TCC - Artigo cientifico

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TCC - Artigo cientifico

  1. 1. Otimização do desgaste e semi-automação da máquina de descascamento de arroz Optimization the wear and semi-automation of the rice huller Ailton Martins de Almeida; Aluno de Engenharia Mecatrônica da UNIBAN. e-mail: ailtonma@click21.com.br Andreia Cristina Lopes da Silva; Aluna de Engenharia Mecatrônica da UNIBAN. e-mail: andreiacristina88@yahoo.com.br; Jackson Morais Paz; Aluno de Engenharia Mecatrônica da UNIBAN. e-mail: jprjackson@gmail.com.br; Osmar Gomes de Araújo; Aluno de Engenharia Mecatrônica da UNIBAN. e-mail: osmar.araujo@pemaceng.com.br; Tiago Aparecido Rodrigues; Aluno de Engenharia Mecatrônica da UNIBAN. e-mail: tgoeng@hotmail.com; Tiago Shizuo Torii. Aluno de Engenharia Mecatrônica da UNIBAN. e-mail: tiguilinge@hotmail.com; Orientador: Prof. Sandro Alencar Coordenador: Prof. Dr. Dirceu L. G. Fernandes
  2. 2. RESUMO O objetivo de nossa equipe é desenvolver a primeira máquina semi-automatizada para descascamento de arroz e conseguir, em tempo hábil, alcançar todos os quesitos de automação e segurança com eficiência e eficácia, levando em conta o que foi solicitado pelo nosso patrocinador, empresa “SUZUKI”. Utilizando diversos conhecimentos, tais como: eletrônica, elétrica, mecânica e pneumática, e também aplicação de diversos softwares para modelagem, desenhos, simulação de programas, entre outros. Palavras chave: Processamento do arroz. Descascador e separador. Automação e segurança da máquina. ABSTRACT The goal of our team is developing the first semi-automated rice huller and can achieve, in time, all questions of automation and security with efficiency and effectiveness, taking into account what has been requested by our sponsor, company "Suzuki". We use several knowledge, such as: electronic, electrical, mechanical and pneumatic and a lot of software for: modeling, drawing, simulation and others. Key-words: Rice Processing. Rice Huller. Automation and safety of the machine.
  3. 3. INTRODUÇÃO O projeto destina-se a minimizar o desgaste que ocorre na fricção entre dois rolos com a casca de arroz em uma máquina descascadora e separadora de arroz (totalmente mecânica) semi-automatizando esse equipamento, para diminuir o tempo de troca dos rolos de 30 para 5 minutos e monitorar as partes consideradas perigosas, tanto do ponto de vista da engenharia da empresa Suzuki, nossa patrocinadora quanto o de nossa equipe “Six Engineers”, para proteção dos operários. Para alcançar nosso intuito tivemos, pesquisamos e utilizamos vários conceitos e cálculos específicos nas áreas de elétrica, eletrônica, mecânica e pneumática e também utilizamos diversos tipos de software para modelagem, desenhos, simulações entre outros. Na área mecânica devemos ter conhecimentos a respeito de engrenagens, rolamentos, polias, correias, eixos e outros mecanismos presentes em nosso projeto de estudo, para podermos utilizar corretamente estes componentes para que sejam resistentes tanto do ponto de vista mecânico, para que tenham uma vida o mais longa possível; quanto do ponto de vista químico, para que resistam à abrasividade da casca do arroz. Na parte pneumática dimensionamos mais dois cilindros, para operar o novo sistema para troca de velocidade angular entre os rolos e para que essa troca seja realizada só e somente só com o motor desligado. Para a parte elétrica o único agravante foi efetuar o cálculo do motor para verificar se a utilização deste novo sistema de mudança da rotação dos rolos não obrigava a troca por outro motor com maior rotação. A parte eletrônica encarregou-se da segurança da máquina, com a utilização do microprocessador PIC16F877A e de sensores, ou seja, haverá um sensor para cada parte considerada com alta taxa de periculosidade. A função desse sistema será a de parar o motor principal do descascador e separador quando aberta as portas ou retirada às proteções, o que atualmente não ocorre. Pretendemos alternar a velocidade angular (rotação) dos rolos, com a montagem de um novo dispositivo composto, por componentes mecânicos e pneumáticos.
