UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
LICENCIATURA EM ENGENHARIA E GESTÃO INDUSTRIAL
PROJECTO DE CURSO
PROJECÇÃO DE UMA MÁQUINA ELÉCTRICA TRITURADORA DE COCOS
Discente:
Supervisor:
Gemo, Assuryan Mindó Francisco
Engº. Tomás Salomão
Maputo, Dezembro de 2023
UNIVERSIDADE EDUARDO MONDLANE
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
CURSO DE LICENCIATURA EM ENGENHARIA E GESTÃO INDUSTRIAL
PROJECTO DE CURSO
PROJECÇÃO DE UMA MÁQUINA ELÉCTRICA TRITURADORA DE COCOS
Discente:
Supervisor (s)
Gemo, Assuryan Mindó Francisco
Maputo, Dezembro de 2023
Engo Tomás Salomão
Projeccao de uma maquina a energia solar para triturar cocos
Assuryan Gemo
PMETC
Índice
AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. I
DEDICATÓRIA ...................................................................................................................... II
DECLARAÇÃO DE HONRA .............................................................................................. III
ÍNDICE DE TABELAS ........................................................................................................ IV
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................................................... V
LISTA DAS ABREVIATURAS UTILIZADAS ................................................................. VI
RESUMO............................................................................................................................. VIII
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO. ............................................................................................ 1
1.1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 1
1.2 PROBLEMÁTICA .................................................................................................................. 1
1.3 PROBLEMA ......................................................................................................................... 2
1.4 OBJECTIVO DO TRABALHO ................................................................................................. 2
1.4.1 OBJEVTIVO GERAL .......................................................................................................... 2
1.4.2 OBJECTIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 2
1.5 HIPÓTESE/PROPOSIÇÕES ..................................................................................................... 2
1.6 PERGUNTAS DA INVESTIGAÇÃO .......................................................................................... 3
1.7 A IMPORTÂNCIA OU RAZÕES QUE MOTIVAM O ESTUDO: ..................................................... 3
1.8. METODOLOGIA DE PESQUISA ............................................................................................ 3
1.9 ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................................................................ 3
CAPÍTULO 2 REVISÃO DE LITERATURA....................................................................... 5
2.1 COCO ................................................................................................................................. 5
2.2 PROPRIEDADES FÍSICAS DA CASCA DE COCO ....................................................................... 5
2.3 TIPOS DE COCO ................................................................................................................... 5
2.4 DISTRIBUIÇÃO .................................................................................................................... 5
2.5 COLHEITA .......................................................................................................................... 6
2.6 PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM O BIOPROCESSO .............................................................. 8
2.6.1. Humidade .................................................................................................................. 8
2.6.2 Potencial hidrogeniónico – pH ................................................................................... 9
2.6.3 Temperatura ............................................................................................................... 9
2.6.4. Relação Carbono/Nitrogênio (C/N) .......................................................................... 9
2.6.5. Altura da leira .......................................................................................................... 10
2.6.6. Granulometria do resíduo ........................................................................................ 10
2.7. COMPOSTAGEM ............................................................................................................... 11
2.7.1. Matérias-primas para compostagem........................................................................ 12
2.8 EQUIPAMENTOS PARA TRITURAÇÃO DE COCO VERDE ....................................................... 14
2.8.1 Método de Descasque Manual ................................................................................. 14
2.8.2 Máquina Trituradora Automática ............................................................................. 15
2.8.3 Triturador de Fibras de coco TRC-40 ...................................................................... 17
PMETC
CAPÍTULO 3: CONTEXTUALIZAÇÃO DA INVESTIGAÇÃO .................................... 18
3.1 ESTADO ACTUAL DO OBJECTO DA INVESTIGAÇÃO ............................................................ 18
3.1.1 Componentes ............................................................................................................ 18
3.2 Princípio de Funcionamento ....................................................................................... 19
CAPÍTULO 4: METODOLOGIA DE RESOLUÇÃO DO PROBLEMA ........................ 21
4.1 PARÂMETROS GEOMÉTRICOS DO TRITURADOR ................................................................. 21
4.1.1. Parâmetros Gerais das Engrenagens ..................................................................... 21
4.2. RELAÇÃO DE TRANSMISSÃO DAS ENGRENAGENS ........................................................ 22
4.3. TORQUE .......................................................................................................................... 23
4.4. FORÇAS ACTUANTES NAS ENGRENAGENS ....................................................................... 23
4.5. TRANSMISSÃO POR CORREIA ........................................................................................... 24
CAPÍTULO 5 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 29
5.1 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................................ 29
CAPÍTULO 6 CONCLUSÕES E RECOMENDACÕES ................................................... 31
6.1. CONCLUSÕES .................................................................................................................. 31
6.2 RECOMENDAÇÕES ............................................................................................................ 31
6.3 LIMITAÇÕES DA PESQUISA ................................................................................................ 32
6.4 SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS .......................................................................... 32
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 33
ANEXOS ................................................................................................................................. 34
PMETC
AGRADECIMENTOS
Este projecto resume uma enorme dedicação e esforço prestados ao longo destes pouco mais de
cinco meses nos quais decorre a disciplina.
Tal como muitos me disseram, com convicção, no decorrer destes meses, nada se faz, bem feito,
sem trabalho, empenho e dedicação. Por vezes, essas atitudes referidas pareciam querer “cair
por terra”, mas muitos foram os que me ajudaram, apoiaram e aconselharam, aos quais quero
deixar, neste espaço, o meu profundo e sincero agradecimento.
Agradeço aos Engenheiros Inácio Lhate e Viandro Andaque, enquanto docentes da disciplina,
pela cordialidade demonstrada e pelos ensinamentos e conselhos prestados no decorrer do
semestre.
Ao meu supervisor, Engenheiro Tomás Salomão, agradeço o apoio manifestado, que constituiu
uma reflexão estimulante, contribuindo para a minha aprendizagem, mas sobretudo, por me ter
dado o privilégio de conhecer um modelo exímio de ser humano e de excelência na profissão.
A todo o corpo de docentes que, ao longo destes anos me instruíram, formaram enquanto
profissional e ser humano, ajudaram, corrigiram e que, construtivamente me criticaram,
proporcionando que me torne bom profissional futuramente na área de engenharia.
Aos meus colegas, em especial ao Damião Alame e ao Carlos Cumbe pelo seu auxílio
fundamental em vários momentos, e também pela sua generosidade, cooperação e motivação.
Ao Nazário Zopene, pela sua cooperação e companheirismo, mas principalmente pela sua ajuda
e amizade que tive o prazer de receber e de retribuir ao longo destes 10 anos.
Finalmente, e não menos importante, aos meus pais, irmãos, tias e avó pelo apoio, paciência,
compreensão e motivação que, desde início, me deram e que, indubitavelmente, foram
preponderantes na concretização deste meu objectivo.
I
PMETC
DEDICATÓRIA
Aos meus Pais…
II
PMETC
DECLARAÇÃO DE HONRA
Eu, Assuryan Mindó Francisco Gemo declaro por minha honra que o presente projecto
final do curso é exclusivamente de minha autoria, não constituindo cópia de nenhum
trabalho realizado anteriormente e as fontes usadas para a realização do trabalho
encontram-se referidas na bibliografia.
