PROJETO MECÂNICO E ELETRÔNICO PARA A ESTEIRA DA MÁQUINA CORTADORA DE SABÃO

Transcrição

1 PROJETO MECÂNICO E ELETRÔNICO PARA A ESTEIRA DA MÁQUINA CORTADORA DE SABÃO Caio Barreto de Andrade caioandrade_b@hotmail.com Universidade Salvador Rua Professor Jairo Simões nº Imbui Salvador - Bahia Filipe Souza Paixão filipe_paixao977@hotmail.com Universidade Salvador Ladeira da cruz da redenção; nº507 Apt Brotas Salvador - Bahia Gustavo Cure Pereira Amorim gustavo_cure@hotmail.com Universidade Salvador Avenida Orlando Gomes Cond. Parque Costa Verde Casa 06 - Piatã Salvador - Bahia Lucas Silva de Araujo lucasaraujo.ba@hotmail.com Universidade Salvador Rua da Independência nº Simões Filho - Bahia Resumo: O referente projeto tem por objetivo apresentar uma esteira para a máquina cortadora de sabão em barra autônoma de baixo custo; aumentando a produção, reduzindo a mão de obra da empresa, assim como facilitando o processo de embalagem. Apresenta o projeto da estrutura mecânica e do software acoplado à maquina cortadora de sabão desenvolvida pela Equipe MechEng, composta por estudantes de engenharia mecânica da Universidade Salvador apresentado ao projeto ARHTE. Palavras-chaves: Máquina, Esteira, Cortar, Sabão, Mecânico, Software. 1. INTRODUÇÃO O projeto ARHTE Arquimedes, Robert Hooke e Thomas Edison é um projeto elaborado pela Universidade Salvador. O ARHTE tem como objetivo incentivar a aplicação prática da teoria ensinada em sala de aula. O ARHTE nos possibilita a interagir com diversas áreas da engenharia, especificamente, a mecânica, mecatrônica e elétrica. Os projetos do ARHTE são pré-definidos ou, as equipes que possuírem projetos em andamento podem

2 inscrever seu plano de negocio para avaliação do orientador; caso seja aprovado, a equipe apresentará seu projeto no ARHTE. A equipe MechEng visitou uma empresa de pequeno porte que confecciona sabão em barra. A própria empresa produz o sabão e os corta. O sabão é quadrado e possui uma área de 1m 2 (um metro quadrado). No processo de produção do sabão na dimensão que é comercializada em mercados, a empresa os confeccionava manualmente através de moldes. É um modelo que requer elevada mão de obra, além de ser arcaico e lento. Em vista disso, a MechEng resolveu desenvolver uma maquina para cortar o sabão em barra visando a produção em larga escala e diminuir o custo com mão de obra, além de oferecer uma maior segurança ao operador. O processo de corte é inteiramente automatizado necessitando apenas de um operador para posicionar a barrão de sabão bruto no local especificado e retirar os pedaços após a finalização do processo de corte. Após o posicionamento no local inicial, o sabão será deslocado contra lâminas de corte. A primeira série de lâminas realizará o corte no sentido do comprimento e a segunda série realizará o corte na largura. Depois de todo este processo, as barras de sabão já estarão prontas para embalagem e comercialização. 2. OBJETIVO Desenvolver uma esteira para facilitar o processo de embalagem dos sabões em barra produzidos pela máquina cortadora de sabão visando o aumento da produção e reduzindo a despesa com mão de obra de uma empresa. 3. JUSTIFICATIVA Visando diminuir o custo de mão de obra e aumentar a produção, resolvemos criar dita maquina. Para aumentar e diminuir o risco de acidentes no processo de embalagem a MechEng decidiu acoplar uma esteira completamente automatizada. 4. MATERIAIS 4.1 Máquina Materiais para parte mecânica da máquina: A máquina cortadora de sabão é basicamente constituída de aço. A equipe optou por trabalhar com aço devido ao fato de ser um material mais resistente e não extremamente custoso. 2

3 Chapa de aço 1020 de 1/8 Parafusos ½ e 5/16 2 motores limpador de para-brisa 12volts Rolamento 6201 Cabo de aço Solda E 6013 Parafuso de rosca quadrada Porca Tinta Materiais para parte eletrônica: Sensor fim de curso KW ª e YQ3A Relé 12volts Transistor BC548 Diodo 1N4007 Resistor 10k e 2k2 Microcontrolador PIC 16F628A (Figura 1) Figura 1 - pinagem do microcontrolador PIC 16F628A Fonte: Cristal 4MHz Capacitor22pf LED- Diodo Emissor de Luz Placa de circuito 25x25cm 3

