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RELATÓRIO DE ESTÁGIO NA EMPRESA BABAÇUBRAS COM
ACOMPANHAMENTO E EXECUÇÃO NO DESENVOLVIMENTO DE MÁQUINA
PARA BENEFICIAMENTO DE COCO BABAÇU
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INSITUTO FEDERAL DO PIAUÍ
Engenharia Mecânica
Relatório De Estágio Na Empresa BABACUBRAS Com Acompanhamento E
Execução No Desenvolvimento De Máquina Para Beneficiamento De Coco
Babaçu
Aluno: Antônio Ítalo Rodrigues Pedrosa
Teresina (PI)
Janeiro/2012
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ANTÔNIO ÍTALO RODRIGUES PEDROSA
Relatório de Estágio Supervisionado
Relatório apresentado como conclusão do
Estágio Supervisionado do Curso
de Engenharia Mecânica do
Instituto Federal do Piauí.
Professor Supervisor:
Dr. Darley Fiácrio de Arruda Santiago
Período: setembro de 2011 a fevereiro de 2012
Teresina (PI)
2012
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ESTÁGIO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Identificação da Empresa:
Unidade Executora: Demóstenes Cardozo Leite ME
Nome Fantasia: BABACUBRAS INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA.
Bairro: PORTAL DA ALEGRIA
Cidade: TERESINA
Telefone: (86) 8832-8567
Área na empresa onde foi realizado o estágio: Engenharia
Data de início: Setembro de 2011
Data de término: Fevereiro de 2012
Duração em horas: (editar)
Responsável pelo estágio: Darley Fiácrio de Arruda Santiago
APRESENTAÇÃO DA EMPRESA
A empresa BABACUBRAS existe há mais de 10 anos desenvolvendo um
equipamento para beneficiamento total do coco babaçu. Essa empresa surgiu da
necessidade que as mulheres “quebradeiras de coco” têm de sair do regime de
escravidão imposto pelo mercado de babaçu em que o trabalho de 8 horas diárias
lhe rende apenas 9 (nove) reais de renda.
Ainda sem nenhum fim lucrativo, a empresa se mantém com investimento de
pesquisa do SEBRAE até que o equipamento final esteja pronto para
industrialização em larga escala com todas as exigências necessárias. Vale ressaltar
que apesar da existência de outras empresas que trabalham no ramo, ainda não se
tem notícia da efetividade de nenhuma delas, tornando o projeto inovador e pioneiro.
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1. INTRODUÇÃO
O relatório a seguir apresenta a experiência profissional adquirida e os
resultados obtidos com o desenvolvimento de uma máquina pré-projetada para
beneficiamento total de coco babaçu na empresa BABACUBRAS amparada pelo
SEBRAE e idealizada por Demóstenes Cardozo Leite.
O babaçu (Orrbignya speciosa) é uma das principais palmeiras encontradas
no Brasil, principalmente no nordeste. Seus frutos têm formatos ovais e são
encontrados em cachos no topo das palmeiras, que podem chegar a até 20 metros
de altura. No seu interior, são encontradas de 3 a 4 sementes oleaginosas, bastante
utilizadas na produção de óleo vegetal, margarinas, cosméticos, lubrificantes, entre
outros. O problema é que essas amêndoas representam apenas 6 a 8 % do fruto.
O babaçu é dividido em epicarpo (11%), mesocarpo (23%), endocarpo (59%)
e amêndoas (7%), que é mostrada na figura 1. O epicarpo fornece um excelente
carvão quando secada apropriadamente, já a sua amêndoa é bastante empregada
para a produção de óleos e cosméticos. O mesocarpo também é comumente visto
em adornos de bijuterias e enfeites em geral.
A ideia da invenção de uma máquina para beneficiamento de babaçu veio da
necessidade que as “mulheres quebradeiras de coco”, como são chamadas por
passarem o dia quebrando o coco babaçu, de sair do regime de escravidão imposto
por esse segmento do mercado onde uma jornada de 8 horas de trabalho diários
rendem apenas 9 reais de renda para cada uma, representando 270 reais mensais,
o que equivale a menos da metade de um salário mínimo.
O Sr. Demóstenes Leite conhecia bem essa realidade encontrada
principalmente nos estados do Piauí e Maranhão e se propôs a desenvolver um
equipamento capaz de automatizar a quebra desse coco. Sozinho, ele conseguiu
construir uma máquina que separa o epicarpo, o mesocarpo e o endocarpo do
babaçu e autenticou seu resultado em patente.