Assinatura: __________________________________
(Assuryan Gemo)
III
PMETC
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1:. Principais Produtores de Fibra de Coco no Mundo ................................................... 7
Tabela 2: Principais Produtores de Coco no Mundo em 2001. ................................................. 7
Tabela 3: Composição química em 100g de coco .................................................................... 13
Tabela 4:Sais minerais contido em 100g de coco..................................................................... 14
Tabela 5: Especificações Técnicas da Máquina TCG15eco 16.5d ........................................... 16
Tabela 6: Especificações Técnicas da Máquina TRC-40 ......................................................... 17
Tabela 7: Lista de componentes necessários ao projecto ........................................................ 29
IV
PMETC
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1:Fonte: Catracalibre.com.br ........................................................................................... 5
Figura 2: Camadas do coco ...................................................................................................... 12
Figura 3:Descasque Manual de Cocos para Compostagem...................................................... 15
Figura 4: Máquina Trituradora Automática ............................................................................. 15
Figura 5:Fibras compostadas pela máquina TCG15eco 16.5d ................................................. 16
Figura 6: Máquina de Compostagem Doméstica TRC-40 ....................................................... 17
Figura 7: Alçados da Máquina.................................................................................................. 18
V
PMETC
LISTA DAS ABREVIATURAS UTILIZADAS
𝐾1 – é o coeficiente de regime de carga (𝐾1 = 1,0);
𝐾2 – é o coeficiente que considera as condições climáticas (𝐾2 = 1 para zonas centrais);
𝑇med – é o regime de exploração médio com vibrações moderadas (𝑇med = 2 000);
a – distância interaxial;
da -diâmetro externo;
db – diâmetro de base;
dc – diâmetro primitivo;
df – diâmetro interno;
E – é o módulo de elasticidade (206000 MPa);
Fn – é a força normal exercida sobre as engrenagens (em Newtons);
Fr - é a força radial exercida sobre as engrenagens (em Newtons);
Ft – é a força tangencial exercida sobre as engrenagens (em Newtons);
Fv – é a força centrifuga;
hf – altura do pé;
m- é o módulo (4 mm);
p1 – é o passo da primeira engrenagem (em milímetros);
p2 – é o passo da primeira engrenagem (em milímetros);
Pred = passo resultante do conjunto das duas engrenagens (em milímetros);
Q - máx- quantidade de material a processar, (2000 kg);
U – é a frequência de passagens;
Z1 = Z2 é o número de dentes (30 dentes);
α – é o ângulo de pressão (20o);
β – é o ângulo de hélice (0o);
ნH – Tensão de contacto.
𝐴 – é a área da secção transversal da correia (para secção A, 𝐴 = 81 ∗ 10−6 𝑚2)
𝐶𝑖 – é o coeficiente de relação de transmissão;
𝐶𝑙 – é o coeficiente de comprimento da correia;
VI
PMETC
𝐶𝑟 – é o coeficiente de regime de carregamento;
𝐶𝛼 – é o coeficiente do ângulo de abraçamento;
𝑃0 – é a potência respectiva por cada correia [𝑘𝑊];
𝑙 – é o comprimento da correia (𝑙 = 0,4 𝑚);
𝑣 – é a velocidade linear da correia (𝑣𝑐𝑜𝑟 = 3,145 𝑚/𝑠);
𝜌 – é a massa especifica da correia (𝜌 = 1 250 𝑘𝑔/𝑚3 );
VII
PMETC
RESUMO
O presente trabalho destina-se a projeção de uma máquina para compostagem de fibras de coco
para a produção de substratos agrícolas. Moçambique é um grande produtor de cocos, a nível
mundial, contendo as suas plantações uma área de cerca de 160000 hectares. Entretanto, por
detrás dessa volumosa produção, surge um problema de acúmulo de cascas de coco, resultante
do subaproveitamento das mesmas, quer pelas indústrias, bem como pela comunidade no geral.
Assim, com este projecto, propõe-se uma solução à questão de gestão desses resíduos sólidos,
que são, de lenta decomposição, mas que quando processados, como será apresentado neste
trabalho podem se tornar grandes aliadas a natureza como remineralizantes biodegradáveis do
solo e como instrumentos de combate a erosão, e que a sua comercialização pode servir como
fonte de renda para a comunidade.
Palavras-chave: Triturador, coco
VIII
PMETC
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO.
1.1 Introdução
A província da Zambézia está situada na zona centro do país. A sua capital é a cidade de
Quelimane, localizada a cerca de 1600 quilómetros ao norte de Maputo. No topo leste da zona
central de Moçambique, está limitada a norte pelas províncias de Nampula e Niassa, a Este pelo
Canal de Moçambique, no Oceano Indico e a Sul pela província de Sofala. A oeste, para alem
da província de Tete, surge também o Malawi.
A província de Zambézia é a maior produtora de cocos em Moçambique, com uma área de
produção de cerca de 110000 hectares (cerca de 70% da produção nacional-160000), sendo que
o sector familiar cultiva uma área media de 0.75 hectares, o que torna a economia dessa zona
costeira dependente em grande parte do coqueiro, que afecta directa ou indirectamente cerca de
1 milhão de pessoas entre produtores, comerciantes e indústrias.
À exceção das fibras de madeira, as fibras vegetais em geral representam um recurso natural
renovável relativamente pouco explorado e presente em abundância na maior parte dos
chamados países “em desenvolvimento”. Tecnologias nativas voltadas para o uso racional e
sustentado desses recursos podem trazer novas oportunidades de desenvolvimento para regiões
onde fibras vegetais se façam disponíveis por meio de cultivos dedicados ou como resíduo
gerado de atividade agroindustrial.
Em regiões extremamente carentes, a introdução de espécies produtoras de alimento e fibras
proporciona uma fonte relativamente segura de recursos mínimos necessários à subsistência,
sendo parte fundamental de projetos de desenvolvimento sustentável bem-sucedidos em países
como Índia, Nepal e no Brasil. (MITSCHEIN et al., 1994).
1.2 Problemática
Nas zonas rurais da província de Zambézia, a casca de coco, constitui uma matéria-prima
abundante, visto que existe um subaproveitamento da mesma. é sabido, que o período de
composição da casca de coco é de cerca de 10 anos, pelo que, o mesmo contribui para o acúmulo
de lixo nas zonas rurais da província. Por outro lado, essas cascas de coco subaproveitadas,
podem constituir fonte de renda as pessoas de baixa renda e os pequenos agricultores podem se
fazer valer da mesma para como sendo um substracto agrícola ou fertilizante. A província
actualmente apresenta os seguintes problemas:
a) Acumulo de resíduos sólidos;
1
PMETC
b)A compostagem do coco, feita de forma manual é demorada;
c) Baixa produtividade e lentidão no processo de trituração da casca de coco;
d)Maiores riscos de acidentes no processo e comprometimento da ergonomia.
A máquina por ser projectada, irá funcionar a base de energia eléctrica, e visa eliminar ou
reduzir o subaproveitamento das cascas de coco que acabam constituindo lixo, associando as
mesmas a uma oportunidade de renda a partir da venda do substracto agrícola que vão passar a
ser processadas duma maneira mais célere, e sem muito esforço humano.
1.3 Problema
O processo de compostagem manual requer alguns golpes na fibra com objectos contundentes,
o que para além de ser lento é também perigoso, cansativo e dispendioso, pois exige muito do
esforço e habilidades humanas. É mesmo por esse motivo que o autor deste projecto, identifica
a necessidade de melhorar todo o processo de compostagem com vista a melhorar a
produtividade e eficiência do processo.
1.4 Objectivo do trabalho
1.4.1 Objevtivo Geral
O presente trabalho tem como objectivo geral “projectar uma máquina para trituração de cascas
de coco, para posterior compostagem”. Contribuir, meio ambiente, geração de emprego,
desenvolvimento das comunidades
1.4.2 Objectivos específicos
✓ Descrever a composição e o princípio de funcionamento da máquina;
✓ Definir as características técnicas da máquina;
✓ Dimensionar os elementos que compõem a máquina.
1.5 Hipótese/proposições
•
A actividade de compostagem manual do coco e o descarte indevido das cascas de coco,
podem ser resolvidos com a utilização de uma máquina de trituração de cocos, o que
2
PMETC
vai acelerar o processo, e também ajudar a reduzir o impacto ambiental desses resíduos
de longo período de decomposição.
1.6 Perguntas da investigação
✓ Que resultados são esperados na máquina projectada?
✓ Que impacto terá a máquina projectada na redução de impactos ambientais
causados com o descarte incorrecto do coco?
✓ Que impacto terá a máquina em relação a redução da degradação da paisagem?
1.7 A importância ou razões que motivam o estudo:
A província da Zambézia é a maior produtora de cocos de Moçambique, sendo responsável pela
produção de cerca de 75% da produção nacional, no entanto, apos o consumo do coco, as suas
cascas são descartadas, causando prejuízos ao ambiente, pois os mesmos levam cerca de 8-10
anos para se decomporem. No entanto, vários estudos, comprovam que a casca de coco, quando
tratada, pode constituir uma vantagem para o ambiente, servindo como um remineralizante
natural, ou mesmo para prevenir a erosão. Assim, este facto, leva a que se abrace esta
oportunidade, com a construção desta máquina de accionamento eléctrico de fazer uma renda
com a comercialização de cascas de cocos tratadas, o que pode servir como substractos
agrícolas para a população local.
