Mecanização - Mechanization
A mecanização é o processo de mudança do trabalho em grande parte ou exclusivamente à mão ou com animais para fazer esse trabalho com máquinas. Em um texto de engenharia inicial, uma máquina é definida da seguinte forma:
Cada máquina é construída com o propósito de realizar certas operações mecânicas, cada uma das quais supõe a existência de duas outras coisas além da máquina em questão, a saber, uma força motriz e um objeto sujeito à operação, que pode ser denominado o trabalho a ser feito. As máquinas, de fato, se interpõem entre a potência e a obra, com o propósito de adaptar uma à outra.
Em alguns campos, a mecanização inclui o uso de ferramentas manuais. No uso moderno, como em engenharia ou economia, a mecanização implica maquinários mais complexos do que ferramentas manuais e não incluiria dispositivos simples, como um cavalo sem marcha ou moinho de burro. Dispositivos que causam mudanças de velocidade ou mudanças para ou de movimento alternativo para rotativo, usando meios como engrenagens , polias ou polias e correias, eixos , cames e manivelas , geralmente são considerados máquinas. Após a eletrificação , quando a maioria das pequenas máquinas não era mais acionada manualmente, a mecanização era sinônimo de máquinas motorizadas. A extensão da mecanização do processo de produção é denominada automação e é controlada por um sistema de malha fechada em que o feedback é fornecido pelos sensores. Em uma máquina automatizada, o trabalho de diferentes mecanismos é executado automaticamente.
História
Tempos antigos
As rodas d'água datam do período romano e eram usadas para moer grãos e elevar a água de irrigação. Foles movidos a água estavam em uso em altos-fornos na China em 31 DC. Por volta do século 13, as rodas d'água moviam serrarias e martelos para puxar tecidos e triturar linho e, mais tarde, trapos de algodão em polpa para fazer papel. Martelos trip são mostrados esmagando minério em De re Metallica (1555).
Os relógios foram alguns dos primeiros dispositivos mecânicos mais complexos. Os fabricantes de relógios foram importantes desenvolvedores de máquinas-ferramentas, incluindo máquinas de corte de engrenagens e parafusos, e também estiveram envolvidos no desenvolvimento matemático de projetos de engrenagens. Os relógios foram alguns dos primeiros itens produzidos em massa, começando por volta de 1830.
Os foles movidos a água para altos-fornos, usados na China nos tempos antigos, eram usados na Europa no século XV. De re Metallica contém desenhos relacionados a foles para altos-fornos, incluindo um desenho de fabricação.
Projetos de engrenagens aprimorados diminuíram o desgaste e aumentaram a eficiência. Projetos matemáticos de engrenagens foram desenvolvidos em meados do século XVII. O matemático e engenheiro francês Desargues projetou e construiu o primeiro moinho com dentes epicicloidais ca. 1650. No século 18, engrenagens involutas , outro projeto derivado da matemática, entraram em uso. Engrenagens envolventes são melhores para engrenagens de tamanhos diferentes do que engrenagens epicicloidais. As máquinas de corte de engrenagens começaram a ser utilizadas no século XVIII.
Revolução Industrial
A máquina a vapor Newcomen foi usada pela primeira vez, para bombear água de uma mina, em 1712. John Smeaton introduziu engrenagens e eixos de metal nas rodas d'água na metade para a última metade do século XVIII. A Revolução Industrial começou principalmente com as máquinas têxteis, como a spinning jenny (1764) e a water frame (1768).
A demanda por peças de metal usadas em máquinas têxteis levou à invenção de muitas máquinas-ferramenta no final do século XVIII até meados do século XIX. Após as primeiras décadas do século 19, o ferro substituiu cada vez mais a madeira nas engrenagens e eixos das máquinas têxteis. Na década de 1840 auto agindo máquinas-ferramentas foram desenvolvidas. A maquinaria foi desenvolvida para fazer pregos ca. 1810. A máquina de papel Fourdrinier para produção contínua de papel foi patenteada em 1801, substituindo o método manual secular de fazer folhas individuais de papel.
Um dos primeiros dispositivos mecânicos usados na agricultura foi a semeadora inventada por Jethro Tull por volta de 1700. A semeadora permitia um espaçamento mais uniforme da semente e a profundidade de plantio do que os métodos manuais, aumentando a produtividade e economizando sementes valiosas. Em 1817, a primeira bicicleta foi inventada e usada na Alemanha. A agricultura mecanizada aumentou muito no final do século XVIII e no início do século XIX, com ceifeiras puxadas por cavalos e debulhadoras movidas a cavalos . No final do século XIX, a energia a vapor foi aplicada à debulha e surgiram os tratores a vapor. A combustão interna começou a ser usada para tratores no início do século XX. A debulha e a colheita eram feitas originalmente com acessórios para tratores, mas na década de 1930 colheitadeiras com motorização independente estavam em uso.
