ETEC RUBENS DE FARIA E SOUZA

Misturador de Serragem e Borra de óleo

Sorocaba 2009

Bruno Celso Amaro nº6 David Carlos de Oliveira Delmiro nº8

Elton Santos da Silva nº11 Evaldo Henrique Ramos nº12 Fábio Barbosa do Nascimento nº14 Felipe Oliveira Santos nº15 Fernando Aparecido de Morais nº17 Fernando Augusto nº18

Misturador de Serragem e Borra de óleo

TCC apresentado à ETEC, ”Rubens de Faria e Souza”, como exigência parcial para a conclusão do Curso de Mecânica em __/__/2009. Orientador: Prof°. Hélio Canavesi Filho

Sorocaba 2009

Dedicamos esse projeto em 1º lugar a Deus, a nossa família e amigos e a todos os professores que nos ajudaram a conclusão do mesmo. Dedicamos a escola técnica “Rubens de Faria e Souza” e seu corpo docente.

AGRADECIMENTOS

A Deus por ter nós dado a força e a vida. Ao Prof° Hélio Canavesi Filho por sua extrema competência e

dedicação como orientador. Ao Prof° Mario por ter nos ajudado a resolver os cálculos. Ao Prof° Eber Sisterna por ter nos auxiliados na resolução dos

cálculos e ter tirado todas as duvidas. Ao Prof° Arnaldo por ter ajudado no calculo da chaveta.

Resumo

O presente trabalho deve como objetivo a criação do projeto de um dispositivo mecânico pra

facilitar a mistura pra a fabricação de briquetes. Nosso dispositivo foi desenvolvido para

proporcionar a mistura da borra do óleo com a serragem, através de um tambor, onde o

operador irá girar um volante exercendo uma força de 5 kg, pra obter a mistura desejada. Esse

dispositivo é composto por um tambor rotativo hexagonal, um eixo escalonado que se

movimenta junto com o tambor, dois mancais SYK 25, para sempre termos uma rotação

uniforme, sua estrutura será feita em Metalon proporcionando uma melhor estabilidade da

máquina quando estiver em movimento, pra movimentar o tambor será utilizado um volante

de 720 mm com manivela. Para obter uma massa constante usamos 12 kg de serragem para

cada litro de borra de óleo. Os cálculos foram feitos visando facilitar a operação e o manuseio

do misturador, pensando sempre no bem estar de quem estiver operando, para que não exerça

um esforço excessivo.

Objetivo

Desenvolver um dispositivo com o propósito de misturar um composto de serragem e borra de

óleo para a fabricação de briquetes para a empresa Coreso, sendo a serragem fornecida por

empresas madeireiras e o óleo (borra) fornecido pela própria empresa, que é obtido do refugo

do óleo já filtrado. O briquete por ser um material de alta combustão e baixo

custo,contribuiria para aumentar os lucros da empresa,gerando assim novos empregos, e por

ser um material reciclado, contribuiria para a diminuição do desmatamento preservando assim

o meio ambiente.

SUMÁRIO

Introdução

O misturador de óleo e serragem surgiu para apoiar um projeto já existente (prensa

fardadeira), tendo como principal objetivo fornecer de maneira rápida e eficaz uma mistura de

ótima qualidade para obtenção de briquetes com uma ótima combustão.

Nossa maquina foi criada pensando na parte econômica, ergonômica e principalmente na

ISO14000 que presa o bem estar do meio ambiente e seus adjacentes.

Após a criação da prensa fardadeira a necessidade do misturador ficou evidente com isso

nosso projeto foi elaborado para preencher essa lacuna existente em meio ao processo. A

empresa de reciclagem Coreso será a maior beneficiada com a criação dos projetos tendo em

vista que ela poderá misturar e prensar os materiais, com o menor custo possível, uma vez que

a matéria prima é doada pela comunidade, obtendo assim um grande lucro com a venda dos

briquetes após a finalização dos processos.