1.8. Metodologia de Pesquisa
Para a realização do presente trabalho, fez-se uma pesquisa bibliográfica, que consiste no
levantamento de referências teóricas já analisadas, e publicadas por meios escritos e eletrônicos,
como livros, artigos científicos, páginas de web sites. O autor fez uma pesquisa para a
identificação dos métodos já usados e as suas limitações com vista a projectar uma máquina
que pudesse melhorar o processo. Após isso, o autor elaborou um desenho e determinou a
características técnicas e avaliou a viabilidade do projecto.
1.9 Estrutura do trabalho
Este trabalho é composto por seis capítulos nomeadamente, Introdução, Revisão da Literatura,
Contextualização, Metodologia de Resolução de Problema, Apresentação e Análise dos
Resultados, Conclusões e Recomendações.
3
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No capítulo Introdução são apresentados os objectivos do trabalho, as hipóteses, perguntas de
investigação e as razões que justificam a elaboração do mesmo.
No capítulo Revisão da Literatura é exposto referencial teórico detalhado que sintetiza
informações relevantes sobre o coco, as teorias principais e a sua evolução histórica.
No capítulo Contextualização, descreve-se o estado actual do objecto em estudo que é a
paisagem da Província de Zambézia.
No capítulo da Metodologia de Resolução do Problema são apresentados alguns métodos para
aproveitar ao máximo possível a compostagem.
O capítulo Apresentação, analise e discussão dos resultados apresenta os resultados obtidos pela
implementação dos dados.
No capítulo Conclusão encerra-se o trabalho com análise crítica dos resultados, as
recomendações, limitações da pesquisa, sugestões para futuros trabalhos e verificação do
alcance do objectivo proposto.
4
PMETC
CAPÍTULO 2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Coco
O fruto coco (Cocos nucífera, Arecaceae) é proveniente da palmeira coqueiro (Cocos nucífera)
e seu cultivo está presente nas actividades agrícolas de mais de 90 países, sendo empregado,
principalmente, no ramo alimentício (BRAINER, 2018).
Figura 1:Fonte: Catracalibre.com.br
2.2 Propriedades físicas da casca de coco
O valor determinado para a densidade básica obtido neste trabalho (0,13 g/cm³) condiz com o
valor descrito por Vale et al. (2004), de 0,11 g/cm³ e está próximo ao valor do trabalho
desenvolvido por Van Dam et al. (2006), de 0,15 g/cm³.
2.3 Tipos de coco
O gênero Cocos é constituído pela espécie Cocos nucífera L., a qual é composta pelas
variedades Typica (var. Gigante) e Nana (var. Anã). Os híbridos de coqueiro mais utilizados
são resultantes dos cruzamentos entre essas variedades. O coqueiro é considerado uma das
árvores mais importantes do mundo, e sua exploração gera empregos e renda em mais de 86
diferentes países, onde seus frutos podem ser consumidos na forma natural ou industrializada
na forma de mais de 100 produtos e subprodutos, além da raiz, estipe, inflorescência, folhas e
casca que geram diversos subprodutos ou derivados de grande interesse económico. Esta
palmeira também é utilizada como planta paisagística para embelezar praças, canteiros
públicos, xácaras e fazendas.
2.4 Distribuição
Os cocos espalharam-se através dos trópicos, em particular ao longo da linha costeira tropical.
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Como o seu fruto é pouco denso e flutua, a planta é espalhada prontamente
pelas correntes marinhas que podem carregar os cocos a distâncias significativas. A palmeira
do coco prospera em solos arenosos e salinos nas áreas com luz solar abundante e pancadas de
chuva regulares (75–100 cm anualmente).
Já foram encontrados cocos transportados pelo mar tão ao norte como na Noruega em estado
viável, que germinaram subsequentemente em circunstâncias apropriadas. Entretanto, nas ilhas
do Havaí, o coco é considerado como introdução, trazida primeiramente às ilhas há muito tempo
por viajantes polinésios de sua terra natal no Sul do Pacífico.
2.5 Colheita
O coqueiro caracteriza-se pela produção escalonada durante todo o ano, com variações
estacionais. Em média, são colhidos 12 a 14 cachos/ano para as variedades de coqueiro-Gigante
e Anã, respectivamente. Quando a produção se destina ao consumo da água de coco, o fruto
deve ser colhido entre 6 e 8 meses de idade. Quando o destino da produção é a industrialização
e/ou venda do fruto seco no estado natural, como também para utilização da semente para
produção de mudas, a colheita deverá ser realizada entre 11 e 12 meses de idade.
O fruto maduro apresenta cor castanha, com peso inferior ao do fruto verde. Ao completar a
maturação, o fruto desprende-se do cacho e cai. Embora seja mais económica a coleta de frutos
caídos, é comum a colheita trimestral, com o objetivo de concentrar a mão de obra para a coleta
de maior número de frutos, reduzindo também a possibilidade de roubo e o risco de germinação,
no caso das variedades mais precoces. São colhidos, em média, três cachos por colheita.
Em plantios de coqueiros anões, a colheita pode ser realizada com maior frequência; neste caso,
tomando-se os devidos cuidados para evitar a queda do cacho e consequentemente a rachadura
dos frutos. Com o crescimento das plantas, os custos de colheita do coco verde elevam-se
substancialmente, em função das dificuldades de coleta dos cachos, uma vez que aumentam as
dificuldades do operador para realização do corte do pedúnculo e a utilização do sistema com
vara e ancinho na extremidade, para colher os frutos sem causar impacto com o solo. Esta
situação pode ser observada, em média a partir dos 15 anos de idade quando as plantas se
encontram em plena produção.
No caso do coco seco, a colheita é realizada manualmente, onde os “tiradores” utilizam as
“peias” de couro ou de material sintético para subir no coqueiro. Em média, um “tirador” é
capaz de subir em 60 plantas/dia colhendo dois ou três cachos por planta.
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O maior produtor mundial de coco, segundo dados estatísticos da FAO Production Yearbook
de 1999, é a Indonésia, com produção anual superior a 14 milhões de toneladas e responsável
por 30% da produção mundial. Em segundo e terceiro lugares aparecem as Filipinas, com
22.6%, e a Índia, com 21% da produção mundial de 48.569 mil toneladas/ano. A Ásia concentra
86% da produção mundial de cocos. O Brasil aparece em 9° lugar no ranking com 1.5% do total
produzido no mundo.
Tabela 1:. Principais Produtores de Fibra de Coco no Mundo
PAÍS
PRODUÇÃO (Toneladas)
ÍNDIA
555000
SRI LANKA
134000
MALÁSIA
27400
BANGLADESH
11390
TAILÂNDIA
9000
MUNDIAL
736790
Fonte: FAO (2001)
Tabela 2: Principais Produtores de Coco no Mundo em 2001.
PAÍS / REGIÃO
PRODUÇÃO (Toneladas)
NDONÉSIA
17.000.000
FILIPINAS
10.100.000
ÍNDIA
9.151.500
SRI LANKA
1.950.000
TAILÂNDIA
1.373.162
MÉXICO
1.163.000
VIETNAM
968.000
MALÁSIA
713.000
BRASIL
1.999.106
AFRICA
1.703.100
AMÉRICA LATINA & CARIBE
4.034.610
ÁSIA
41.862.456
OCEANIA
2.161.685
MUNDIAL
49.761.851
Fonte: FAO (2001)
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PMETC
2.6 Parâmetros que influenciam o bioprocesso
Segundo FRANCISCO (2015), fatores como umidade, pH, temperatura, relação C/N e
composição do resíduo, afetam o processo de compostagem e o produto final. Esses parâmetros
possuem ligação de alta dependência uns dos outros, ou seja, é necessário um equilíbrio óptimo
para haver optimização do processo de compostagem.
2.6.1. Humidade
A humidade para o processo de compostagem é de extrema importância devido ao fato de ser
um processo biológico que atua diretamente na decomposição da matéria orgânica, a humidade
segundo FRANCISCO (2015), é imprescindível para satisfazer as necessidades fisiológicas dos
microrganismos envolvidos no bioprocesso. Para PIRES (2013), a qualidade e a velocidade do
bioprocesso dependem do controle da quantidade de água existente na matéria orgânica,
tornando-se um parâmetro importante para garantir a compostagem dos resíduos orgânicos.