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Figura 1 – Corte transversal do coco babaçu. De fora para dentro: epicarpo,
mesocarpo, endocarpo e amêndoa
Apesar de funcional, a máquina construída não era viável por ainda possuir
problemas de dimensão, resistência, vibração e custos. A máquina se mostrava
muito grande para realizar tarefas simples de separação dos componentes do
babaçu, e mesmo assim, ainda não possuía resistência suficiente para trabalho
contínuo e rotineiro, que sempre acabava por danificar a máquina com poucas horas
de trabalho, dessa maneira, a produção ficaria sempre intermitente. A quebra do
coco provocava vibração e ruído bastante acima dos níveis suportados e
regulamentados para segurança do trabalhador e seu custo ainda era bastante
elevado por se tratar de uma máquina com características tão superdimensionadas.
Seus pontos negativos foram separados entre os quatro alunos integrantes do
projeto, sob supervisão do professor Dr. Darley Fiácrio de Arruda Santiago, definidos
como: excesso de vibração, superdimensionamento e busca de materiais mais
acessíveis. A parte que coube a esse relatório foi o redimensionamento do
equipamento acompanhando as modificações necessárias nos outros setores.
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Para isso, foram necessárias alterações no equipamento já existente, mas
também foi decidido que o princípio de funcionamento seria mantido para que não
fugisse do regulamentado pela patente e por já ser conhecido na primeira máquina,
agora apenas aprimorando os pontos necessários. O redimensionamento da
máquina traria condições favoráveis de transporte e alocação. Além disso, a redução
de suas dimensões também ocorreria em redução de custos com material.
A primeira máquina (figura 2) era feita em uma estrutura rígida de bloco único,
mas segmentada em três estágios: Pelador, Centrífuga e Quebrador. O babaçu era
levado até o pelador por meio de uma esteira controlada para garantir o fluxo
uniforme de coco que era injetado na máquina.
Figura 2- Projeto inicial da máquina para beneficiamento do coco babaçu
O pelador (1º estágio) era composto por 7 pares de martelos de dimensões
612,82x100x19,05 mm acoplados em forma de cruz separados por discos de
Ø135x38 mm colocados entre eles responsáveis pela sua posição, necessária para
movimentação do material dentro da máquina (Figura 3). Esses martelos ficam em
constante rotação e provocam leves impactos no babaçu e atrito entre o coco e a
parede do pelador.
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Impacto refere-se à colisão de duas massas com velocidade relativa inicial.
(...) Choque é um termo mais geral usado para descrever qualquer distúrbio ou força
aplicada subitamente. Portanto, o estudo de choque inclui impacto como um caso
especial (SHIGLEY, 2011).
Trataremos nesse relatório, portanto, os impactos relativos ao coco com as
barras de aço do equipamento, como choques, uma vez que ele acontece de forma
aleatória e com as velocidades desconhecidas em sua maioria, devido ao
movimento oscilatório do coco dentro da máquina.
O choque, nesse estágio, deve ser suficiente apenas para retirar a fibra
superficial do coco, sem quebrá-lo, e a separação e posição dos martelos deve ser
tal que garanta atrito suficiente para que nenhum coco saia sem ter sido pelado e
que ele seja deslocado até o próximo estágio. O cilindro do pelador era peneirado na
parte de baixo para que o pó do babaçu caísse para um exaustor, indispensável,
pois a gravidade não era suficiente para sugar esse pó já que o próprio movimento
do pelador funcionava como hélice e criava correntes de ar que puxavam esse
resíduo.
Figura 3 – Vista do Pelador da primeira máquina com os seus martelos
posicionados
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A centrífuga (2º estágio) servia para separar a fibra retirada no primeiro
estágio do coco pelado (Figura 4). Ela era composta de um cilindro de Ø780x480
mm, com rasgos de 15x160 mm espaçados de 25 mm uns dos outros, em aço
carbono 1045, acoplada ao eixo que girava para que pudesse ocorrer a separação
da fibra, mas que também pudesse transportar a coco pelado para o último estágio.
Abaixo da centrifuga era acoplado um exaustor para sugar a fibra e direcioná-la para
um reservatório.
Figura 4 – Vista frontal da centrífuga instalada na primeira máquina
O último estágio era o quebrador (3º estágio), responsável por quebrar o coco
para separar o mesocarpo da amêndoa (Figura 5). O quebrador também possuía
três pares de martelos de dimensões 612,82x100x19,05 mm acoplados em forma de
cruz que giravam junto ao eixo. Fixo na estrutura da máquina existe um retentor de
dimensões 320x50x50 mm onde o babaçu fica encostado pronto para receber o
impacto do martelo que passa rente a esse ponto, despedaçando o coco. O
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mesocarpo e a amêndoa caem em uma tubulação em que será realizada a
separação por diferença de densidade, já que os tamanhos são bastante uniformes
impossibilitando a peneira. Este é um dos setores que mais apresenta problemas,
pois os martelos sofrem fadiga extrema ao se chocar com o babaçu devido à alta
resistência da semente, ocasionando falhas constantes no equipamento como
trincas, rupturas e desbalanceamento do eixo, acarretando na parada da máquina.
