Um bastidor, uma bancada ou um resguardo de máquina podem ser feitos em tubo de aço soldado e pintado, ou montados em perfil modular de alumínio. As duas soluções têm rigidez diferente, prazos de fabrico diferentes e custos diferentes quando a estrutura tem de ser alterada.
A seguir estão os valores de catálogo e os critérios de projeto que ajudam a escolher entre as duas.
Quando montar em perfil e quando soldar
Os perfis de alumínio das marcas europeias são extrudidos nas mesmas ligas e com as mesmas tolerâncias, por isso a diferença entre duas estruturas está no projeto. À mesma cota de 40×40, o tubo de aço é cerca de 50 por cento mais rígido à flexão do que o perfil de alumínio, e a solução modular compensa subindo de série. A capacidade de uma estrutura modular é definida pelos nós: o acessório escolhido e o binário de aperto. O perfil modular dispensa soldadura, pintura e trabalho a quente, e reconfigura-se com ferramenta manual. A estrutura soldada continua a ser a escolha certa com vibração contínua, temperatura acima de 200 °C, risco de embate de empilhador ou séries grandes e definitivas.
Perfis de marcas diferentes: mesmas ligas, mesmas tolerâncias
Os perfis modulares das marcas europeias são extrudidos na mesma família de ligas, EN AW-6060 e EN AW-6063, e chegam anodizados de origem. As tolerâncias de forma e de dimensão seguem a mesma norma, a EN 12020-2, que é a norma dos perfis de precisão nestas ligas. Um 40×40 com a mesma secção tem o mesmo módulo de elasticidade e o mesmo comportamento mecânico, venha do catálogo que vier.
Por isso, o comportamento de uma estrutura em perfil depende das decisões de projeto: a série escolhida para o vão e para a carga, o tipo de ligação em cada nó, o binário de aperto e a previsão de alterações na linha.
Rigidez do perfil de alumínio e do tubo de aço
À mesma medida exterior, o perfil de alumínio pesa mais do que um tubo de aço de parede fina, porque tem núcleo central e ranhuras.
| Característica | Perfil 40×40 standard, ranhura 8 | Tubo quadrado de aço 40x40x2 (EN 10219) |
|---|---|---|
| Massa linear | 2,47 kg/m | 2,31 kg/m |
| Momento de inércia | 13,96 cm⁴ | 6,94 cm⁴ |
| Módulo de elasticidade | cerca de 70 GPa | 210 GPa |
| Rigidez à flexão (E·I) | cerca de 9 770 N·m² | cerca de 14 570 N·m² |
O perfil tem o dobro da inércia do tubo, e o aço tem o triplo do módulo de elasticidade. O produto dos dois deixa o tubo de aço cerca de 50 por cento mais rígido, a peso quase igual. Trocar tubo 40×40 por perfil 40×40 sem mais alterações aumenta a flecha sob carga.
No sistema modular, a rigidez ajusta-se com a série do perfil:
| Série | Massa linear | Momento de inércia |
|---|---|---|
| 30×30 | 0,9 kg/m | 2,8 cm⁴ |
| 40×40 versão leve | 1,5 a 1,74 kg/m | 9,0 a 9,1 cm⁴ |
| 40×40 standard | 2,47 kg/m | 13,96 cm⁴ |
| 45×45 | 2,0 kg/m | 13,8 cm⁴ |
| 60×60 | 3,9 kg/m | 52,2 cm⁴ |
| 80×80 versão leve | 4,9 kg/m | 132,1 cm⁴ |
Passar de 40×40 para 60×60 multiplica a inércia por 3,7 e o peso por 1,6. Com essa troca, a rigidez à flexão fica bem acima da do tubo de aço 40x40x2.
A versão leve e a versão standard do 40×40 têm os mesmos 40 mm e usam os mesmos acessórios, mas uma tem 9 cm⁴ de inércia e a outra quase 14. A escolha entre as duas faz-se para cada barra, conforme o vão livre e a carga.