Segundo MILLER, (1993) citado por SUNDBERG, (2005), para os micro-organismos não há
limite superior para o teor de água como tal, mas a humidade excessiva reduz o espaço de ar na
matriz de compostagem e, assim, causa a limitação de oxigênio, portanto, a humidade ideal do
substrato no início da compostagem é de fundamental importância para o desenvolvimento
correto do processo, sendo necessário o conhecimento da quantidade de água acrescentada para
humidecer o substrato de forma ideal (SANCHUKI, 2011).
O teor ótimo de umidade no processo de compostagem situa-se entre 50 e 60% (PIRES, 2013).
Entretanto, valores de humidade acima de 60% provoca aglutinação de partículas, restringindo
sobremaneira a difusão de oxigênio, o que causa a redução da concentração de oxigênio para
valores menores que levam à instalação de condições anaeróbicas na massa de compostagem
(FRANCISCO, 2015). Esses problemas culminam com a queda da velocidade de degradação
da matéria orgânica acompanhada pela emissão de odores desagradáveis, atração de vetores e
formação de chorume (OLIVEIRA et al., 2008). Se o teor de umidade de uma mistura é inferior
a 40%, a atividade biológica é inibida, bem como a velocidade de biodegradação
(FERNANDES & SILVA, 1996). Porém, como há perdas de água devido à aeração, em geral,
o teor de humidade do composto tende a diminuir ao longo do processo.
8
PMETC
2.6.2 Potencial hidrogeniónico – pH
Para DERISIO (2012), o potencial hidrogeniónico ou simplesmente pH, é a relação numérica
que expressa o equilíbrio entre iões (H+) e iões (H-). O pH do composto pode ser indicativo do
estado de compostagem dos resíduos orgânicos. (OLIVEIRA et al., 2008).
Geralmente a leira de compostagem, que é a forma de disposição de material em
biodegradação, tem no início do processo um pH ácido, isso é devido ao material orgânico,
comumente utilizado como matéria-prima, ser de natureza ácida. (FRANCISCO, 2015).
Segundo OLIVEIRA et al., (2008), à medida que os fungos e as bactérias digerem a matéria
orgânica liberam ácidos que se acumulam e acidificam o meio. Este pH ácido favorece o
crescimento de fungos e a decomposição da celulose e da lignina. (FRANCISCO, 2015).
2.6.3 Temperatura
A temperatura é uma grandeza física que mensura a energia cinética média de cada grau de
liberdade de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico. (SÜSS, 2016).
A temperatura do ambiente, onde se realiza o processo de compostagem, é um dos fatores de
grande relevância no processo de transformação da matéria orgânica. (OLIVEIRA et al., 2008).
Segundo OLIVEIRA et al., (2008). “O desenvolvimento da temperatura está relacionado com
vários fatores, materiais ricos em proteínas, baixa relação Carbono/Nitrogênio, humidade e
outros. Materiais moídos e peneirados, com granulometria fina e maior homogeneidade,
formam montes com melhor distribuição de temperatura e menor perda de calor”. Segundo
JERIS & REGAN (1975), apud FRANCISCO (2015), a temperatura óptima é considerada
como sendo de aproximadamente 60 °C de acordo com as taxas máximas de respiração, tais
como taxa de absorção de oxigênio e taxa de evolução de CO2.
2.6.4. Relação Carbono/Nitrogênio (C/N)
Segundo FRANCISCO (2015), o carbono e nitrogênio são as principais fontes de energia e
formação de proteínas dos microrganismos. Esses dois elementos, em proporções adequadas,
caracterizam-se como fundamentais para o processo de compostagem, seja ele natural ou
acelerado.
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Para BARRINGTON et al, 2001; OLIVEIRA et al, 2008; COUTH & TROIS, 2012) apud
Francisco (2015), os micro-organismos absorvem o carbono e o nitrogênio numa proporção de
30 partes de carbono para uma parte de nitrogénio. Partindo desse pressuposto 30/1 é a relação
C/N do substrato ótima para iniciar a compostagem. Para relações C/N inferiores o nitrogênio
ficará em excesso e poderá ser perdido em forma de amoníaco causando odores desagradáveis
(Oliveira et al., 2008).
Segundo MANIOS (2003) apud FRANCISCO (2015), a elevada relação C/N, ocasiona uma
baixa disponibilidade de nitrogénio que restringe severamente a estabilidade microbiana do
resíduo em compostagem, ou seja, a quantidade de nitrogênio não será suficiente para garantir
a síntese de proteínas o que causará desenvolvimento limitado dos microrganismos. Segundo o
mesmo autor, corrigir a quantidade de nitrogênio para ajustar a relação C/N é uma etapa
fundamental para garantir uma boa compostagem. Isso é realizado utilizando ureia e nitrato de
amônio como fonte de nitrogênio, o que ajuda a iniciar o processo de compostagem e manter
intensa a atividade metabólica dos microrganismos.
2.6.5. Altura da leira
A altura da leira é um importante parâmetro para a melhor dinâmica do processo de
compostagem acelerada. Para Nunes (2009), se o processo de compostagem não for conduzido
de maneira correta, será inevitável o escorrimento de um líquido escuro e de mau cheiro, o
chorume, proveniente do dimensionamento inadequado das leiras. Segundo o mesmos autor a
configuração da leira tem relação direta com as épocas de chuvas e devem oferecer facilidade
para o manejo no período de reviramento.
2.6.6. Granulometria do resíduo
A granulometria, é utilizada para determinar as dimensões físicas de partículas de amostras que
sejam sólidas, objetivando-se a classificação do tamanho de partículas específicas. A
determinação de suas características físicas é realizada a partir do tamanho das partículas a
serem compostadas, pois, tem influência direta no tempo e na qualidade do processo da
compostagem do resíduo de coco verde. (PIRES, 2013). Segundo FRANCISCO (2015), a
fração do resíduo deve proporcionar um suporte estrutural e uma superfície de contato muito
favorável, criando espaços de ar livre no resíduo orgânico. Isso garante espaços livre permitindo
10
PMETC
a movimentação de moléculas de oxigênio na biomassa, o que consequentemente assegura a
taxa de atividade microbiana aeróbica (VIEIRA, 2013).
2.7. Compostagem
A compostagem é um: “Processo de decomposição biológica da fração orgânica biodegradável
dos resíduos, efetuado por uma população diversificada de organismos, em condições
controladas de aerobiose e demais parâmetros, desenvolvido em duas etapas distintas: uma de
degradação ativa e outra de maturação.”
Existe basicamente, três métodos de compostagem, a natural, a acelerada e a biotecnológica. A
compostagem natural é um método que utiliza exclusivamente a aeração natural que é a
movimentação de ar fornecido sem ações externas ou pelo revolvimento da massa em
compostagem.
A compostagem acelerada utiliza equipamentos eletromecânicos e/ou automação para acelerar
o início do processo biológico, com a manutenção de um ambiente controlado para facilitar a
degradação dos materiais pelos organismos.
A biotecnológica é aquela em que para sua aceleração são adicionados microrganismos ao
resíduo a ser compostado, proveniente do meio rural, urbano e ou industrial. (FRANCISCO,
2015). Uma outra definição, segundo ALMEIDA (2013), “Compostagem é um conjunto de
técnicas aplicadas para controlar a decomposição de materiais orgânicos, com objetivo de obter,
no menor tempo possível, um material estável, rico em húmus e nutrientes minerais, com
atributos físicos, químicos e biológicos superiores (sob o aspecto agronômico) àqueles
presentes nas matérias-primas.
” Em suma, o processo de compostagem permite que resíduos orgânicos (ou componentes
orgânicos do resíduo) sejam degradados com máxima eficiência, evitando que permaneçam ao
ar livre, gerando gases, proliferação de agentes de doenças e mal cheiro para todos que
convivem direta ou indiretamente com esse tipo de material, ou seja, é um processo necessário
para que os nutrientes existentes na forma orgânica nos resíduos vegetais tornem-se disponíveis
para outras finalidades na agropecuária. (NUNES, 2009).
11
PMETC
2.7.1. Matérias-primas para compostagem
As substâncias complexas biodegradáveis de origem animal ou vegetal são matérias que podem
ter uma finalidade mais adequada que simplesmente o lixo. Para CONSONI et al (2002),
“denomina-se lixo os restos das atividades humanas, considerados pelos geradores como
inúteis, indesejáveis ou descartáveis”. Esses materiais aplicados ao solo em quantidades, épocas
e maneiras adequadas, permitem características físicas, químicas, físico-químicas e biológicas
superiores que auxiliam na nutrição do solo. (NUNES, 2009).
