CENTRO PAULA SOUZA ETEC RUBENS DE FARIA E SOUZA

DISPOSITIVO PARA PRENSA FARDADEIRA

SOROCABA 2008

ADRIANO ROBERTO DE ALMEIDA

AUGUSTO JOSÉ VIANA NETO BRUNO CORRÊA BERTOLOTO

CLÁUDIO DE OLIVEIRA LUCIUS CEZAR FERNANDES DE OLIVEIRA

RODRIGO EMIDIO ALVES RUBIÉLITON PEREIRA DA LUZ

Dispositivo para Prensa Fardadeira

TCC apresentado à ETEC. “Rubens de Faria e Souza”, como

exigência parcial para conclusão do Curso de Mecânica em: 01/ 12 / 2008

Orientador: Prof. : Hélio Canavesi Filho

Sorocaba

2008

Dedicamos esse projeto a Deus em 1º lugar e também a todos que apostaram em nossas idéias e a todos professores e orientadores que colaboraram no desenvolvimento desse TCC e em especial aos professores José Laércio Rossi , Hélio Canavesi Filho e Renato Dantas Nascimento. Dedicamos também as nossas famílias e amigos que nos ajudaram. Dedicamos a escola Técnica “RUBENS DE FARIA E SOUZA” que forneceu todo subsídio necessário e a todos envolvidos nesse projeto.

AGRADECIMENTOS A Deus, que é toda fonte de sabedoria e conhecimento e nos da fé para realizarmos todos nossos sonhos; Ao Prof. Hélio Canavesi Filho por ter dado toda orientação e atenção em que precisávamos para realização desse projeto; Ao Prof. José Laércio Rossi por ter nos passado toda sua experiência e ter nos ajudado a encontrar o caminho para nosso TCC. Ao Prof Renato Dantas Nascimento. A ETEC “RUBENS DE FARIA E SOUZA” por ter disponibilizado seus laboratórios assim como seu corpo docente, biblioteca e oficina. Ao “CENTRO PAULA SOUZA” que colocou o TCC na grade curricular e ajudou a colocar em prática o conhecimento adquirido em sala de aula.

OBJETIVO

O objetivo é fabricarmos um Dispositivo para Prensa Fardadeira e dar

uma solução ecológica para o Óleo de cozinha e Serragem que são

descartados de maneira “incorreta”, proporcionando uma maneira adequada

para reciclagem do mesmo e gerando lucro.

Resumo

O projeto surgiu da necessidade de se aproveitar os resíduos

provenientes de processos de produção e consumo e vem a atender a

necessidade atual de despoluição do solo e atmosfera, sendo mais uma

opção na confecção de briquetes.

O projeto se baseia na projeção virtual de um dispositivo para ser

utilizado na fabricação de briquetes, sendo utilizada uma prensa do tipo

“fardadeira”, O dispositivo terá suas dimensões adequadas a esse tipo de

prensa específica e material específico, no caso um aglomerado de

serragem com óleo de cozinha.

O material definido para os cálculos foi a serragem misturada ao óleo de

cozinha, Chegamos a um dispositivo que se respeitadas as faixas de

atuação a que foi projetado executara o trabalho requisitado.

Introdução

Como atual cenário ambiental em que vivemos como o aquecimento

global e a poluição solo, cada dia mais nos vemos obrigados a dar destinação

aos resíduos gerados por nós, pela indústria e empresas em geral.

Para isso se faz necessário o uso de máquinas, equipamentos e

dispositivos para fazer o reaproveitamento de resíduos gerados em processos

industriais. A projeção deste dispositivo vem a contribuir nesse processo de

reciclagem.

Com o aumento da reciclagem no Brasil, há um aumento na geração de

empregos, tanto na fabricação de dispositivos e máquinas como nas

cooperativas de reciclagem. Atualmente para cada tronco de madeira cortada,

quase 70% se transforma em resíduo, que passa a se tornar um problema,

tanto pelo espaço que ocupa, quanto pelos impactos ambientais.

1- Briquete

1.0 Processo de briquetagem

A briquetagem é um processo de densificação de resíduos, todo resíduo

de origem vegetal pode ser compactado pela briquetagem, bastando atender

às e teor de umidade exigido pelo processo. Esse processo possui a vantagem de

transformar um resíduo de baixíssima densidade em uma lenha de alta

qualidade (QUIRINO, 2004).