DESENVOLVIMENTO

Briquetes Benefícios do briquete Atualmente de cada duas arvores cortadas em florestas do mundo, uma é destinada para fins energéticos. Para cada ”torra” de madeira cortada, para qualquer fim, quase 70% se transforma em resíduos (casca, serragem, etc.), que passa a ser um transtorno para madeireiras, serrarias e modelarias, seja pelo espaço que ocupa ou por seus impactos ambientais (decomposição, formação de gases, riscos de incêndio, etc.). Desvantagem na utilização da madeira em sua forma primaria:

(I) Não uniformidade dificultando o manuseio e o controle da queima. (II) Baixa densidade, encarecendo o transporte. (III) Umidade variável e elevada. (IV) Baixo poder calórico. O uso de briquetes esta associado à preservação ambiental, pois aproveita resíduos evitando o corte de novas arvores somente para queima e fabricação de carvão vegetal e ainda substitui com melhor relação custo x beneficio, combustíveis poluentes como os derivados do petróleo e gás natural.

Vantagens da utilização do briquete

� Poder calorífico cerca de 4 a 5 vezes maior que a lenha � Espaço para armazenagem reduzido � Devido à baixa umidade, a temperatura eleva-se rapidamente. � Menos fumaça � Não danifica a fornalha no abastecimento � 100% reciclado e ecológico � Facilidade no controle dos estoques (é por sacos) � Menor índice de poluição � Embalagens padronizadas (sacos de ráfia) � A cada 90 toneladas de briquetes, evita o desmatamento de 85 arvores.

Principais componentes do Dispositivo

Memorial descritivo

Formato do tambor:

Chegamos a conclusão que o formato deve ser hexagonal, pois é mais apropriado para a

mistura do material.

O dimensionamento do tambor esta diretamente relacionado com o volume de serragem

juntamente com a borra de óleo que será utilizado na prensa.

Dimensão da prensa: 670mm x 470mm x 200mm =0,063m3(volume).

Para que se possa misturar a serragem e a borra de óleo o tambor devera ter o dobro do

volume ou seja 0,126 metros cúbicos,com isso o tambor devera ter 600mm de comprimento e

300mm de lado.

Material a ser utilizado para a fabricação do tambor:

Chapa 1mm

Chapa1/4mm nas laterais 6,35mm

Presilhas(2x)

Dobradiça(2x)

Mancal (2)

Formato do Eixo

Para dimensionamento do eixo utilizamos para o comprimento a soma total do conjunto que é

igual a 940 mm.Para o diâmetro mínimo utilizamos a carga máxima sobre ele e chegamos a

24mm,adotando assim um arredondamento para 25mm.O eixo será escalonado de aço 1020

trefilado conforme tabela de materiais do livro (Protec).O diâmetro onde ficara os mancais

terá que ser retificado para se chegar na tolerância exigida pelos rolamentos conforme tabela

do fabricante,nos demais apenas desbaste exceto o diâmetro do cubo que também será

retificado para encaixe do mesmo.

Formato dos mancais

Os mancais serem utilizados são os SYK 25 TF da SKF,que conforme os cálculos suportaram

a carga em cada apoio e suportaram a rotação máxima a tabela do fabricante.

O material da caixa é de ferro fundido e os rolamentos são radiais de esfera, que possuem

diâmetro interno de 25mm, compatível com o eixo.

Volante

Conforme o cálculo de força aplicada no eixo para girar o sistema sem muito esforço chega ao

diâmetro de 730 mm. O material para o arco do volante é de aço 1020 de 1” de diâmetro, as

travas de aço 1020 de ½” de diâmetro e o cubo de aço 1020 com furo retificado para o

encaixe do eixo conforme a tabela de tolerâncias eixos cubo retirado da internet. Não foi

possível utilizar um volante padronizado pois as dimensionais eram especiais.

Memorial de cálculos

Volume da prensa

V=volume

C=comprimento

L=largura

A=Altura

V=? V=C*L*A

C=670 mm

L=470 mm

A=200 mm

V=670*470*200

V=62980000mm3

Área do hexágono

S= Área

Pa=Perímetro

L=lado

2,598=Constante da forma Hexagonal

S=Pa/2=2,598*L2

Calculo do volume do tambor

V=Volume

C=comprimento

S=Área

C=600mm

S=2,598*L2

L=300mm

L=Lado

Volume=A*C

V=2,598*3002*600

V=140292000mm3

Dados da serragem

Umidade = 20%

Peso especifico=175Kg/m3

Calculo de peso da serragem

M=Massa

Pe=Peso especifico Pe=175 Kg/m3

V=Volume da prensa V=62980000mm3

M=Pe*V

M=175 Kg/m3*0,063mm3

M=11,025 Kg

Obs: Pelo fato do peso especifico estar em Kg/m3 devemos converter a unidade do volume

que esta em mm3 para m3, o fator de conversão é mm/109.