A crescente agroindústria do envasamento da água de coco-verde gera volumes significativos
de resíduos que atualmente são descartados em lixões, causando problemas ambientais. A
reciclagem de resíduos orgânicos com o objetivo de produzir adubos é importante tanto por
questões ambientais quanto pela possibilidade de ampliação da perspectiva de sustentabilidade
da agricultura e crescimento agroindustrial.
2.7.1.1Composição do resíduo de coco verde
O coco é um fruto do coqueiro, da família das palmáceas, a qual abrange cerca de um milhão
de espécies. (ABRAMI, 2016).
No mundo a produção de coco vem crescendo e consequentemente a quantidade de resíduo
também. Segundo MARQUES (2016), as cascas de coco verde chegam a representar até 85%
do volume total do fruto inteiro, uma proporção de 20% aproveitável e 80% que tem como
destinação o lixo. O resíduo de coco verde, retirado o fruto (endospermas líquido e sólido) é
constituído pelo exocarpo ou epicarpo, pelo mesocarpo e pelo endocarpo. (UZUNIAN &
BIRNER, 2014). Na figura 2, é mostrado as diferentes camadas do coco.
Figura 2: Camadas do coco
O exocarpo ou epicarpo constitui a epiderme, ou seja, é camada mais externa ou a camada vista
do fruto inteiro, já o mesocarpo é a parte mais espessa e fibrosa do fruto e o endocarpo, no fruto
imaturo, ainda não se apresenta tão duro e rígido como no coco maduro. O resíduo do coco faz
12
PMETC
parte do grupo das fibras não lenhosas, fibras extremamente curtas, com baixo potencial de
utilização para produção de matéria-prima celulósica, muito principalmente por causa das
características do mesocarpo que é composto por fibras lignocelulósicas, também chamadas de
fibras vegetais ou fibras naturais. Devido ao fato de seres fibras extremamente rígidas, elas
causam dificuldades para degradação microbiana, mas não é impossível, visto que existem
microrganismos capazes de produzir enzimas que separam a lignina do complexo
hemicelulósico e celulósico. (ALMEIDA, 2015).
2.7.1.2 Composição química do coco verde
A composição química e sais minerais do coco verde está especificada nas tabelas 3 e 4,
respectivamente.
Tabela 3: Composição química em 100g de coco
Quantidade
Composição química
Polpa
Leite
Calorias
598,50 kcal
38,80 kcal
Água
14,00 g
90,80 g
Carbo-hidratos
27,80 g
7,00 g
Proteínas
5,70 g
0,40 g
Lipídios
50,50 g
1,00 g
Cinzas
2,00 g
0,80 g
Vitamina B1 (Tiamina)
173,00 mcg
2,00 mcg
Vitamina B2 (Riboflavina)
102,00 mcg
4,00 mcg
Niacina
0,10 mg
0,07 mg
Vitamina C (Ácido ascórbico) 8,20 mg
10,40 mg
Fonte: As frutas na medicina natural, 2016.
13
PMETC
Tabela 4:Sais minerais contido em 100g de coco
Quantidade
Composição química
Polpa
Leite
Cálcio
43,00 mg
20,00 mg
Ferro
3,60 g
-
Magnésio
9,00 mg
-
Enxofre
13,00 mg
-
Silício
0,50 mg
-
Fonte: As frutas na medicina natural, 2016.
Para os sectores de cosméticos e medicina, os valores de sais minerais contidos na polpa do
coco, são de extrema importância para desenvolvimento de novos produtos, intitulados de
naturais, como para tratamentos de doenças como a hipertensão arterial e desidratação.
(SOUZA, 1996).
2.8 Equipamentos para trituração de coco verde
Actualmente, existem vários tipos de trituradores que são utilizados para triturar a casca de coco
seco. Os mais comuns são o triturador de lâminas sobrepostas, similar ao liquidificador
doméstico, o de túnel com rolos acoplados e disco de corte, usado principalmente para casca de
coco seco.
2.8.1 Método de Descasque Manual
Nas áreas rurais ainda são usados os métodos tradicionais de descasque para compostagem das
cascas de coco. Dependendo da quantidade produzida, os métodos de descasque variam de uma
localidade para outra.
A maioria das pessoas pressiona usa de catanas ou machados para golpear e descascar o coco,
ou mesmo para separar as fibras desse mesmo coco. O descasque usando as mãos é uma técnica
14
PMETC
que requer habilidade e perícia por parte do operador, com vista a garantir flexibilidade e
alguma segurança para o mesmo. Mas o método é trabalhoso, exige muita energia, deixa as
mãos e braços doloridos leva à quando grandes quantidades de fibra são necessárias. Esses
métodos são lentos e cansativos. Saída de descasque manual de coco por homem é tão baixo
quanto 20 kg de coco/casca de coco por hora (20kg/h).
Figura 3:Descasque Manual de Cocos para Compostagem
(Fonte: Autor)
2.8.2 Máquina Trituradora Automática
Esse tipo de triturador é muito utilizado para triturar matérias-primas que constituirão rações
para animais e também para produção de certos tipos de complementos para compostagem. A
lâmina de corte é uma composição justaposta de lâminas montadas em um eixo com o objetivo
de triturar o coco mantendo a fibra inteiriça.
Figura 4: Máquina Trituradora Automática
15
PMETC
Tabela 5: Especificações Técnicas da Máquina TCG15eco 16.5d
Modelo
Poder
Rotação
Capacidade Kg/h
Tensão
Taxa de descasque
Tamanho
TCG15eco 16.5d
Motor Diesel de 16.5 cv
2400 rpm
1000-3000 kg/h
220-380-440-760 V
≥ 98%
2225*2200*1350 mm
Peso
278 Kg
(Fonte laboremus.com.br)
Esse resíduo é composto por fibras longas, fibras trituradas e por pó de coco. Em um processo
de compostagem avançada tanto o pó quanto a fibra quebrada são preferidos pelas bactérias
decompositoras que degradam tal resíduo, o que não garante um processo de decomposição
homogêneo para todas as partes do resíduo triturado. A figura 5, mostra o estado de
decomposição desse resíduo triturado nesse tipo de equipamento após alguns dias
compostando.
Figura 5:Fibras compostadas pela máquina TCG15eco 16.5d
As partes mais escuras são os locais onde há maior concentração de microrganismos
decompondo o resíduo de coco verde triturado pelo triturador de lâminas. Fica evidente que
não existe uniformidade na decomposição desse material o que não garante a decomposição
necessária para viabilizar seu uso. Testes realizados pelo grupo de pesquisa em Biotecnologia,
Ecologia de Microrganismos da Universidade Federal da Bahia, tratado a partir daqui de cliente,
mostraram que essa máquina não é adequada para preparação da matéria-prima para
compostagem avançada. Além de diversos problemas mecânicos durante o funcionamento,
como travamentos e superaquecimentos, muitas vezes as cascas precisavam ser processadas
pelo menos duas vezes para evitar pedaços grandes de cascas no produto triturado, esse fato,
exigia inspeções constantes de todos os cocos após trituramento, além de demandar maior
desgaste físico do operador, maior consumo de energia elétrica e paradas frequentes para
reparos.
16
PMETC
2.8.3 Triturador de Fibras de coco TRC-40
Esse tipo de triturador foi desenvolvido para triturar coco verde ou seco a fim de fazer o
desfibramento para compostagem ou utilizar como matéria-prima para outras aplicações. Esse
triturador, mantém as características do triturado usando o triturador de lâminas sobrepostas.
É possível verificar que o tamanho do comprimento das fibras é mantido, ou seja, uma máquina
com configuração mecânica e potência elétrica diferentes do triturador de lâminas, porém, com
o mesmo produto ao final do processo.