Em 1848, foi concedida uma Patente para William Easby, para um

método de conversão de carvão miúdo em torrões sólidos. A utilidade e a

vantagem da descoberta são que “Através desse processo, um artigo de

pequeno valor, quase desprezível pode ser convertido em um artigo valioso de.

combustível para navios a vapor, forjas, culinária e outras finalidades, assim

economizando o que agora é perdido” (BROSCH & FURUNO-1968).

A lenha ecológica, como é conhecido o briquete produzido com pó de

serragem e com restos de madeira descartados por indústrias, pode ser uma

boa alternativa de produção de energia além de um meio adequado de se lidar

com os resíduos vegetais. Além de carvão e resíduos de madeira, outros

resíduos ligno-celulósicos podem ser utilizados na produção de briquetes,

como por exemplo, a casca de arroz, palha de milho, sabugo, bagaço de cana,

etc., e obter briquetes com qualidade superior a qualquer lenha.

1.1 Resíduos ligno-celulósicos

A densificação do resíduo através deste processo consiste na

compactação a elevadas pressões, o que provoca a elevação da temperatura

do processo da ordem de 100°C.O aumento da temperat ura provocará a

plastificação da lignina, substância que atua como elemento aglomerante das

partículas de madeira,Isto justifica a não utilização de produtos aglomerantes

(resinas, ceras, etc).

Para que a aglomeração tenha sucesso, é necessária que a umidade do

resíduo esteja compreendida entre 8 e 15% e que o tamanho da partícula

esteja entre 5 e 10 mm (LIPPEL, 2006).

O diâmetro ideal dos briquetes para a queima em caldeiras e fornos em

geral está entre 83 mm e 93 mm e comprimento entre 250 e 400mm. Diâmetro

de 63 mm são bem aceitos em estufas, fogões com alimentação automática,

grelhas, churrasqueiras etc (LIPPEL, 2006).

Quando se dispõem de resíduos com estas características, a fabricação

de briquetes é muito rentável (40 a 60 KWh/t).

1.2 Benefícios do briquete

As crises energéticas que vem se repetindo no Brasil e no mundo e a

constante elevação da preocupação de autoridades mundiais relativas a

economia e eficiência na utilização de energia, nos leva a necessidade de se

pensar em formas.

Atualmente de cada duas árvores cortadas em florestas do mundo,uma

é destinada para fins energéticos.Para cada “tora” de madeira cortada, para

qualquer fim, quase 70% se transforma em resíduo (cascas, serragem,

maravalha, etc.), que passa a ser um transtorno para madeireiras, serrarias e

movelarias, seja pelo espaço que ocupa ou por seus impactos ambientais

(decomposição, formação de gases, riscos de incêndio, etc. ).

Muitas indústrias vêm utilizando os resíduos de madeira, em sua forma

primária, como energético. No entanto, utilização apresenta as seguintes

desvantagens:

(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 calorífico

Com o afloramento de todas essas questões, foram desenvolvidas

soluções para o reaproveitamento desses resíduos de madeira, por meio da

compactação da serragem e maravalhas (resíduos) e até mesmo a adição de

outros resíduos vegetais, e a criação de um produto final denominado

“briquete”.

O uso de briquetes está associado à preservação ambiental pois

aproveita resíduos evitando o corte de novas árvores somente para queima e

fabricação de carvão vegetal e ainda substitui com melhor relação custo x

benefício, combustíveis poluentes como os derivados do petróleo e gás natural.

1.3 Diâmetro ideal dos briquetes para queima

O Diâmetro ideal dos briquetes para queima em caldeirarias, fornos e

lareiras é de: 70mm a 100mm , com comprimento de 250mm a 400mm.Outras

dimensões de diâmetro são usadas em estufas, fogões com alimentação

automática , grelhas , churrasqueiras, dentre outros é de: 28mm a 65mm.

Assim é importante uma etapa de peneiragem , após a compactação ,

para que se retirem os briquetes com a granulometria inadequada.É necessário

também, uma etapa de secagem, para que se tenha o índice de umidade

adequado para a queima no forno.Esse índice de umidade corresponde a 12%.