De meados ao final do século 19, dispositivos hidráulicos e pneumáticos eram capazes de acionar várias ações mecânicas, como ferramentas de posicionamento ou peças de trabalho. Bate-estacas e martelos a vapor são exemplos de trabalho pesado. No processamento de alimentos, dispositivos pneumáticos ou hidráulicos podem iniciar e interromper o enchimento de latas ou garrafas em uma esteira. A direção hidráulica para automóveis usa mecanismos hidráulicos, assim como praticamente todos os equipamentos de terraplenagem e outros equipamentos de construção e muitos acessórios para tratores. A energia pneumática (geralmente ar comprimido) é amplamente usada para operar válvulas industriais.
Século vinte
No início do século 20, as máquinas desenvolveram a capacidade de realizar operações mais complexas que antes eram feitas por artesãos habilidosos. Um exemplo é a máquina de fazer garrafas de vidro desenvolvida em 1905. Ela substituiu sopradores de vidro altamente pagos e ajudantes de trabalho infantil e levou à produção em massa de garrafas de vidro.
Depois de 1900, as fábricas foram eletrificadas e os motores e controles elétricos foram usados para realizar operações mecânicas mais complicadas. Isso resultou em processos mecanizados para fabricar quase todas as mercadorias.
Categorias
Na manufatura, a mecanização substituiu os métodos manuais de fabricação de mercadorias. Os motores primários são dispositivos que convertem energia térmica, potencial ou cinética em trabalho mecânico. Os motores principais incluem motores de combustão interna, turbinas de combustão (motores a jato), rodas d'água e turbinas, moinhos e turbinas eólicas e motores e turbinas a vapor. Equipamentos de transporte motorizados, como locomotivas, automóveis e caminhões e aviões, é uma classificação de maquinário que inclui subclasses por tipo de motor, como combustão interna, turbina de combustão e vapor. Dentro das fábricas, armazéns, depósitos de madeira e outras operações de fabricação e distribuição, o equipamento de manuseio de materiais substituiu o transporte manual ou caminhões de mão e carrinhos.
Agricultura mecanizada
- Veja: Agricultura mecanizada
- Veja também: Tecnologias de melhoria da produtividade (histórico) Seção 4
- Veja também: lista de máquinas agrícolas
Na mineração e escavação, as pás elétricas substituíram as picaretas e pás. O esmagamento de rochas e minério tem sido feito há séculos por martelos trip movidos a água , mas os martelos trip foram substituídos por modernos trituradores de minério e moinhos de bolas .
Os sistemas e equipamentos de manuseio de materiais a granel são usados para uma variedade de materiais, incluindo carvão, minérios, grãos, areia, cascalho e produtos de madeira.
O equipamento de construção inclui guindastes , misturadores de concreto , bombas de concreto , selecionadores de cereja e uma variedade de ferramentas elétricas.
Maquinário motorizado
Hoje em dia, a máquina movida normalmente significa um motor elétrico ou um motor de combustão interna. Antes da primeira década do século 20, movido geralmente por máquina a vapor, água ou vento.
Muitas das primeiras máquinas e ferramentas eram movidas à mão, mas a maioria mudou para água ou energia a vapor no início do século XIX.
Antes da eletrificação , a energia do moinho e da fábrica geralmente era transmitida por um eixo de linha . A eletrificação permitiu que cada máquina individual fosse alimentada por um motor separado no que é chamado de unidade de tração . O acionamento por unidade permitiu que as fábricas fossem melhor organizadas e que diferentes máquinas operassem em diferentes velocidades. O acionamento da unidade também permitia velocidades muito mais altas, o que era especialmente importante para máquinas-ferramentas .
Um passo além da mecanização é a automação . As primeiras máquinas de produção, como a máquina de sopro de garrafas de vidro (ca. 1890), exigiam muito envolvimento do operador. Na década de 1920, máquinas totalmente automáticas, que exigiam muito menos atenção do operador, estavam sendo usadas.
