y será baixo. Assim, é possível perceber que para um produto alto, ambos os insumos devem ser altos. Depois disso, é possível desenvolver a lógica de controle dos sistemas mecânicos.

FIGURA 4 – Fonte: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A Figura 4 ilustra um sistema para monitoramento de lubrificação de rolamentos em um eixo de máquina multimancal. É possível perceber que ajuda descrever o funcionamento com muita facilidade. Pela Figura 4 é possível perceber que existe uma pressão (Pn) e um fluxo de material (Vn) variando no tempo. Existem alvos e valores medidos, portanto o sistema pode ser controlado através das funções “e”. Portanto, se os dois valores forem iguais, o sistema está funcionando, ou melhor, deve colocar um sinal de acordo com a lógica.

FIGURA 5 – Fonte: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A Figura 5 ilustra outra abordagem lógica, mas agora referindo-se a um eixo. É possível notar que existem dois eixos, portanto 2 funções possíveis. Se houver uma entrada à esquerda e uma saída à direita, as entradas que entram no sistema são torque e, portanto, energia. Além disso, há também sinal de liga/desliga de torque. O fluxo do eixo se move do eixo para o cubo. Do outro lado, existe um cubo externo, um componente polimérico e uma parte móvel. Como existe uma alavanca que mantém o polímero em contato com o cubo, é possível perceber que esse sistema é uma embreagem. Este sistema possui outra alavanca próxima ao mancal, assim há entrada de energia e sinal. A saída é a energia e o sinal do eixo (Figura 5). Portanto, a alavanca próxima ao rolamento está se movendo para baixo, o que faz com que acionem a segunda alavanca. Isso comprime o disco de polímero contra a parede interna do cubo, transmitindo assim o torque ao segundo eixo. A lógica do sistema (Figura 5) é, para X1 com sinal 0, X2 também é 0 e então a saída Y é 0, sem torque. Para X1 com sinal 1, X2 com sinal 0, portanto embreagem não engatada. Assim, é possível perceber que a embreagem só é engatada se houver ambas as entradas 1.

FIGURA 6 – Fonte: G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.

A Figura 6 ilustra um exemplo semelhante. Basicamente é o mesmo sistema, mas a diferença é que a embreagem fica normalmente engatada, enquanto a embreagem anterior fica normalmente desengatada. Portanto, se for solicitada a parada da transmissão de torque, deverá ser feito um desengate. Portanto, a função geral é a mesma, acoplamento e embreagem. A lógica é diferente e até o princípio de funcionamento utilizado é diferente. Neste caso, a mola é utilizada para manter a embreagem engatada. Para desengatar deve ser aplicada uma força contra a mola. Do ponto de vista funcional, as 2 soluções são semelhantes. O que os diferencia é a solução técnica. Estas análises exigem alguma experiência do profissional, principalmente em projetos de engenharia, pois só ela permite ter uma visão clara das diferentes alternativas para satisfazer as mesmas funções.

Referências

  1. K.T. Ulrich, S.D. Eppinger, Product Design and development, Mcgraw-Hill, 2019;
  2. G. Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, K.H. Grote. Engineering Design – A Systematic Approach. Springer, 2007.