Figura 6: Máquina de Compostagem Doméstica TRC-40
(Fonte: trapp.com.br)
Tabela 6: Especificações Técnicas da Máquina TRC-40
Modelo
TRC-40
Poder
Motor de 5 cv
Rotação
3600 rpm
Capacidade Kg/h
1000 kg/h
Tensão
220-380-440 V
Número de lâminas
3 lâminas
Taxa de descasque
≥ 75%
Tamanho
1600*400*300 mm
Peso
58 Kg
No geral, esse tipo de máquina é a mais aplicada para uso doméstico, onde se processam as
fibras do coco para o mercado de jardinagem e artesanatos, principalmente. O grande número
dessas máquinas sendo utilizadas está em função do valor relativamente acessível. É um tipo
de triturador com melhor preço de compra disponível no mercado. Porém, essa máquina é
adequada para produção de fibras inteiriças para fins específicos, isto é, artesanatos e produtos
de jardinagens.
17
PMETC
CAPÍTULO 3: CONTEXTUALIZAÇÃO DA INVESTIGAÇÃO
3.1 Estado actual do objecto da investigação
Neste projecto, uma máquina é projectada para a trituração de cascas de coco, para reduzir o
custo de mão de obra e reduzir o tempo do processo, o que vai também incentivar na redução
do problema do acúmulo de resíduos sólidos decorrentes do descarte indevido das cascas de
coco, agregando essa actividade, a uma oportunidade de negócio, para alguns moradores dessas
zonas rurais da província de Zambézia.
3.1.1 Componentes
Figura 7: Alçados da Máquina
18
PMETC
O triturador de cocos é uma máquina mecânica, que será accionada usando energia eléctrica, e
será composta pelos seguintes elementos principais que ajudarão na trituração das cascas de
coco, que são:
1. Estrutura;
2. Caixa de Trituração;
3. Mancal;
4. Veio 2;
5. Veio 1;
6. Lâmina;
7. Separador;
8. Bacia;
9. Bico de Saida;
10. Arruelas Lisas (12/100 mm);
11. Porcas Sextavadas
12. Parafuso de Cabeça Sextavada;
13. Arruelas Lisas (16/100 mm)
14. Parafuso de Cabeça Sextavada;
15. Porca Sextavada;
16. Parafuso de Cabeça Sextavada;
17. Engrenagem;
18. Mesa de Motor;
19. Motor;
20. Polia maior
21. Correia Trapezoidal;
22. Polia acanalada 1;
23. Polia acanalada 2.
3.2 Princípio de Funcionamento
1. Antes de triturar, certifique-se de que os resíduos a serem triturados não contenham objetos
não trituráveis, como pedras, vidros, barro, areia, entre outros.
2. Acione o motor e aguarde atingir a rotação máxima.
3. Despeje um a um os cocos verdes no funil de alimentação do triturador (aconselhamos
triturar cocos sem água). Sobrecarregar o funil de alimentação prejudica a produtividade da
máquina que pode chegar a 2.000 kg/h.
19
PMETC
4. Pedaços de coco menores podem passar direto pelo conjunto de lâminas se forem alimentados
separadamente, assim como pedaços maiores podem não passar no funil alimentador, nesse
caso poderá selecionar o tamanho do coco ao alimentar a máquina para conseguir o resultado
desejado.
5. Verifique a bica de saída de material triturado durante o trabalho, se necessário, desligue o
triturador para efetuar a desobstrução de material triturado na bica de saída. Essa situação pode
ocorrer quando a fibra do coco triturado está com umidade ou se o coco estiver em estado de
decomposição.
6. Ao soltar os cocos dentro do funil alimentador verifique se o mesmo não ficou preso no
conjunto de corte, isso impedirá de triturar mais material, nesse caso, desligue o triturador, retire
o coco trancado no conjunto de corte e retome o trabalho normalmente.
7. O acúmulo de material triturado pode obstruir a saída de material na bica de saída da máquina,
nesse caso remova o monte triturado usando uma pá/inchada ou posicione a máquina em outro
ponto para evitar o acúmulo de material triturado na bica de saída da máquina. Se desejar pode
triturar o material e despejar direto em algum recipiente apropriado e substituir o recipiente na
medida que for enchendo.
20
PMETC
CAPÍTULO 4L: METODOLOGIA DE RESOLUÇÃO DO PROBLEMA
4.1 Parâmetros geométricos do triturador
Para a realização do cálculo cinemático actual, foi usado como base os dados produzidos por
PRASHANT et al. (2014). Em que como principal parâmetro temos a quantidade de material a
ser processada, no projecto actual requer-se a trituração de 2000 kg de casca de coco por hora.
4.1.1. Parâmetros Gerais das Engrenagens
Módulo (m) = 4 mm
Ângulo de pressão (α) = 20o
Número de dentes (Z1 = Z2) = 30 dentes
Ângulo de hélice (β) = 0o
Modulo de elasticidade (E) = 210000 MPa
a) Passo tangencial
𝑃 = 𝑚 ∗ 𝜋 = 4 ∗ 𝜋 = 12,566 𝑚𝑚
(1)
𝑑𝑐 = 𝑚 ∗ 𝑍 = 4 ∗ 30 = 120 𝑚𝑚
(2)
𝑑𝑎 = 𝑑𝑐 + 2𝑚 = 120 + 2 ∗ 4 = 128 𝑚𝑚
(3)
𝑑𝑓 = 𝑑𝑐 − 2,5𝑚 = 120 − 2,5 ∗ 4 = 110 𝑚𝑚
(4)
b) Diâmetro primitivo
c) Diâmetro Externo
d) Diâmetro Interno
e) Diâmetro de base
𝑑𝑏 = 𝑑𝑐 ∗ cos α = 120 ∗ cos 20 = 112,76 𝑚𝑚
(5)
f) Distância Interaxial
𝑎=
𝑑1 + 𝑑2 120 + 120
=
= 120 𝑚𝑚
2
2
(6)
g) Altura do dente
ℎ = 2,25 ∗ 𝑚 = 2,25 ∗ 4 = 9 𝑚𝑚
(7)
h) Altura do pé do dente
21
PMETC
ℎ𝑓 = 1,25 ∗ 𝑚 = 5 𝑚𝑚
(8)
i) Passo resultante
𝑝=
𝑝𝑟𝑒𝑑
(9)
1
√1282 − 112,762 = 30,3 𝑚𝑚
2
𝑝=
1
1
√𝑑𝑎 2 − 𝑑𝑏 2
2
=
1 1
1
1
1
+ =
=
+
𝑝 𝑝
𝑝𝑟𝑒𝑑 30.3 30.3
𝑝𝑟𝑒𝑑 = 15,15 𝑚𝑚
𝑞=
𝐹𝑛1 ∗ 𝐾
169,38 ∗ 1
=
= 6,7 𝑁
𝑏𝑤
27 ∗ cos 20
(10)
Onde:
q – é a carga especifica (em MPa);
Fn – é a forca normal entre os dentes das engrenagens (em Newtons);
K – é o factor de carga aplicado à forca normal, e;
bw – é o comprimento da linha de contacto (em milímetros).
j) Módulo de Elasticidade
𝐸𝑟𝑒𝑑 =
2 ∗ 𝐸1 ∗ 𝐸2 2 ∗ 210000 ∗ 210000
=
= 210000 𝑁/𝑚𝑚
𝐸1 + 𝐸2
210000 + 210000
(11)
k) Tensão de contacto
𝛿𝐻 = 0,418√
𝑞
𝑝𝑟𝑒𝑑
∗ 𝐸𝑟𝑒𝑑 = 0,418√
6,7
∗ 210000 = 127,4 𝑀𝑃𝑎
15,15
(12)
4.2. Relação de Transmissão das engrenagens
Veio1 – (veio 2)
𝑖=
𝑛1
1000
=
=1
𝑛2
1000
(13)
22
PMETC
O valor 1 é padronizado.