62980000mm3 / 109

Calculo da chapa do contorno do tambor

C=comprimento

L=largura

e=Espessura

M=C*L*E*e*

M=600mm*300mm*1mm*7,85

M=1413000 Kg/dm3

Considerando o fato do tambor ser hexagonal e ter uma tampa multiplicaremos o valor obtido

acima por 7, ou seja 6 lados mais a tampa.

M=Massa

Mt=Massa total

L=Lado

Mt=M*L

Mt =1,413 kg/m3*7

Mt = 9,891 kg/m3

Obs: : Pelo fato do peso especifico estar em Kg/m3 devemos converter a unidade do volume

que esta em mm3 para m3, o fator de conversão é mm/106.

1413000 m3 / 106

M=1,413 kg/m3

Calculo das tampas laterais

Mt = massa •2 numero de tampas

M = massa M =

S = área S = 233820mm2

Lado = 300mm

Constante do hexágono = 2.598

e= espessura 6.35mm

Peso especifico do aço = 7.85 kg/dm3

S = 2.598 • L2

S = 2.598 • 3002 mm

S = 233820mm2

M = S•e•Pe

M=233820•6.35•7.85

M = 11655342.45 kg/m3

Obs: Para converter mm3 para m3 o fator de correção é o resultado obtido acima dividido

Por 106

M= 11655342.45/106

M~11.66 kg

Mt = 11.66•2

Mt = 23.32

Mt ~ 24 kg

Peso do tambor

Peso das chapas do contorno + peso da serragem+borra do óleo+peso das tampas laterais

10 kg+11kg+2kg+24kg

47kg

47kgf•9.807

460.9N

461N

Obs: 9.807 é um fator de conversão de kgf para N

Calculo de momento fletor

DESENHO

M=Momento fletor

F = força

D = distandia

Reação em X M = f • d

0mm 230.5N•0mm = 0

400mm 230.5N•400mm = 92200N•mm

800mm 230.5•800mm – 461N•400mm = 0

Momento fletor maximo é igual a 92200N•mm

Dimensionamento do Diâmetro mínimo do eixo

a = Tensão admissívelح

Mf = momento fletor maximo

Wfx=modulo de flexão

π = constante trigonometrica

a= 65N/mm2(segundo Bach)ح

Mf = 92.200N•mm

Wfx = π•d3 = 0.7854•r3

32

Wf = Mf

√aح

π•d3=Mf

aح 32

d3=Mf•32

a • πح

d3=2950400

204.2

d= 3√14448.6

d=24.36mm

Calculo do Diâmetro do Volante

Ângulo de balanço da serragem devido ser um tambor hexagonal = 150 mm.

Peso da serragem = 12 kg.

Força atuante no volante = 5 kgf.

Raio do volante = r

Ângulo de balanço • peso da serragem = força • raio

150•12 = 5•r

1800 = 5•r

1800 = r

5

r = 360 m

Dimensionamento da chaveta

W = velocidade angular (rad/s)

F = Freqüência (Hz)

T = período(s)

n = rotação (rpm) n = 22rpm

W = n•π

30

W = 0.733π rad/s

F= w

2 π

F=0.733 π

2 π

F=0.366hz

P= Potência (watts) P=?

