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Título: Fabricação de componente estrutural fundido para um robô de inspeção interna de pás eólicas
Título(s) alternativo(s): Manufacturing of a cast structural component for an internal inspection robot of wind turbine blades
Autor(es): Silva, Jorge Luiz Beal
Orientador(es): Setti, Dalmarino
Palavras-chave: Areia de fundição
Ligas de alumínio
Dinâmica dos corpos rígidos
Robôs
Análise estrutural (Engenharia)
Sand, Foundry
Aluminum alloys
Dynamics, Rigid
Robots
Structural analysis (Engineering)
Data do documento: 3-Jun-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: SILVA, Jorge Luiz Beal. Fabricação de componente estrutural fundido para um robô de inspeção interna de pás eólicas. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2026.
Resumo: O presente trabalho aborda o projeto e fabricação de um componente estrutural fundido destinado a um robô de inspeção interna em pás eólicas. O estudo aborda aspectos relacionados ao projeto mecânico, seleção de materiais, parâmetros de fundição e avaliação microestrutural e mecânica do fundido, com ênfase na obtenção de adequada rigidez torcional do componente estrutural. Uma revisão da literatura foi realizada envolvendo princípios de projeto de componentes mecânicos, processos de fundição, ligas de alumínio para fundição e ensaios mecânicos. A abordagem de seleção de materiais foi baseada nas quatro etapas do método Ashby, sendo a etapa de classificação realizado pelo método multicritério AHP (Analytic Hierarchy Process). O processo de fundição em areia aglomerada com resina foi adotado na fabricação do compoente estrutural. Os parâmetros de preparação do molde, fusão e solidificação são descritos. Os procedimentos de ensaios mecânicos de tração, dureza e análise metalográfica foram descritos e os resultados apresentados para validar a integridade e o desempenho do componente final. Os estudos permitiram determinar os requisitos do componente com base na literatura, estabelecendo parâmetros relacionados às propriedades mecânicas, de deformação admissível e rigidez mínima requerida. A elaboração da forma tridimensional utilizando o software SolidWorks possibilitou o desenvolvimento de componentes compatíveis com as restrições dimensionais e funcionais do projeto, enquanto que as simulações de distribuição de carga validaram as regiões críticas da estrutura. O método Ashby em conjunto com o método multicritério AHP selecionou a liga SAE 356 para a aplicação proposta. O processo de fundição em areia ligada com resina possibilitou a fabricação dos componentes estruturais, apresentando boa reprodução de forma e compatibilidade dimensional. Os ensaios mecânicos e metalográficos indicaram propriedades compatíveis com valores encontrados na literatura, apresentando uma dureza média 68,25  2,63 HRF. O ensaio de torção mostrou deformação angular de 0,00117 rad, permanecendo abaixo do limite máximo estabelecido de 0,01 rad, atingindo aproximadamente 1487 N·m/rad de rigidez, valor superior ao requerido para operação.
Abstract: This study addresses the development and fabrication of a cast structural component for a robot used for internal inspection of wind turbine blades. The study covers mechanical design, material selection, casting parameters, and the microstructural and mechanical evaluation of the casting, with an emphasis on achieving adequate torsional stiffness in the structural component. A literature review was conducted covering principles of mechanical component design, casting processes, aluminum alloys for casting, and mechanical testing. The material selection approach was based on the four stages of the Ashby method, with the classification stage performed using the AHP (Analytic Hierarchy Process) multi-criteria method. The bonded sand-casting process was adopted for the fabrication of the structural component. The parameters for mold preparation, melting, and solidification are described. The procedures for tensile testing, hardness testing, and metallographic analysis were described, and the results were presented to validate the integrity and performance of the final component. The studies allowed the component requirements to be determined from the literature, establishing parameters for mechanical properties, allowable deformation, and minimum required stiffness. The creation of the three-dimensional model in SolidWorks enabled the development of components that met the project's dimensional and functional constraints. At the same time, load distribution simulations identified the structure's critical regions. The Ashby method, in conjunction with the AHP multi-criteria method, selected the SAE 356 alloy for the proposed application. The resin-bonded sand-casting process enabled the manufacture of the structural components, demonstrating good shape reproduction and dimensional accuracy. Mechanical and metallographic tests indicated properties consistent with values found in the literature, with an average hardness of 68.25 ± 2.63 HRF. The torsion test showed an angular deformation of 0.00117 rad, remaining below the established maximum limit of 0.01 rad, and achieving approximately 1487 N.m/rad of stiffness, a value higher than the minimum required for operation.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40887
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