4 4.2 Esteira Materiais para parte mecânica da esteira: Rolamento 6201 Parafuso M4 com porca Parafuso M6 70mm com porca Parafuso M6 20mm Engrenagem de 11 dentes Cupilha (contra pino) Vara de aço ½ trefilada 1020 Vara de aço 1,5 trefilada 1020 Elétrodo revestido 6013 aço carbono Trava de freio de estacionamento de empilhadeira modelo Toyota serie: 7FG25 Arruela lisa com furo de ½ Barra chata de 10mm Câmara de ar Motor de Vidro Elétrico 12volts Teflon 2 Materiais para parte eletrônica: Laser Sensor LDR PIC 16f628a Resistor 300ohms 7805 (Figura 2 e 3) Figura 2: Estrutura do Regulador de tensão da série 78XX Fonte - 4

5 Figura 3: Conversor de 12v para 5v com o 7805 Fonte - TIP 41C Capacitor eletrolítico 1µf e 100nmf 5. METODOLOGIA DE CONSTRUÇÃO 5.1 Parte Mecânica da máquina cortadora de sabão O projeto foi realizado na oficina mecânica UseNeto na cidade de Santo Antônio de Jesus. Para fabricar a máquina contamos com o auxílio de profissionais especializados na área mecânica. A equipe fez um desenho inicial para servir como ponto de partida para construção da máquina. Para a construção da mesma, conduzimos a chapa de aço 1020 de 1/8 à guilhotina para cortá-la no tamanho especificado. Depois, os pedaços já cortados foram levados à dobradeira, adquirindo as formas desejadas. Algumas partes careceram de solda para atingir o objetivo da máquina proposta. Com todo este processo foi feita a base principal. Para locomover a peça que empurra o sabão, utilizamos o parafuso de rosca quadrada com dois guias. Os guias têm a função de manter o corte alinhado. O corte é feito por cabos de aço utilizados em motocicletas. Os cabos estão tracionados verticalmente por parafusos de 5/16 para proporcionar um melhor corte. O cabo de aço tem como vantagem a facilidade de manutenção, durabilidade e custo. As peças que conduzem o sabão até as lâminas de corte são impulsionadas por um motor limpador de para-brisa de 12 volts, corrente de 3 Amperes e corrente contínua. O motor possui duas velocidades de giro, podendo atingir 100rpm. De acordo com a equação 1, o motor tem uma potência de 36 Watts; onde U é tensão e I é corrente. A imagem da máquina de sabão final pode ser vista na figura 4. Pot= U. I (1) 5

6 5.2 Parte Mecânica da Esteira Figura 4: Imagem da máquina Implantou-se uma esteira mecânica ao final do percurso do corte de sabão para agilizar o processo de embalagem. Na máquina original, após o término do processo de corte, o sabão permanece na plataforma da máquina, posicionado após as lâminas de corte. Sendo assim, a equipe decidiu remover esta plataforma e acoplar uma esteira logo após as lâminas de corte. Apenas a superfície superior foi cortada, enquanto que as laterais permaneceram para fixação do motor que movimentará a esteira. Uma vara de aço de 1,5 e uma vara de aço de ½ são utilizadas como eixo para movimentar a esteira. Para deixar as varas com as medidas necessárias da largura da esteira, utilizamos um torno mecânico. Para dar comprimento à esteira, utilizamos 2 barras chatas de 1cm de espessura e 39cm de comprimento. A barra chata é soldada com um eletrodo revestido 6013 aço carbono, à lateral da máquina de sabão. Os rolamentos 6201 são unidos às extremidades de cada vara de aço. A vara e o rolamento são revestidos com teflon de tecnil de 2 para diminuir o atrito entre a correia e o rolamento. O teflon de tecnil é vazado e possui um diâmetro de aproximadamente 32mm, suficiente para a passagem do rolamento. O encaixe da engrenagem de 11 dentes e a extremidade do rolete da vara de aço é furado e uma cupilha é introduzida para fixar ambas as partes. Uma chapa de aço de 10mm 1020 é utilizada para fazer uma estrutura com que os 8 dentes do motor de vidro elétrico se encaixe perfeitamente com os 11 dentes da outra engrenagem. O motor de vidro elétrico é de corrente contínua e opera com tensão de 12 volts, corrente de carga de 1 Ampere 6