  4. 4. O componente eletrônico (PIC16F877A) e os sensores indutivos ficarão responsáveis pela segurança da máquina, onde os sensores estarão posicionados em pontos estratégicos. O painel que redimensionamos para atender a NR10 ficará encarregado de controlar e monitorar os motores (separador de casca, distribuidor de carga e tração dos roletes), o sistema pneumático (acionado por uma botoeira externa, que estará em local visível e de fácil acesso na máquina) e a segurança. Com relação à ergonomia sugerimos para a máquina: • Uma plataforma para tornar ergonômica a troca dos rolos, já que a janela de inspeção desta máquina encontra-se a uma altura desfavorável aos indivíduos abaixo de 1,65 m; • Uma base com escada marinheiro para evitar agachamentos, na hora da manutenção, deste modo atendendo a NR12 item 12.1.8 e proporcionando uma altura confortável para quem for fazer a manutenção da máquina. Para coletarmos todos os dados necessários e montarmos um bom acervo fotográfico para esse projeto realizamos duas viagens a Santa Cruz do Rio Pardo, local da empresa de nosso patrocinador e de um de seus clientes, para nos apresentarmos e visualizarmos a máquina em funcionamento e averiguar todos os pontos a serem alterados e protegidos. DESENVOLVIMENTO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO O arroz “in natura”, segue todo esse processo para tornar-se o arroz branco que utilizamos, para o arroz integral supre-se o brunimento, enquanto para o parbolizado aumenta-se etapas antes do descascamento que seriam o cozimento, a secagem e a gelatinização.
  5. 5. Figura 1 – Fluxograma do beneficiamento do arroz Fonte: acervo pessoal MÁQUINA Descascador de arroz e separador de casca conjugados equipamento que retira e separa a casca dos grãos de arroz. O descascamento é obtido através do fluxo de grãos de arroz que passa entre um par de roletes descascadores (6) disposto paralelamente e que giram com um pequeno diferencial de rotação, ocasionando a fricção dos mesmos com a borracha dos rolos. A pressão e a
  6. 6. distância entre os roletes são controladas através de sensores e quadro de comando. A separação da casca, resultante do descasque é feita através de uma câmara fechada de ventilação. Figura 2 – Máquina “DSC3000” e fluxograma do descascador Fonte: Máquinas Suzuki 1. Rampa direcionadora; 2. Moega de entrada; 3. Sensor corta fluxo; 4. Rolete distribuidor; 5. Regulador da rampa direcionadora; 6. Rolos descascadores. O nosso objeto de estudo e desenvolvimento de nosso processo a princípio foram os rolos e o desgaste, conforme a seqüência abaixo, onde podemos observar a evolução do rolo novo até o momento de troca, no qual já foi totalmente gasto e precisar ser trocado. Figura 3 – Desgaste dos rolos descascadores Fonte: Cerealista Nardo FLUXO
  7. 7. SOLUÇÃO Após a primeira idéia não ser executável, sistema de catraca nas polias, o grupo reuniu-se para procurar outra solução. Então foi proposto o sistema abaixo, com utilização de acoplamento engrenado, sistema pneumático, e mais um jogo de polias, uma para o eixo móvel e outra para o fixo, para que no mesmo eixo exista uma polia com diâmetro menor e outra maior. Figura 4 – Sistema convencional da tração dos rolos Fonte: Acervo pessoal Figura 5 – Sistema proposto Fonte: Acervo pessoal
  8. 8. Para utilizar-se deste processo com mudança pneumático para alteração da rotação dos rolos, é necessário que os motores estejam desligados, como pode ser averiguado através das figuras 04 a 06. Com a certeza dos motores parados há a possibilidade de apertar-se um botão, que estará em local visível e adequado, para acionamento do processo pneumático que aciona dois cilindros pneumáticos cujos pistões terão curso de 100 mm. Esses pistões movimentam os braços mecânicos (alavancas) que por sua vez agem sobre os acoplamentos engrenados que modificam as posições das polias nos eixos, móvel e fixo, ou seja, se a princípio no eixo fixo encontra-se a polia de menor diâmetro e maior rotação e no móvel a de maior diâmetro e menor rotação após a utilização deste sistema haverá a inversão destas rotações permitindo a troca da velocidade angular. SEGURANÇA DA MÁQUINA. Como opcional ao projeto de automatização estamos oferecendo a empresa Suzuki uma opção para a segurança com utilização de sensores indutivos e do microcontrolador PIC 16F877A, para as partes que consideramos de maior periculosidade, conforme figura 25, atendendo as normas da ABNT NBR5031 e ABNT NBR11723. Vantagens: • Os sensores não têm contato físico, portanto maior vida útil; • Garantia de parada da máquina, em qualquer porta que for acionada, mantendo a segurança de quem esteja manuseando a máquina. Nosso intuito é através da utilização do PIC monitorar essas cinco regiões para que o equipamento desligue quando aberta as portas (2, 4 e 5) ou quando retiradas as grades de proteção (1 e 3).
