CENTRO UNIVERSITÁRIO – CATÓLICA DE SANTA CATARINA EM
JARAGUÁ DO SUL
LEONARDO HENRIQUE MARIN KIST
DIMENSIONAMENTO E FABRICAÇÃO DE UMA BANCADA PARA
DOSADORES VOLUMÉTRICOS
Jaraguá do Sul
Novembro/2014
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Dimensionamento e fabricação de uma bancada para dosadores volumétricos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
O dado relatório abordará o dimensionamento de dosadores volumétricos, sendo que estes cálculos serão automatizados através da criação de um aplicativo. A etapa posterior será a realização do projeto de uma bancada, ao qual poderão ser confirmados na prática os dados cálculados e também verificar o comportamento do escoamento ou transporte de diversos tipos de produtos.
Tipologia: Notas de estudo
2015
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CENTRO UNIVERSITÁRIO – CATÓLICA DE SANTA CATARINA EM
JARAGUÁ DO SUL
LEONARDO HENRIQUE MARIN KIST
DIMENSIONAMENTO E FABRICAÇÃO DE UMA BANCADA PARA
DOSADORES VOLUMÉTRICOS
Jaraguá do Sul
Novembro/
LEONARDO HENRIQUE MARIN KIST
DIMENSIONAMENTO E FABRICAÇÃO DE UMA BANCADA PARA
DOSADORES VOLUMÉTRICOS
Relatório do Projeto de Estágio Curricular Supervisionado Obrigatório do curso de Engenharia Mecânica do Centro Universitário – Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul
Orientadora: Prof. M.Sc Ana Paula Bertoldi Oberziner
Jaraguá do Sul
Novembro/
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
- Figura 1 - Dosador de rosca.
- Figura 2 - Dosador de gaveta.
- Figura 3 - Dosador de canecas giratório.
- Figura 4 - Transportador Helicoidal.
- Figura 5 - Sentido de rotação.
- Figura 6 - Montagem das canecas.
- Figura 7 - Dimensionamento dos transportadores helicoidais verticais.
- Figura 8 - Dimensionamento das canecas dosadoras.
- Figura 9 - Interface inicial do aplicativo.
- Figura 10 - Volume da caneca superior.
- Figura 11 - Volume da caneca inferior.
- Figura 12 - Volume da caneca de redução.
- Figura 13 - Volume das canecas montadas, sem e com a caneca de redução.
- Figura 14 - Interface para o dimensionamento das canecas de dosagem.
- Figura 15 - Dimensões do transportador helicoidal
- Figura 16 - Planificado de um passo da helicoide
- Figura 17 - Interface para dimensionamento de transportadores helicoidais horizontais.
- Figura 18 - Perfil
- Figura 19 - Perfil
- Figura 20 - Interface para dimensionamento do transportador helicoidal vertical.
- Figura 21 - Dosador helicoidal horizontal
- INTRODUÇÃO SUMÁRIO
- 1.1 JUSTIFICATIVA
- 1.2 OBJETIVOS
- 1.2.1 Objetivo geral
- 1.2.2 Objetivos específicos
- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
- 2.1. DOSADORES
- 2.1.1 Transportadores helicoidais
- 2.1.2 Dosagem por canecas
- ATIVIDADES DESENVOLVIDAS DURANTE O ESTÁGIO
- 3.1. MÉTODO ANTIGO DE DIMENSIONAMENTO
- 3.2 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO PROPOSTO
- 3.2.1 Dimensionamento das Canecas de Dosagem
- 3.2.2 Dimensionamento do transportador helicoidal horizontal
- 3.2.3 Dimensionamento do transportador helicoidal vertical
- 3.2.3.1 Cálculo do perfil
- 3.2.3.2 Cálculo do perfil
- 3.2.3.3 Cálculo da dosagem
- 3.3 TESTES PRÁTICOS
- 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- REFERÊNCIAS
- ANEXOS
- ANEXO A – TIPOS DE CARREGAMENTOS
- ANEXO B – PROPRIEDADES DE ALGUNS PRODUTOS
- ANEXO C – RELAÇÃO DO PASSO COM A ABRASIVIDADE
- ANEXO D – COEFICIENTE DE ATRITO........................................................................
- ANEXO E – COEFIENTE DE INCLINAÇÃO
- APÊNDICE
1. INTRODUÇÃO
O estágio foi realizado no setor de Engenharia de Produtos da empresa Indumak. A Indumak situa-se na cidade de Jaraguá do Sul, Santa Catarina, e foi fundada em 25 de abril de 1963, inicialmente seu nome era Oficina de Tornos KP Ltda. Atualmente a Indumak conta com um parque fabril de 4800m² e mais de 180 profissionais, e desenvolve empacotadeiras, enfardadeiras e dosadores. O dado relatório abordará o dimensionamento de dosadores volumétricos, sendo que estes cálculos serão automatizados através da criação de um aplicativo. A etapa posterior será a realização do projeto de uma bancada, ao qual poderão ser confirmados na prática os dados cálculados e também verificar o comportamento do escoamento ou transporte de diversos tipos de produtos.