7 e velocidade de 92rpm Para manter a esteira tensionada um mecanismo é criado, conforme pode-se ver na figura 5. A fita da esteira é uma câmara de pneu de empilhadeira Figura 5: Mecanismo para manter esteira tensionada 6. PROGRAMAÇÃO 6.1 Programação da máquina de sabão Utilizou-se a linguagem C para programar o PIC 16F628A. A máquina cortadora de sabão possui cinco sensores. O programa somente é iniciado quando o primeiro sensor detecta que o sabão está posicionado na posição correta. A partir daí, o programa aguarda dois segundos; tempo suficiente para o operador retirar sua mão. Após os dois segundos, o motor empurra a barra de sabão para frente até atingir o fim de curso. Ao atingir o fim de curso, motor pára e espera um segundo. Em seguida, o motor 1 volta à posição original e o motor 2 avança, empurrando o sabão em direção à segunda sequência de arames. Enquanto o motor 2 avança, o fim de curso, denominado, S1 monitora o retrocesso do motor 1 e o S4 monitora o avanço do motor 2. Ao atingir o fim de curso, o motor dois pára, espera um segundo e retrocede a sua posição inicial, sendo monitorado pelo sensor S3. Após todo este processo, o sistema pára e aguarda até que outro sabão seja colocado sobre a mesa e ative o sensor SO; dando início ao programa novamente. A leitura dos sensores é feita através da função input (tabela 1). O sensor SO está conectado ao pino A0, o sensor S1 está conectado ao pino A1, o sensor S2 está conectado ao pino A2, o sensor S3 está conectado ao pino A3, e por fim, o sensor S4 está conectado ao pino A4. O motor 1 e o motor 2 são controlados pelas portas B6, B7 e B4, B5 respectivamente. Utilizamos o sistema binário para programar o avanço dos motores. O numero decimal 128 representa o funcionamento apenas do motor 1. O numero decimal 0 representa o estado de 7

8 inatividade de ambos os motores. O numero decimal 96 é o retrocesso de motor 1 e o avanço do motor 2. O numero decimal 32 é o avanço somente do motor 2. Por fim, o numero 16 é o retrocesso do motor 2. Conforme pode ser visto na tabela 1. A função delay é utilizada para interromper o funcionamento dos motores durante um curto período de tempo para melhor visualização de cada etapa do projeto, como pode ver na figura 5. O desenho da placa de circuito da máquina de sabão pode ser visto na figura 7. Tabela 1: Leitura dos sensores por números binários Motor 1 Motor 1 Motor 2 Motor 2 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 Nº Decimal Figura 6: Programação máquina cortadora de sabão 8

9 Figura 7: Placa de circuito máquina de sabão 6.2 Programação da esteira Figura 8: Programação esteira No funcionamento da esteira, quando o sensor LDR detectar a presença de sabão, a esteira começará a rodar e transportará o sabão já cortado a um reservatório que estará posicionado ao final da esteira (Figura 8). Após 10 segundos, a esteira se desligará e esperará a chegada de mais sabão. O desenho da placa da esteira pode ser visto na figura 9. 9

10 Figura 9: Placa de circuito esteira 7. RESULTADOS A máquina cortadora de sabão produz 16 sabões em dimensões 2,5 cm x 2,0 cm em média de 2 minutos e 20 segundos. Em tamanhos reais a máquina cortadora de sabão tende a ter os resultados apresentados na tabela 2. Tabela 2: Comparação de Produtividade Método tradicional Método Automatizado Tempo de corte 9 minutos 5 minutos Produtividade 600 barras/hora 1000 barras/hora Funcionários

11 8. CONCLUSÃO O objetivo de confeccionar uma máquina que se adequa a empresas de pequeno porte de beneficiamento do sabão em barra foi objetivo. Os benefícios propostos são: melhorar o gerenciamento de riscos aos operadores, aumentar a oferta do sabão, reduzir o custo com mão de obra visando maximizar o lucro da empresa. Com a realização deste projeto, os integrantes da equipe MechEng, puderam vivenciar o quão grande é difícil e árduo projetar e desenvolver um equipamento. 11

12 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARCELLORMITTAL. Eletrodos E Disponível em: < E_6013.asp>. Acesso em:15 mai COLÉGIO WEB. O que são resistores. Disponível em:< Acesso em: 1 mai HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Física3. 5ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos. HOW STUFF WORKS? Como funcionam os capacitores. Disponivel em:< Acesso em: 8 mai JR. CALLISTER, William D. Ciência e Engenharia de Materiais: uma introdução. 7. ed. São Paulo: Editora LTC, p. MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO,INDÚSTRIA E COMÉRCIO EXTERIOR-MDI. Disponivel em: < Acesso em 18 out OLIVEIRA, Eider Lúcio; FIDELIS, Éderson Lacerda. Microcontrolador PIC 16F628. Apostila Centro Federal de Educação Tecnológica de Goiás. 12

13 MECHANICAL AND ELECTRONIC PROJECT OF THE SOAP CUTTING MACHINE CONVEYOR S BELT Abstract: The referred project has the aim to present a conveyor s belt for the low cost autonomous soap cutting machine. Such belt will simplify the casing process, consequently increasing the productivity and the efficiency in the safety area, as well as the reduction of man power. Presents the project of the mechanical structure and software coupled to the machine developed by the team MechEng, composed by undergraduate students of Mechanical Engineering from the Universidade Salvador. Key words: Machine, Conveyor belt, Cut, Soap, Mechanical, Software. 13