  9. 9. Figura 6 - Principais locais para a instalação dos sensores Fonte: Acervo pessoal CONCLUSÃO A seguir um breve relato sobre os custos e benefícios da semi-automatização do processo. CUSTOS Figura 7 – Gráfico do custo com a solução mecânica para o produto Fonte: Arquivo pessoal
  10. 10. BENEFÍCIOS Com o novo sistema haverá a alteração da rotação dos eixos das polias e dos rolos, aumentando tanto a produção quanto melhorando a qualidade do produto final, já que com o desgaste uniforme dos rolos conseqüentemente a produção de arroz quebrado irá diminuir. Figura 8 – Gráfico das diferenças após a implementação Fonte: Acervo pessoal Para os gráficos acima consideramos o mês com 23 dias úteis com 08 horas diárias de trabalho.
  11. 11. VANTAGENS Dentre as vantagens podemos citar: Redução no tempo gasto para a troca da rotação dos rolos; Aumento na produção; Melhor qualidade do produto final; Diminuição nos acidentes ocorridos; Sistema ergonômico. DESVANTAGENS A única desvantagem será o aumento no custo da máquina com essas melhorias. A solução encontrada pelo grupo foi ofertar essas melhorias como kits opcionais: Kit mecânico; Kit de segurança (elétrica). PROPOSTAS E MELHORIAS • Mecânica: parceria com empresas para confecção dos componentes usinados pela Suzuki, utilização de materiais de menor custo, porém de qualidade e resistência aos usados; • Eletroeletrônica: Utilização de outro acessório eletrônico mais barato e compacto que o PIC 16F877A e de outros componentes eletroeletrônicos, porém de qualidade igual ou superior aos utilizados, para diminuir o custo e o tamanho do painel; • Segurança: Utilização de outros tipos de sensoriamento mais avançados que serão desenvolvidos, que possuam melhor precisão e mais compactos. • Elaboração de cálculos estruturais para alterar o layout da máquina e para utilização de outros componentes que barateiem o valor final do equipamento.
  12. 12. REFERÊNCIAS ALMEIDA, Cláudio; SIMÃO, Luiz. Empresa Máquinas Suzuki. Disponível em: <http://www.brsuzuki.com.br>. Acesso em: 18 abr. 2008. ARAÚJO, Osmar Gomes et al. Otimização do desgaste e semi-automação da máquina de descascamento de arroz. Osasco: UNIBAN, 2008. 80 p. CONSELHO DE GRADUAÇÃO, NÚCLEO DE BIBLIOTECAS UNIBAN, 2008, São Paulo. DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO DE UM ARTIGO CIENTÍFICO. São Paulo: UNIBAN, 2008. 14 p. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. Processamento de arroz. Disponível em: <http://www.ufrgs.br/alimentus/terradearroz/grao/gr_casca.htm>. Acesso em: 13 abr. 2008.

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