4.3. Torque
a) Do veio 1 (veio da engrenagem 1)
T1 = 9550 x
𝑃mot
𝑛1
1
= 9550 x 1000 = 9.550 Nm
(14)
b) Do veio 2 (veio da engrenagem 2)
T2 = 9550 x
𝑁veio 2
𝑁2
= 9550 x
0.980
1000
= 9.358 Nm
(15)
c) Eficiência
𝜂=
𝑃1
9.358
=
= 0.98
𝑃2
9.550
(16)
4.4. Forças Actuantes nas Engrenagens
a) Forças Tangenciais
𝐹𝑡2 =
2𝑇1 2 ∗ 9.550
=
= 159.166 𝑁
𝑑1
120
𝐹𝑡2 =
2𝑇2 2 ∗ 9.358
=
= 155.966 𝑁
𝑑2
120
(18)
𝐹𝑟1 =
𝐹𝑡1 ∗ tg 𝛼
159.166 ∗ 𝑡𝑔20
=
= 57.93 𝑁
cos 𝛽
cos 0
(19)
𝐹𝑟2 =
𝐹𝑡2 ∗ tg 𝛼
155.966 ∗ 𝑡𝑔20
=
= 56.77 𝑁
cos 𝛽
cos 0
(20)
(17)
b) Forcas Radiais
c) Forcas Normais
𝐹𝑁1 =
𝐹𝑡1
159.166
=
= 169.381 𝑁
cos 𝛼
cos 20
23
PMETC
𝐹𝑁2 =
𝐹𝑡2
155.966
=
= 165.978 𝑁
cos 𝛼
cos 20
4.5. Transmissão por correia
Será usada uma correia de perfil trapezoidal para transmissão de uma potência de 0,759 kW e
rotação de 945 rpm. Escolhe-se a correia de secção A, segundo (NERES 2021)
Potência do Projecto
𝑃𝑝 = 𝑃𝑛 ∗ 𝐾𝑠 = 𝑃𝑝 = 0.69 ∗ 1.1 = 0.759 𝑘𝑊
(21)
n = 945 rpm
Relação de Transmissão
𝑖=
𝑛1
945
=
= 1,5
𝑛2
630
(22)
a) diâmetro da polia do motor
dc1 = 60 mm e Po = 1,00 kW
b) Velocidade linear da correia/ velocidade circunferencial\
𝑣𝑐𝑜𝑟 =
𝜋 ∗ 𝑑𝑐1 ∗ 𝑛1 𝜋 ∗ 60 ∗ 1000
=
= 3,145 𝑚/𝑠
60 000
60 000
(23)
c) Diametro da polia movida
O deslizamento é desprezado por ser muito pequeno (𝜀 = 0,01 − 0,03).
𝑖=
𝑑𝑐2
→ 𝑑𝑐2 = 𝑖 ∗ 𝑑𝑐1 = 1.5 ∗ 60 = 90 𝑚𝑚
𝑑𝑐1
(24)
d) Cálculo da distância entre eixos ou interaxial
Segundo as recomendações, a distância interaxial mínima é dada pela expressão:
𝑎 = 0,95 ∗ 𝑑2 = 0,95 ∗ 90 = 85,5 𝑚𝑚
(25)
e) Cálculo do comprimento da correia e correcção da distância interaxial
24
PMETC
𝑙 =2∗𝑎+𝜋∗
𝑑2 + 𝑑1 (𝑑2 − 𝑑1 )2
+
2
4∗𝑎
(26)
90 + 60 (90 − 60)2
𝑙 = 2 ∗ 85,5 + 𝜋 ∗
+
= 409,25 𝑚𝑚
2
4 ∗ 85,5
O valor normalizado mais próximo é 𝑙 = 400 mm ou seja 0,4 m
Recalculando a distância interaxial:
𝑎=
𝑎=
1
∗ [2 ∗ 𝑙 − 𝜋 ∗ (𝑑2 + 𝑑1 ) + √[2 ∗ 𝑙 − 𝜋 ∗ (𝑑2 + 𝑑1 )]2 − 8 ∗ (𝑑2 − 𝑑1 )2 ] 𝑚𝑚
8
(27)
1
∗ [2 ∗ 400 − 𝜋 ∗ (90 + 60) + √[2 ∗ 400 − 𝜋 ∗ (90 − 60]2 − 8 ∗ (90 − 60)2 ]
8
𝑎 = 128,67 𝑚𝑚
Toma-se o valor normalizado mais próximo 𝑎 = 130 𝑚𝑚
f) Verificação do ângulo de abraçamento da correia na polia motriz
𝛼 = 180° − 57° ∗
𝑑2 − 𝑑1
90 − 60
= 180° − 57° ∗
= 166,85°
𝑎
130
(28)
Como 166,85°° é maior que 120° (mínimo recomendado para as correias trapezoidais) a
distância interaxial escolhida é válida e não é necessário colocar polias tensoras.
g) Verificação da frequência de passagens
A fórmula para o cálculo da frequência de passagens é:
𝑈=
𝑣
𝑙
[𝑠 −1 ]
(29)
Onde:
𝑣 – é a velocidade linear da correia (𝑣𝑐𝑜𝑟 = 3,145 𝑚/𝑠);
𝑙 – é o comprimento da correia (𝑙 = 0,4 𝑚)
𝑈=
3,145
= 7,86 𝑠 −1
0,4
25
PMETC
Sendo 𝑈 < 10 … 20 𝑠 −1 , então não há necessidade de aumentar a distância interaxial da
transmissão.
h) Cálculo da potência a transmitir por cada correia
A potência que cada correia transmitirá (𝑃𝑐 ), é determinada a seguir pela fórmula:
𝑃𝑐 = 𝑃0 ∗
𝐶𝛼 ∗ 𝐶𝑙 ∗ 𝐶𝑖
𝐶𝑟
[𝑘𝑊]
(30)
Onde:
𝑃0 – é a potência respectiva por cada correia [𝑘𝑊];
𝐶𝛼 – é o coeficiente do ângulo de abraçamento;
𝐶𝑙 – é o coeficiente de comprimento da correia;
𝐶𝑖 – é o coeficiente de relação de transmissão; e
𝐶𝑟 – é o coeficiente de regime de carregamento.
A potência transmissível por cada correia Pc é calculada tendo em conta os seguintes valores
consultados em tabelas para os coeficientes de correcção:
Tendo em conta o ângulo de abraçamento, tem-se: 𝐶𝛼 = 0,87
Considerando a frequência de passagens da correia, tem-se: 𝐶𝑙 = 0,97.
Considerando a relação de transmissão da correia, tem-se: 𝐶𝑖 = 1,14.
Para um regime de carregamento com vibrações moderadas, tem-se: 𝐶𝑟 = 1,2.
Assim, a potência transmissível é:
𝑃𝑐 = 𝑃0 ∗
𝑃𝑐 = 1,00 ∗
𝐶𝑎 ∗ 𝐶𝑙 ∗ 𝐶𝑖
𝑐𝑟
0,87 ∗ 0,97 ∗ 1,14
= 0,802 𝑘𝑊
1,2
i) Cálculo do número de correias
O número de correias para a transmissão da potência é determinado por:
26
PMETC
𝑧=
𝑃
𝑃𝑐 ∗ 𝐶𝑧
(31)
Onde:
𝑃 – é a potência total (𝑃 = 0,759 𝑘𝑊);
𝐶𝑧 – é o coeficiente do número de correias (toma-se 𝐶𝑧 = 0,95)
Então, o número de correias é:
𝑧=
0,759
= 0,9962
0,802 ∗ 0,95
Tomamos 𝑧 = 1.
j) Cálculo da força de tensão inicial para cada correia
O cálculo da tensão inicial para cada correia, é feito utilizando a fórmula:
𝐹0 = 0,85 ∗
𝑃 ∗ 𝐶𝑟 ∗ 𝐶𝑙
+ 𝐹𝑣 [𝑁]
𝑧 ∗ 𝑣 ∗ 𝐶𝛼 ∗ 𝐶𝑖
(32)
Onde;
𝐹𝑣 – é a força centrifuga, que é dada por:
𝐹𝑣 = 𝜌 ∗ 𝐴 ∗ 𝑣 2 [𝑁]
(33)
Onde:
𝜌 – é a massa especifica da correia (𝜌 = 1 250 𝑘𝑔/𝑚3 );
𝐴 – é a área da secção transversal da correia (para secção A, 𝐴 = 81 ∗ 10−6 𝑚2)
Então a força centrifuga será:
𝐹𝑣 = 1 250 ∗ 81 ∗ 10−6 ∗ 3,14152 = 1,18 𝑁
Tendo o valor da força centrifuga, a tensão inicial será:
𝐹0 = 0,85 ∗
0,759 ∗ 1000 ∗ 1,2 ∗ 0,97
+ 1,18 = 202,03 𝑁
1 ∗ 3,1415 ∗ 0,87 ∗ 1,14
k) Cálculo da força sobre os veios
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A força (resultante) sobre os veios é determinada, utilizando a fórmula:
𝛽
𝐹𝑟 = √𝐹1 2 + 𝐹2 2 + 2 ∗ 𝐹1 ∗ 𝐹2 ∗ 𝑐𝑜𝑠𝛽 ≈ 2 ∗ 𝐹0 ∗ cos ( 2 ) [𝑁]
(34)
Onde:
𝛽 – é o ângulo entre os ramais da correia; é dado por:
𝛽 = 180° − 𝛼 = 180° − 166,85° = 13,15°
A força 𝐹𝑟 depende do número de correias 𝑧, assim multiplica-se 𝐹0 por 𝑧.