1.4 Características técnicas do briquete

A qualidade dos briquetes de resíduos vegetais esta diretamente

relacionada com a qualidade da matéria-prima e o procedimento industrial. A

granulometria, o teor de umidade, a densidade e tipo de resíduo são

importantes características para obtenção de um briquete de boa qualidade ,

que atenda as exigências energéticas de consumo , quais sejam , ausência de

substancias tóxicas,densidade energética elevada , pelo efeito da compactação

, resistente a estocagem.

O briquete de resíduos tem um teor de materiais voláteis, teor de

carbono fixo, teor de cinzas, densidade e poder calorífico característico ,

produzindo um rendimento energético e um comportamento próprio durante a

combustão .Isso significa que é necessário considerar essas características

quando esse combustível é utilizado em um equipamento térmico , permitindo

dessa forma aproveitar integralmente sua excelente densidade

energética,bastante superior ao da lenha e do carvão.

1.5 Especificações do briquete

Quadro Comparativo Briquetes

Poder Calorífico Kcal/kg

Peso específico

Peso a granel

Umidade

Casca de Arroz 3.800 1,1 650-700 12%

Resíduos de Algodão 4.300 1,1 650-700 12% Resíduos de Pinos 4.600 1,17 700-750 12%

Bagaço da Cana 4.70 1,1 650-700 14% Resíduos Madeira de Lei 4.900 1,2 750-800 12% Resíduos de Eucalipto 4.800 1,18 720-780 12%

Lenha Comercial 2.200 0,6 350-400 25-30%

1.6 Consumo médio de lenha no Brasil

Consumo de lenha no Brasil 2003 / 2004, nos vários setores do país em toneladas

Especificação 2003 2004 Aumento do consumo

Produção de Lenha 83758 90896 8,50%

Consumo em Carvoarias 34277 39702 15,80%

Consumo Final de Lenha 49090 50814 3,50%

Consumo Residencial de Lenha 25691 26044 1,40%

Consumo de Carvão Vegetal 8409 9834 16,90%

Fonte: MME, 2005.

1.7 Utilização dos briquetes

Segmentos da utilização de briquetes Cervejarias Destilarias Lavanderias

Pizzarias Abatedouros Recauchutadoras

Hospitais Hotéis/Motéis Distribuidor Briquetes

Tinturarias Cerealistas Fecularias

Cerâmicas Panificadoras Metalúrgicas

Laticínios Indústria de Papel

Indústrias de Balas

Residências Indústria Refrigerante

Indústrias óleo de soja

1.8 Consumo médio de toras no Brasil anualmente

O Brasil consome em média por ano em torno de 33,5 milhões de M³ em

toras por ano, gerando aproximadamente metade desse volume em resíduos,

que são descartados ou reciclados parcialmente. A parte aproveitada dos

resíduos é formada por cantoneiras (tábua de qualidade inferior) e cavacos

maiores. A serragem, os cavacos menores e as cascas são resíduos

geralmente queimados ou descartados no ambiente, provocando poluição do

solo, ar e água

Os números da tabela 2.1 mostram que a utilização da lenha no Brasil é

ainda significativa, principalmente, nas carvoarias para produzir carvão vegetal

e na cocção de alimentos nas residências.

O consumo de lenha no Brasil em 2004 atingiu 90.896 milhões de

toneladas, considerando-se que de todas as tipologias florestais de onde

provém esta lenha ocorra um rendimento médio de 200 estéreos por hectare, e

que cada estéreo tenha 300 kg, o consumo de lenha corresponderia a uma

área de aproximadamente 1.515 milhões de hectares de florestas. A produção

de briquetes pode sem dúvida diminuir a extração de madeira nas áreas

florestais plantadas e nativas, deixando-as para serem utilizadas com um fim

mais nobre. Desse modo torna-se necessário à utilização dos resíduos gerados

pelas indústrias de base florestal para a produção de alternativas energéticas,

sendo uma delas a confecção de briquetes como substituto da lenha reduzindo

a pressão nas florestas nativas.

2 - 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 (pois é uniforme)

• Liberação total IBAMA e CETESB (dispensa Pagamento)

• 100% reciclado e ecológico.

• Facilidade no controle dos estoques (é por sacos)

• Menor índice de poluição.

• Embalagens padronizadas (sacos de ráfia)

• Fim da queima de resíduos

• 1 tonelada de briquete substitui ate 7m³ de lenha (varia c/equipamento)

• A cada 90 toneladas de briquete, evita o desmatamento de 85 arvores.