Ft= Força tangencial (N) Ft= 49 N

W= velocidade angular (rad/s) W=0.733 π rad/s

R= raio (m) R= 0.36m

P=Ft•w•r

P=49•0.733•0.36

P=40.62 watts

c = Tensão de cisalhamento 60 Mpaح

b = largura da chaveta

h = altura da chaveta

Mt=Momento torçor

N=Newton

f = freqüência

π=constante trigonométrica

Ft=força tangencial

lc=comprimento da chaveta

Mt = N

2π•f

Mt = 41

2π• 0.366

Mt = 17.83 N/m

Ft = 2•Mt

d

Ft = 2• 17.83

22*10-3

Ft=1621N

Dimensão do cisalhamento

c=Ftح

B•lc

Lc=Ft

b• ح c

lc=1621

6•10-3•60•106

lc=4,5•10-3m

lc=4,5m

Cálculo de rebite

Material do rebite aço 1020 laminado

a = Tensão admissível 105 Mpaح

Cálculo de Pressão de contato ou esmagamento

peso da serragem 12 kg

Q = Carga 21 kg • 9,87 peso da chapa 8,5 kg

Fd = 105 Mp Total igual 20,5 kg

t = 2 mm = 10-3 • 2 a soma das espessuras da chapa 1 mm + 1 mm

n = 20 rebites

Unidade para o cálculo abaixo

Fd = Q – Q 105•106 206 N

n•d•t n•d• 2•10-3

d = 206 d = 4,9•10-5 d = 0,049 d = 0,05 mm

20•105• 106• 2•10-3

Cálculo do cisalhamento no rebite

a = Q = Q = 150•106 = 206 Nح

A π•d2 π•d2

Calculo de momento fletor

DESENHO

M=Momento fletor

F = força

D = distandia

Reação em X M = f • d

0mm 343.5N•0mm = 0

400mm 343.5N•400mm =137400 N•mm

800mm 343.5N•800mm – 687N•400mm = 0

Momento fletor maximo é igual a 137400N•mm

Calculo de flexão Wx e Wy = modulo de resistência da seção transversal Mf = momento fletor maximo y = Tensão normal atuante na fibra mais afastadaح a = tensão admissívelح yح = aح y = Mfح Wx

Desenho da área do quadrado Formula de modulo de resistência da seção transversal de um perfil quadrado = Wx Wx = √2•(a4- b4) 12•a Obs. Usaremos um tubo quadrado 40 mm • 40 mm • 1 mm de espessura Wx = √2•(404- 384)

12•40 Wx = √2• 2560000 -2085136 480 Wx = √2• 474864 480 Wx = 671559.1091 480 Wx = 1399. 08 mm2 a = Mfح Wx a = 137400ح 1399,08 a = 98.2 N/mm2ح Obs. حa máxima do material a ser utilizado é de 108N/mm2

Cálculo de Flambagem

1000 mm de altura

O equipamento terá um total de 70 kg sobre a estrutura como a mesma terá 4 pontos de apoio,

este valor será dividido por 4.

17,5 kg por apoio.

Dados:

Pcr = carga critica

E = modulo de elasticidade do material

J = Momento de Inércia

Lf = comprimento livre da flambagem

π = Constante trigonometrica 3,1416

Pcr = π2•E•J

lf2

Pcr = π2•1,042•106•1,303•10

2002

Pcr = 134002185,1

2002

Pcr = 273,47 N• 0,102

Pcr = 27,9kg

O perfil a ser utilizado será tubo metalon quadrado 25 mm/1,5mm de espessura

CONCLUSÃO

Este Dispositivo com o propósito de misturar um composto de serragem e borra de óleo vem a atender a uma necessidade da empresa Coreso, por não ter o que fazer com a borra do óleo

decidiu usar essa mesma borra na fabricação de briquetes.

RESULTADOS OBTIDOS

REFERENCIAS BIBLIOGRÁGICAS

Livros: PRO-TEC Projetista de Máquinas – Edição 1988

Eng° IND. MEC. Francesco Provenza – Editora F. Provenza

Artigos da internet

http://www.skf.com .Acesso em:08/04/2009 http://www.frm.ind.br Acesso:em 09/04/2009

Anexos

Manual

Dispositivos

1-Tambor 2-Mancais 3-Volante 4-Eixo principal 5-Tampa 6-Grampo tensor -tipo fivela 7-Estrutura 8-Chaveta

Manual de instrução

1-Instrução para carregamento da máquina 1.1-Abra a tampa do tambor 1.2-Coloque serragem até a metade do tambor 1.3-Introduza a (Borra de óleo)no tambor.(1 litro de borra) 1.4-Trave a tampa 1.5-Comece a girar o volante 2-EPIS de segurança 1-Óculos protetor 2-Luvas 3-Mascaras 4-Avental 5-Sapato de segurança

ORÇAMENTO

Croquis