Veja: Produção em massa
Uso militar
O termo também é usado nas forças armadas para se referir ao uso de veículos blindados sobre esteiras , particularmente veículos blindados , para mover tropas que, de outra forma, teriam marchado ou montado em caminhões para o combate. Na terminologia militar, mecanizado se refere a unidades terrestres que podem lutar em veículos, enquanto motorizado se refere a unidades que vão para a batalha em veículos, mas desmontam e lutam sem eles. Assim, uma unidade de artilharia rebocada é considerada motorizada enquanto uma autopropelida é mecanizada.
Trabalho mecânico vs humano
Quando comparamos a eficiência de um trabalhador, vemos que ele tem uma eficiência de cerca de 1% -5,5% (dependendo se ele usa braços ou uma combinação de braços e pernas). Os motores de combustão interna têm, em sua maioria, uma eficiência de cerca de 20%, embora os grandes motores a diesel , como os usados para abastecer navios, possam ter eficiências de quase 50%. Os motores elétricos industriais têm eficiências até a faixa baixa de 90%, antes de serem corrigidos para a eficiência de conversão de combustível em eletricidade de cerca de 35%.
Quando comparamos os custos do uso de um motor de combustão interna com um trabalhador para realizar o trabalho, notamos que um motor pode realizar mais trabalho a um custo comparativo. 1 litro de combustível fóssil queimado com um motor IC equivale a cerca de 50 mãos de trabalhadores operando por 24 horas ou 275 braços e pernas por 24 horas.
Além disso, a capacidade de trabalho combinada de um ser humano também é muito menor do que a de uma máquina. Um trabalhador humano médio pode fornecer trabalho com cerca de 0,9 HP (2,3 MJ por hora), enquanto uma máquina (dependendo do tipo e tamanho) pode fornecer uma quantidade muito maior de trabalho. Por exemplo, leva mais de uma hora e meia de trabalho duro para entregar apenas um kWh - que um motor pequeno poderia entregar em menos de uma hora enquanto queima menos de um litro de combustível de petróleo. Isso implica que uma gangue de 20 a 40 homens exigirá uma compensação financeira por seu trabalho, pelo menos, igual às calorias necessárias para a alimentação (que é pelo menos 4 a 20 vezes maior). Na maioria das situações, o trabalhador também vai querer uma compensação pelo tempo perdido, que é facilmente 96 vezes maior por dia. Mesmo se assumirmos que o custo real do salário para o trabalho humano seja de US $ 1,00 / dia, é gerado um custo de energia de cerca de US $ 4,00 / kWh. Apesar de ser um baixo salário para trabalhos forçados, mesmo em alguns dos países com os salários mais baixos, representa um custo de energia que é significativamente mais caro do que até mesmo fontes de energia exóticas, como painéis solares fotovoltaicos (e, portanto, ainda mais caro quando comparado com coletores de energia eólica ou concentradores solares luminescentes).
Níveis de mecanização
Para simplificar, pode-se estudar a mecanização como uma série de etapas. Muitos alunos referem-se a esta série como uma indicação de formas básicas a avançadas de sociedade mecânica.
- mão / força muscular
- ferramentas de mão
- ferramentas manuais elétricas, por exemplo, elétricas
- ferramentas elétricas, funcionamento único, ciclo fixo
- ferramentas elétricas, multifuncionais, controladas por programa
- ferramentas elétricas, controladas remotamente
- ferramentas elétricas, ativadas por peça de trabalho (por exemplo: telefone com moedas)
- medição
- controle de sinalização selecionado, por exemplo, controle de energia hidrelétrica
- gravação de desempenho
- ação da máquina automatizada alterada por meio de medição
- segregação / rejeição de acordo com a medição
- seleção do ciclo de ação apropriado
- corrigindo o desempenho após a operação
- corrigindo o desempenho durante a operação
Veja também
- Automação
- História da bicicleta
- Tecnologias de melhoria da produtividade (histórico) # 4. Mecanização (geral) e na agricultura
- Produção em massa
- linha de montagem
- Agricultura mecanizada
- Manuseio de materiais a granel
- Industrialização
- Revolução Industrial
- País recentemente industrializado
- Assista ao vídeo sobre a colocação de trilhos mecanizados
Referências
Bibliografia
- Rumeley, Edward A. (agosto de 1910). "A passagem do homem com a enxada" . O trabalho do mundo: uma história de nosso tempo . XX : 13246–13258 . Página visitada em 10/07/2009 .
Leitura adicional
- Jerome, Harry (1934). Mecanização na Indústria, National Bureau of Economic Research .
- Hunter, Louis C .; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730-1930, Vol. 3: A transmissão de poder . Cambridge, Massachusetts, Londres: MIT Press. ISBN 0-262-08198-9.