3- Principais componentes do Dispositivo

3.0 Caixa superior (molde)

Confeccionado com Chapas de Aço 1020, responsável por prensar o material, usando as divisões internas para dar forma ao material.

3.1 Caixa de material

Confeccionada com Aço 1020, o material a ser prensado será colocado neste componente.

3.2 Base

A Base confeccionada em Aço 1020 e as barras de sustentação em aço retangular.

4- Fabricação do dispositivo

4.0 Montagem do Molde: Chapa Aço SAE 1020 1 – Facear lateralmente as chapas, unindo-as com solda, utilizando eletrodo 7018 2 - Montar chapa superior sobreposta às chapas laterais, unindo-as com solta utilizando eletrodo 7018.

4.1 Base de Fixação: Chapa de Aço Laminado 1 – Soldar os Suportes de fixação nos rebaixos das chapas, em seguida soldar a Chapa Superior sobre o conjunto.

4.2 Pino Trava: Aço cilíndrico maciço Chapa de Aço laminado 1 – Soldar a flange na extremidade oposta ao rebaixo do Pino Trava

4.3 Base e Mesa: Chapa de Aço SAE 1020 Cantoneira Barra de Aço quadrada 1 – Unir as 4 (quatro) barras na chapa base utilizando solda com eletrodo 7018 2 – Sobrepor as cantoneiras às barras da base, soldando com eletrodo 7018

4.4 Caixa de Material: Chapas de Aço SAE 1020 1 – Facear lateralmente as chapas, unindo- as com solda, utilizando eletrodo 7018

5 - Montagem do dispositivo na prensa

5.0 Fixação do molde na prensa Fixar o Molde no platinado da prensa utilizando o p ino trava

5.1 Posicionamento da mesa Posicione a Mesa sem a Caixa de material na área de compactação da prensa.

5.2 Colocando a Caixa de Material na base da Mesa Encaixe a Caixa de Material na base da Mesa

6 – Defeitos e soluções

Os briquetes estão esfarelando após serem Prensados.

Verificar mistura da matéria prima

Não consigo prensar os briquetes prensa não tem força

Regular válvula de pressão de acordo com pressão indicada no manual.

Briquetes ficam presos na parte superior da prensa.

Aplicar desmoldante antes da prensagem com auxilio de pulverizador

Porta da caixa não abre Aplicar um pouco de lubrifi cante nas canaletas

Mesmo regulando a pressão não consigo prensar os briquetes

Verificar possível passagem de óleo pelas câmaras do cilindro

Prensa não retorna após a prensagem

Verificar nível de óleo

Mesmo regulando a válvula de pressão não consigo atingir a pressão desejada

Verificar condições da bomba hidráulica

Possíveis defeitos Soluções do dispositivo

7- Memorial de cálculos

7.0 Volume da caixa V= volume V=? ALCV ••= C= comprimento C=670 mm

200470670 ••=V L= largura L=470mm

³62980000mmV = A= altura A=200mm Sendo o peso específico da madeira (mais pesada ) p.esp= 1220 kg/m³ (De acordo com o livro Engº F. Provenza Projetista de máquina PRO-TEC)

Pmad= peso da madeira Pmad==? V= volume V= 62980000mm³ p.esp= peso específico da madeira p.esp= 1220 kg/m³

esppVPmad .•= ³)/(1220³)(62980000 mkgmmPmad •=

2,163•=Pmad (simplificado)

kgPmad 76= Pmad= 76 kg : Este é o peso da madeira que enche o volume da caixa

7.1 Cálculo da força exercida na estrutura da mesa

Ppm= peso em cada pé da mesa Ppm=? F= força F= 1000 kgf (prensa)+76 kg(volume da madeira)+82,9kg(peso da mesa)=1159kgf

4

FPpm =

4

1159=Ppm kgfPpm 290=

Utilizando o aço 1020 laminado (Tensão admissível Tadm=5kgf/mm² de acordo com a Tabela Bach)

Tadm= Tensão admissível

Ppm= peso em cada pé da mesa

S= área

L=largura

Τadm=S

Ppm S=

Tadm

Ppm S=

²/5

290

mmKgf

Kgf S=58mm²

²LS = 58² =L 58=L mmL 6,7=

S=58 mm² Esta é a área mínima que cada pé da mesa tem que ter para agüentar a força exercida sobre ela.