Ligações e binários de aperto
Numa estrutura soldada, o cordão dá continuidade à secção. Numa estrutura modular, a carga passa de barra para barra através de acessórios aparafusados, e cada acessório tem uma capacidade admissível de catálogo.
| Elemento, ranhura 8 | Força admissível | Momento admissível |
|---|---|---|
| Esquadro 40×40 | 1 000 N | 50 Nm |
| Esquadro 80×80 | 2 000 N | 150 Nm |
| Extração da porca na ranhura, 40×40 standard | 5 000 N | n.a. |
| Extração da porca na ranhura, 40×40 leve | 2 500 N | n.a. |
Na versão leve do 40×40, a força de extração da porca é metade da versão standard. Os binários de aperto da ranhura 8 são 14 Nm na ligação em topo e 25 Nm na ligação standard, e a montagem faz-se com chave dinamométrica.
A ligação em topo aperta por dentro do perfil, depois de maquinado o topo. Deixa a superfície limpa, não ocupa a ranhura e monta mais depressa, por isso serve bem resguardos e bancadas com painel encaixado. O esquadro exterior dá mais rigidez à rotação do nó, mas ocupa o canto interior da moldura. Usa-se em pórticos, consolas e bastidores com esforço dinâmico.
A ranhura é uma decisão de sistema. Na série 40 da ASK, o módulo 20 usa ranhura 5, o módulo 30 ranhura 6 e o módulo 40 ranhura 8. Fixe um sistema para toda a fábrica, para que porcas, esquadros e componentes FATH sirvam em qualquer célula.
Prazo de fabrico e trabalho a quente
Uma estrutura soldada passa por corte, gabarito, soldadura, alívio de tensões quando há exigência geométrica, decapagem, tratamento e pintura. O alívio de tensões e o tratamento de superfície podem ser feitos fora da serralharia, com transporte entre oficinas.
A soldadura provoca empeno térmico. Um bastidor que vai receber guias lineares ou apoios maquinados tem de ser desenhado com sobremetal e fresado depois de estabilizar.
A estrutura modular passa por três operações: corte, maquinação de topos e montagem. O perfil chega anodizado, por isso não há tratamento nem tempo de secagem.
Dentro de uma fábrica em laboração, soldar ou rebarbar junto a uma linha exige autorização de trabalho a quente, isolamento da zona contra faíscas e vigilância de incêndio depois do trabalho. A montagem em perfil faz-se com chaves de aperto e não envolve trabalho a quente.
Alterar a estrutura depois de montada
Uma referência nova, uma altura de trabalho diferente ou um sensor acrescentado podem obrigar a mexer na estrutura. Antes de aprovar o desenho de uma bancada ou de um rack, convém estimar se a estrutura vai ser alterada nos próximos três anos.
Numa estrutura soldada, mudar a cota de uma prateleira obriga a tirar o equipamento da linha, cortar, soldar e pintar a zona. O material cortado vai para a sucata. Numa estrutura modular, soltam-se os parafusos, desliza-se o travessão na ranhura até à nova cota e volta-se a apertar a 14 ou 25 Nm. Quando um posto é desativado, as barras e os acessórios podem ser reutilizados noutra estrutura.
Quando a estrutura soldada é melhor
Vibração contínua
As ligas de alumínio não têm limite de fadiga: com ciclos suficientes, mesmo uma tensão baixa acaba por fissurar. Sob vibração permanente, as ligações aparafusadas podem afrouxar e obrigam a um plano de reaperto. Junto a máquinas rotativas pesadas ou alimentadores vibratórios, a estrutura soldada em aço é a escolha mais segura.
Temperatura elevada
A liga 6061-T651 mantém cerca de 75 por cento da tensão de cedência a 200 °C e cerca de 40 por cento a 300 °C. Junto a fornos, estufas ou células de soldadura, especifique aço.
Embate de empilhador
Uma pancada que deforme os lábios da ranhura faz com que a porca deixe de ancorar. Em corredores com circulação de empilhadores, as proteções de coluna e as barreiras fazem-se em aço.