1.1 JUSTIFICATIVA
O setor de Engenharia de Produtos, responsável pelo projeto de máquinas padrões de linha, contém um alto volume de projetos e um prazo relativamente curto para a realização dos mesmos, portanto os projetos devem ser realizados de forma ágil e precisa. No entanto, os cálculos de alguns equipamentos, como os dosadores volumétricos, tomavam muito tempo. O dimensionamento dos dosadores volumétricos era realizado através de planilhas em Excel, porém alguns cálculos eram imprecisos e os resultados apresentados não condiziam com os dados obtidos na prática. Para sanar esta dificuldade, foi proposta a criação de um aplicativo para facilitar e agilizar os cálculos.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral Projetar e fabricar uma bancada para dosadores volumétricos.
1.2.2 Objetivos específicos
a) Apresentar e automatizar os cálculos dos dosadores volumétricos; b) Realizar o projeto da bancada; c) Produzir a bancada;
d) Realizar testes práticos utilizando a bancada.
Figura 1 - Dosador de rosca.
1 Transportador helicoidal horizontal 2 Funil 3 Mexedor 4 Hélice 5 Transportador helicoidal vertical Fonte: Indumak, 2014.
O dosador, cuja dosagem é realizada por canecas, é apresentada na Figura 2. Neste dosador, o funil é alimentado por um silo e por conseguinte os dois cilindros superiores são acionados e abrem uma gaveta ao qual libera a passagem do produto até a caneca, após o enchimento da caneca, os cilindros superiores fecham a gaveta, e a gaveta inferior é aberta, liberando a passagem do produto para a empacotadora. Este modelo de dosador é muito utilizado para grãos, como o arroz, feijão, milho e lentilha.
Figura 2 - Dosador de gaveta.
Fonte: Indumak, 2014.
Outro modelo de dosador de canecas muito utilizado é apresentado na Figura 3. Este modelo de dosador conta com várias canecas dispostas em torno do eixo árvore, sendo que as canecas são alimentadas através do funil superior. O acionamento é realizado por um motor, ao qual o movimento de rotação gerado pelo motor acarreta no deslocamento das canecas. Sua aplicação está voltada para arroz, feijão, sal, açucar, dentre outros.
Figura 3 - Dosador de canecas giratório.
Fonte: Indumak, 2014.
1 Funil 2 Atuador^ pneumático superior 3 Atuador pneumático inferior 4 Funil de despejo 5 Caneca superior 6 Caneca inferior
1 Funil 2 Caneca superior 3 Caneca inferior 4 Motor 5 Eixo^ árvore 6 Funil de despejo
material que pode ser transportado de forma que não ocorra desgaste excessivo no transportador. As porcentagens de carregamento são 15%, 30% e 45% mas em alguns casos específicos pode-se chegar a até 95% (KWS, 2014). Nos anexos A e B encontram-se os tipos de carregamentos, propriedades de alguns produtos, respectivamente. E nos anexos C, D e E são apresentados os coeficientes pertinentes para a realização dos cálculos. Já os cálculos para dimensionamento das canecas estão na secção 3.2.1, o dimencionamento dos transportadores helicoidais encontram-se na secção 3.2.2, na secção 3.2.3 está o dimensionamento dos transportadores helicoidais verticais, que são responsáveis pela realização de dosagens finas, com isso o carregamento deve ser de 100%.
2.1.2 Dosagem por canecas
Os dosadores de canecas são constituídos de duas a três canecas. Uma das canecas é denominada caneca superior e outra de caneca inferior. A caneca superior é fixa e a caneca inferior é móvel, pois tem a função de realizar o ajuste fino, afim de garantir que a dosagem seja atingida. A terceira caneca, denominada caneca de redução, tem a função de reduzir o volume da caneca superior possibilitando assim a dosagem de massas diferentes no mesmo dosador. Na Figura 6 está representada a montagem das três canecas. No caso do dosador de canecas giratório, vários conjuntos destas canecas ficam dispostos ao redor do eixo árvore.
Figura 6 - Montagem das canecas.
Fonte: do autor, 2014.
3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS DURANTE O ESTÁGIO
Neste capítulo será abordado as atividades que foram desenvolvidas durante o estágio. Inicialmente será abordado, na seção 3.1, a forma antiga que era utilizada para efetuar o dimensionamento dos dosadores, na seção 3.2 será abordado o método proposto para efetuar o dimensionamento destes dosadores apresentado os cálculos e o aplicativo criado para o dimensionamento. Já na seção 3.3 será apresentado os testes práticos que foram realizados.
3.1. MÉTODO ANTIGO DE DIMENSIONAMENTO
Não tinha, no setor de Engenharia de Produto, nenhum método para o dimensionamento de transportadores helicoidais horizontais. E o dimensionamento dos transportadores helicoidais verticais era realizado em uma planilha do Excel conforme demonstra a Figura 7.
Figura 7 - Dimensionamento dos transportadores helicoidais verticais.
Fonte: Indumak, 2014.