𝛽
13,15°
) = 401,4 𝑁
𝐹𝑟 = 2 ∗ 𝑧 ∗ 𝐹0 ∗ 𝑐𝑜𝑠 ( ) = 2 ∗ 1 ∗ 202,03 ∗ cos (
2
2
l) Cálculo estimativo da longevidade da correia
A longevidade da correia é o outro principal critério de capacidade de trabalho das correias. A
estimativa da longevidade da correia é feita considerando um regime de um regime de
exploração médio, com vibrações moderadas, utilizando a fórmula:
𝑇 = 𝑇med ∗ 𝐾1 ∗ 𝐾2 [ℎ𝑜𝑟as]
(35)
Onde:
𝑇med – é o regime de exploração médio com vibrações moderadas (𝑇med = 2 000);
𝐾1 – é o coeficiente de regime de carga (𝐾1 = 1,0);
𝐾2 – é o coeficiente que considera as condições climáticas (𝐾2 = 1 para zonas centrais).
Desse modo, estima-se uma longevidade de:
𝑇 = 2 000 ∗ 1 ∗ 1 = 2 000 ℎ𝑜𝑟as
m) Escolha do material para as polias
Tendo em conta os parâmetros geométricos e cinemáticos da correia e os diâmetros das polias,
escolhe-se como material das polias o ferro fundido, que é um material com boas propriedades
sob o ponto de vista térmico por não possuir o inconveniente de aumento excessivo da
temperatura devido ao atrito durante o funcionamento da transmissão, como acontece por
exemplo com os plásticos.
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PMETC
CAPÍTULO 5 APRESENTAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
5.1 Apresentação e Análise Dos Resultados
A máquina projectada com dimensões de gabarito 694x442x1470 mm, será accionada a energia
eléctrica, ela é composta por vários elementos que juntos fazem a operação de trituração das
cascas de coco. O processo de trituração é feito na caixa de trituração, por onde passam dois
veios contendo lâminas intercaladas que giram em sentidos opostos com diâmetro de 145 mm.
A máquina irá triturar 2 toneladas de cascas de coco em 1 hora de trabalho. Ela apresenta
capacidade operacional de trituramento equivalente ao trabalho de 200 pessoas, quando
comparado com o processo manual. O processo automatizado é mais eficiente quando
comparado com o manual pois se uma pessoa necessita de 1 hora para triturar 10 kg de cascas
de coco, com a máquina poderá se triturar 2000 kg no mesmo intervalo de tempo, o que significa
que a máquina será 200 vezes mais eficiente comparando ao trituramento manual. É uma
máquina simples, e fácil de usar. Pois apos ser ligada, só precisa de ser alimentada e ela por si
só faz todo o trabalho.
5.1.1. Estudo de viabilidade económica do projecto
Entende-se por análise de viabilidade o estudo que procura prever/anteceder o eventual êxito ou fracasso
de um projecto. Nesse sentido, tem por base dados empíricos (que possam ser contrastados) aos quais
tem acesso através de diversos tipos de investigações (inquéritos, estatísticas, etc.).
Tabela 7: Lista de componentes necessários ao projecto
ELEMENTOS
Chapa
Motor
Separadores
Lâminas
Polias
Correias
Veios
Engrenagens
Arruelas
Quadro de suporte
Parafusos de
Cabeça Sextavada
Porcas Sextavadas
Mancais
Matéria-Prima
subsidiaria
Total
QUANTIDADE
1
1
30
30
2
1
2
2
72
1
Descrição
Aço C20
Modelo 4A90L6Y3
Borracha sintética
Ferro Fundido
Aço
Borracha sintética
Aço Inoxidável
Aço
Aço
Aço C20
Preço (MZN)
2500,00
5000,00
7500,00
15000,00
3000,00
1000,00
4000,00
2500,00
400,00
4000,00
32
Aço
300,00
52
4
Aço
Ferro Fundido
500,00
4000,00
-
-
10000,00
59700,00
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Tendo-se avaliado os custos estimados para aquisição das peças que compõem a máquina, o
valor necessário seria de 59,700,00 Meticais.
A mão de obra estimada para a construção desta máquina é estimada em cerca de 20.000,00
Meticais.
Assim, o valor necessário para materializar este projecto seria de 79,700.00 Meticais.
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CAPÍTULO 6 CONCLUSÕES E RECOMENDACÕES
6.1. Conclusões
Pode se concluir que todos os conhecimentos e habilidades foram aplicados no processo de
implementação dos sistemas operacionais, com o auxílio dos parâmetros consultados para a
projecção e dimensionamento da máquina.
O equipamento foi desenvolvido para mecanizar o processo tradicional de remoção das fibras
da parte externa e média fibrosa do coco, que tradicionalmente é feito de forma rústica, demanda
muito tempo e é perigosa ao trabalhador, uma vez que esta lida com ferramentas cortantes, em
postura muitas vezes incorretas sob o ponto de vista de ergonomia.
A máquina a energia eléctrica é a melhor opção para os agricultores usarem em vez dos métodos
tradicionais.
O procedimento para operar a máquina é simples, portanto, nenhum trabalho de habilidade é
necessário para operar a máquina.
O esforço humano será limitado, pois só será necessário para alimentar a máquina e retirar as
cascas da caixa de trituração em caso de encravamento.
Tendo consideração a viabilidade o projecto e a relação custo-benefício da máquina o projecto
é viável, pois poderá fornecer renda ou substractos agrícolas para os interessados.
6.2 Recomendações
Para uma melhor utilização da máquina, é necessário seguir as seguintes recomendações:
Dar uma formação básica aos operadores da máquina, e procurar criar condições para que a
máquina tenha um único operador.
Pedaços de coco menores podem passar direto pelo conjunto de lâminas se forem alimentados
separadamente, assim como pedaços maiores podem não passar no funil alimentador, nesse
caso poderá selecionar o tamanho do coco ao alimentar a máquina para conseguir o resultado
desejado.
Verificar a bica de saída de material triturado durante o trabalho, se necessário, desligar o
triturador para efetuar a desobstrução de material triturado na bica de saída. Essa situação pode
ocorrer quando a fibra do coco triturado está com humidade ou se o coco estiver em estado de
decomposição.
Ao soltar os cocos dentro do funil alimentador verificar se o mesmo não ficou preso no conjunto
de corte, isso impedirá de triturar mais material, nesse caso, recomenda-se que se desligue o
triturador e se retire o coco trancado no conjunto de corte e retomar ao trabalho normalmente.
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O acúmulo de material triturado pode obstruir a saída de material na bica de saída da máquina,
nesse caso remova o monte triturado usando uma pá/inchada ou posicione a máquina em outro
ponto para evitar o acúmulo de material triturado na bica de saída da máquina.
6.3 Limitações da pesquisa
Para este trabalho, houve limitações em relação a testagem prática da dureza dos equipamentos,
tendo sido necessário recorrer a testes e informações baseadas em literaturas paralelas do
mesmo campo.
Uma das dificuldades foi o acesso aos produtos concorrentes, logo não foi possível verificar se
eles atendem os requisitos dos clientes, o que não permitiu a realização de uma avaliação
competitiva entre a máquina do projeto e os produtos concorrentes.
6.4 Sugestões para futuros trabalhos
Para trabalhos futuros recomenda-se elaborar o projeto detalhado do produto, com os seus
componentes dimensionados, cálculo da capacidade produtiva da máquina, elaboração do
protótipo físico da máquina e verificação de possíveis falhas no projeto de máquina.
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REFERÊNCIAS
NERES, Edilton. 2021. Studocu: Elementos de Máquinas. 04. Acedido em 20 de 11
de 2022. https://www.studocu.com/pt-br/document/universidade-federaldo-espirito-santo/elementos-de-maquinas/sa5-anexo-1-selecao-do-tipode-correia-e-calculo-do-diametro-das-polias/13678602.
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ANEXOS
"[Insira aqui os Anexos]"
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