Cargas por nó acima da capacidade das ligações
Quando a força num nó fica muito acima dos 1 000 a 2 000 N de um esquadro, o número de acessórios e chapas de reforço torna a solução modular mais cara do que uma junta soldada.
Séries grandes e definitivas
Dezenas de suportes iguais, que nunca vão mudar, amortizam o gabarito de soldadura. Nesse caso o tubo de aço soldado tem custo unitário mais baixo.
Normas aplicáveis a bancadas, resguardos e mezaninos
A EN 1090-1, que rege a marcação CE de estruturas em aço e alumínio, aplica-se a estruturas incorporadas de forma permanente na obra e com função estrutural, como um mezanino ou uma plataforma fixa ao pavilhão.
Bancadas, postos de trabalho, bastidores, carrinhos e resguardos são equipamento de trabalho e ficam no regime das máquinas, com o Regulamento (UE) 2023/1230 como enquadramento. Os resguardos seguem a EN ISO 14120, que tratamos no artigo sobre proteções de máquinas industriais.
Tabela de decisão
| Pergunta | Perfil modular | Estrutura soldada |
|---|---|---|
| A estrutura vai ser alterada nos próximos 3 anos? | Sim ou provavelmente | Não |
| Quantas unidades iguais? | Unidade ou série curta | Série grande e definitiva |
| A montagem é numa zona a produzir? | Sim | Não, ou há paragem programada |
| Há vibração contínua? | Não | Sim |
| Temperatura de serviço acima de 200 °C? | Não | Sim |
| Risco de embate de empilhador? | Não, ou há proteção | Sim |
| Força por nó acima da capacidade dos esquadros? | Não, ou sobe-se de série | Sim, muito acima |
| A estrutura fica fixa ao edifício com função estrutural? | Não | Sim, com EN 1090 |
Perguntas frequentes
O perfil de alumínio 40×40 é mais leve do que o tubo de aço com a mesma medida?
Não. O perfil 40×40 standard de ranhura 8 pesa 2,47 kg/m e o tubo de aço 40x40x2 pesa 2,31 kg/m. A versão leve do perfil desce para 1,5 a 1,74 kg/m, com menos inércia.
Vale a pena mudar de fornecedor à procura de um perfil mais resistente?
Não. Os perfis das marcas europeias usam as mesmas ligas, EN AW-6060 e EN AW-6063, e as mesmas tolerâncias da EN 12020-2. A resistência da estrutura depende da série escolhida, da versão leve ou standard e dos nós.
Como evito que uma bancada em alumínio flita com carga?
Subindo de série nas barras que vencem o vão. Um 60×60 tem 52,2 cm⁴ de inércia contra 13,96 cm⁴ do 40×40 standard, com 1,6 vezes o peso.
Uma bancada ou um resguardo precisam de marcação CE segundo a EN 1090?
Não. A EN 1090-1 aplica-se a estruturas incorporadas na obra com função estrutural. Bancadas, carrinhos e resguardos são equipamento de trabalho e seguem o regime das máquinas.
Posso misturar ranhuras diferentes na mesma fábrica?
Pode, mas cada sistema obriga a stock próprio de porcas e esquadros, e as montagens deixam de passar de uma célula para outra. Fixe um sistema para a fábrica toda.
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Indique o vão, a carga prevista e o espaço disponível. Apresentamos a proposta técnica com a série, a lista de material e a indicação de quando faz mais sentido soldar.
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Fontes
Pesos, inércias, cargas admissíveis de esquadros, força de extração da ranhura e binários de aperto: catálogos técnicos públicos de fabricantes europeus de perfil modular de alumínio. Tubo de aço enformado a frio 40x40x2: EN 10219. Tolerâncias de perfis de precisão em EN AW-6060 e EN AW-6063: EN 12020-2. Correspondência de ranhuras da série 40: ASK GmbH. Resistência da liga 6061-T651 a temperatura elevada: Fire Science Reviews. Âmbito da EN 1090-1: Regulamento (UE) n.º 305/2011 e orientação da Comissão Europeia. Máquinas e resguardos: Regulamento (UE) 2023/1230 e EN ISO 14120.