3.2 MÉTODO DE DIMENSIONAMENTO PROPOSTO
A primeira etapa do estágio foi apresentar todos os cálculos para o dimensionamento dos dosadores volumétricos e desenvolver um aplicativo para facilitar a realização destes cálculos. A interface inicial deste aplicativo é apresentada na Figura 9.
Figura 9 - Interface inicial do aplicativo.
Fonte: do autor, 2014.
Na subseção 3.2.1 será apresentado o dimensionamento das canecas de dosagem, na subseção 3.2.2 são demonstrados os cálculos pertinentes aos transportadores helicoidais horizontais e na subseção 3.2.3 serão relatados os cálculos do transportador helicoidal vertical.
3.2.1 Dimensionamento das Canecas de Dosagem
O volume da caneca superior ou da redução deve ser tal que armazene aproximadamente 80% da massa total a ser dosada, fazendo com que o restante da dosagem seja completado através da regulagem de altura da caneca inferior. Os volumes das canecas são descritos conforme as equações 3.1, 3.2 e 3.3, sendo que VS é o volume da caneca superior, VI é o volume da caneca inferior VR é o volume da caneca de redução. As unidades das dimensões são em mm e a unidade dos volumes são em mm³. Na Figura 10 é demonstrada a caneca superior em corte, possibilitando a visualização do volume total da mesma, ao qual é definida pela equação 3.1.
Figura 10 - Volume da caneca superior.
Fonte: do autor, 2014.
𝑉𝑆 = 𝜋 × ∅𝑆
2 4 𝐻^ (3.1) No dimensionamento do volume da caneca inferior não é considerado o volume total que cabe dentro da caneca, pois a caneca superior é encaixada na caneca inferior, logo deve ser descontado 5 mm, que é a distância mínima entre a caneca superior e a inferior (cota E da Figura 6). O volume útil da caneca inferior é demonstrado na Figura 11.
Figura 11 - Volume da caneca inferior.
Fonte: do autor, 2014. Logo, o volume útil da caneca inferior é definido pela equação 3.2.
𝑉𝐼 = 𝜋 × ∅𝐼
2 4 (𝐿 − 5)^ (3.2) O volume da caneca de redução, apresentado na Figura 12, é definida pela equação 3.3. Figura 12 - Volume da caneca de redução.
Fonte: do autor, 2014.
𝑉𝑅 = 𝜋 (∫ (− 𝐵𝐴 𝑥 + ∅𝑅 2 + 𝐵)
2 𝑑𝑥 + ∫ (∅𝑅 2 )
2 𝑑𝑥
𝐻 𝐴
𝐴 0
Figura 14 - Interface para o dimensionamento das canecas de dosagem.
Fonte: do autor, 2014.
3.2.2 Dimensionamento do transportador helicoidal horizontal
A Figura 15 apresenta as dimensões de um transportador helicoidal, onde L é o seu comprimento em m, De é o diêmetro externo e Di é o diâmetro interno (ambos em m), T é o passo em m e B é a inclinação resultante de algum desnível que possa ter o transportador.
Figura 15 - Dimensões do transportador helicoidal
Fonte: do autor, 2014. O passo da helicoide é relacionado de acordo com a abrasividade do produto, conforme demonstra o Anexo C. A área da secção transversal da helicoide, apresentada por Pereira (2012), é dada conforme a equação 3.7, sendo que a mesma é dada em m².
𝑆 = 𝜋(𝐷𝑒
A velocidade de transporte do material em m/s é expressa na equação 3.8, sendo que n é a rotação da helicoide em rpm. (Adaptado de PEREIRA, 2012)
𝑣 = 𝑛 60 𝑇 (3.8) A vazão volumétrica Q do material transportado é dado em m³/h (adaptado de PEREIRA, 2012), sendo relacionado pela área da secção transversal do transportador e pela velocidade de transporte, porém alguns coeficientes importantes são utilizados como o coeficiente de enchimento Ce (Anexo A) e o coeficiente de inclinação Ci (Anexo E). 𝑄 = 𝑣 × 𝐶𝑒 × 𝑆 × 𝐶𝑖 × 3600 (3.9) A vazão mássica do produto (𝑚̇) é apresentada na equação 3.10, sendo a mesma dada em kg/min.
𝑚̇ = 𝑄 × 𝜌 60 (3.10) A potência da helicoide em kW, apresentado por Pereira (2012), é apresentada na equação 3.11:
𝑃 = 𝑄𝑇 367 × 𝐻 + 𝐶𝑎 𝑄 367 𝑇^ × 𝐿 (3.11) Onde Ca é o coeficiente de atrito (Anexo D), H é o desnível do helicoide em m e QT é a vazão mássica em toneladas por hora 𝐻 = 𝐿 × sin 𝛽 (3.12) 𝑄𝑇 = 𝑄 × 𝜌 1000 (3.13) Já a potência necessária no motor em kW é apresentada na equação 3.14, onde que r é o rendimento do motor. (PEREIRA, 2012)
𝑃𝑚 = 𝑃𝑟 (3.14)
Os transportadores helicoidais são usualmente fabricados com a utilização de chapas, sendo que a planificação de um passo da helicoide (Figura 16) é dado conforme as equações apresentadas por Pereira (2012).