7.2 Momento Fletor Máximo (mf)

Mf= Momento fletor máximo

P= Força peso

C= Comprimento

24max

CPMf •=

2

670

4

1076max •=Mf 335269max •=Mf

mm

kgfMf 90115max=

Módulo de resistência a flexão (Wf)

Wf= módulo de resistência a flexão Wf=?

L= largura L=470 mm

A= altura (espessura da chapa) A=?

6

²ALWf

•= 6

²470 AWf

•=

Utilizando o aço 1020 laminado (Tensão admissível a flexão é de Tadm=5,5kgf/mm² de acordo com a Tabela Bach)

mm

kgfMf 90115max=

Tadm=5,5kgf/mm²

6

²470 AWf

•=

Wf

MfTadm

max= Tadm

MfWf

max=

(Substituindo)

5,5

90115

6

²470 =• A

5,5470

901156²

••=A

2585

540690² =A 16,209² =A

16,209=A mmA 15≅

mmA 15≅ Esta é a espessura mínima que a chapa tem que ter para que agüente a força exercida sobre ela.

7.3 Dimensionamento do Pino

OBS.: Cálculos feitos, tomando como base a utilização de dois pinos.

Mf= Momento fletor máximo = ?

P= Força peso (peso do molde) = 124kg

C= Comprimento = 696 mm

248max

CppMf ••=

2

696

4

124

8

124max ••=Mf 348315,15max ••=Mf

mm

KgMf 167214max=

Módulo de resistência

Utilizando o aço 1020 laminado (Tensão admissível a ruptura é de

Tadmr=²

33mm

Kgf de acordo com a Tabela Bach)

Utilizando π =3,14

Tadmr= Tensão admissível a ruptura =²

33mm

Kgf

Mf= Momento fletor máximo = mm

Kg167214

32

³dWf

•= π

Tadmr

MfWf

max= Substituindo Tadmr

Mfd max

32

³ =•π

33

167214

32

³ =• dπ

1,506732

³ =• dπ

14,3

321,5067³

•=d 14,3

147,162³ =d 639,51³ =d 396,513=d mmd 724,3=

mmd 724,3= É o diâmetro mínimo que o pino tem que ter para agüentar a força

exercida sobre ele.

8 - Conjunto de peças

Nº Componentes Qtde 1 Base superior (molde) 1 2 Base do fixador 4 3 Fixador 2 4 Base lateral (molde) 2 5 Base com rebaixo (molde) 2 6 Flange do pino 2 7 Pino 2 8 Base inferior (molde) 1 9 Régua divisória 1 10 Divisores (molde) 18 11 Base frontal (caixa) 2 12 Cantoneira simples 2 13 Base lateral (caixa) 2 14 Puxador 2 15 Base inferior (caixa) 1 16 Base superior da (mesa) 1 17 Pés (mesa) 4 18 Cantoneira com rasgo 2

9 – Custo do projeto

Valor do Aço: R$4,25 Kg Nº Componentes Qtde. Peso Custo 1 Base Superior (Molde) 1 27,4 R$ 144,85 2 Base do Fixador 4 0,687 R$ 11,68 3 Fixador 2 5,9 R$ 50,15 4 Base Lateral (Molde) 2 9,38 R$ 79,73 5 Base com Rebaixo (Molde) 2 9,35 R$ 79,48 6 Flange do Pino 2 0,154 R$ 1,31 7 Pino 2 2,61 R$ 22,19 8 Base Inferior (Molde) 1 26,36 R$ 112,03 9 Régua Divisória 1 2,65 R$ 11,26

10 Divisores (Molde) 18 0,95 R$ 72,68 11 Base Frontal (Caixa) 2 11,07 R$ 94,10 12 Cantoneira Simples 2 1 R$ 8,50 13 Base Lateral (Caixa) 2 7,94 R$ 67,49 14 Puxador 2 0,34 R$ 2,89 15 Superfície Inferior (Caixa) 1 28,94 R$ 123,00 16 Superfície Superior da (Mesa) 1 57,85 R$ 245,86 17 Pés (Mesa) 4 5,28 R$ 89,76 18 Cantoneira com Rasgo 2 0,966 R$ 8,21 TOTAL R$ 1.225,15

10 - CROQUIS