A separação do endocarpo e do mesocarpo se dá por meio de diferença de
densidade, já que depois do quebrador eles se encontram misturados em várias
partes pequenas e uniformes, restando essa como única opção conhecida. Os
pedaços são despejados em um recipiente com uma mistura de densidade
intermediária entre a do endocarpo e a do mesocarpo. Um parafuso rosca-sem-fim
coleta os pedaços que ficam boiando e despejando no local definido (Figura 6).
Figura 5 – Quebrador da primeira máquina acoplado e com seus martelos
posicionados na parte interna do cilindro.
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Figura 6 – Parafuso rosca-sem-fim para separação do mesocarpo/endocarpo
2. ATIVIDADES E RESULTADOS
Definidos os principais desafios a serem trabalhados no projeto, serão
apresentadas neste relatório o que foi trabalhado no redimensionamento da nova
máquina.
Primeiramente, foi procurada uma forma de reduzir o tamanho do
equipamento para que fosse de fácil locomoção, instalação e para que seus custos
fossem reduzidos significativamente. A redução nas proporções da máquina também
proporcionaria redução da potência exigida, uma vez que o motor a ser utilizado
teria que realizar menor trabalho para manter funcionando a máquina. No primeiro
protótipo, utilizava-se um motor de 20 cv acoplado ao eixo por meio de polias de
redução para garantir torque necessário para quebrar o babaçu dentro do
equipamento.
A alternativa encontrada foi a de separar os estágios do equipamento em
módulos, dessa maneira, cada módulo utilizaria o motor que fosse necessário para
realizar sua atividade, pois cada um dos estágios precisava de torques diferentes.
Ao primeiro módulo (Pelador), foi definido que as novas dimensões seriam de
(editar) com uma quantidade de (editar) martelos colocados em cruz assim como na
estrutura anterior. Na ponta dos martelos foram introduzidas pastilhas de aço como
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material de sacrifício, pois é nessa área que ocorre o maior desgaste, facilitando a
troca e reduzindo os custos com manutenção nesse setor do equipamento.
A velocidade de resfriamento é um fator que determina a dureza. Uma
velocidade de resfriamento controlada é denominada têmpera. (...) A têmpera em
água é usada para aços-carbono e, com médio teor de carbono aços e baixa liga.
(...) Quando o material é resfriado rapidamente para 205ºC ou menos, a austenita é
transformada em uma estrutura chamada martensita. A martensita é uma solução
sólida supersaturada de carbono em ferrita e a forma mais dura e resistente do aço
(SHIGLEY, 2011).
Para endurecer um aço de médio ou de baixo carbono, a peça é aquecida
acima de sua temperatura crítica (aproximadamente 760ºC), deixa-se que se
equilibre por um tempo e depois é repentinamente resfriada até a temperatura
ambiente por imersão em um banho de água ou óleo (NORTON, 2007).
Logo, as pastilhas de aço passaram por tratamento térmico adequado para
obtenção da martensita, por meio da têmpera. Isso garantiu maior resistência ao
impacto com o coco, aumentando a vida útil desse metal de sacrifício. Essas
pastilhas possuem (editar) e são feitas de aço 1045 temperadas à temperatura de
900ºC por 30 minutos e resfriados em 90 litros de água (uma a uma) à temperatura
de 30ºC.
Além disso, foram eliminados os espaçadores acoplados ao eixo e utilizadas
buchas de fixação cônicas da marca SKF H2311 (Figura 7), com a vantagem de que
elas podem prender o martelo em quaisquer posições e são muito mais leves e
seguras, evitando inclusive problemas de desbalanceamento. Os cálculos realizados
mostraram que um motor de (editar) seria suficiente para o problema, e com uma
margem de segurança foi acoplado um motor de (editar) diretamente ao eixo para
evitar perdas de carga pela correia.
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Figura 7 – Bucha de fixação (SKF – CATÁLOGO GERAL, 1989)
O segundo estágio (Centrífuga) foi eliminado, tendo em vista que na saída do
pelador já é possível separar a fibra do coco pelado com um simples sistema de
ventilação e esteira, que reduziria bastante a quantidade de energia requerida no
caso de uma nova centrifuga.
O terceiro módulo (Quebrador) também foi reduzido para as dimensões
(editar) com apenas um par de martelos acoplados em cruz, mas com dimensões
mais robustas de (editar). Também foi adicionada uma lâmina na ponta de cada
martelo para auxiliar no corte do coco, em vez de estilhaça-lo, exigindo menos
esforço do motor e evitando empenos no eixo. Com a adição da lâmina, notou-se
que a amêndoa tende a sair mais inteira, o que facilitará significativamente no
próximo segmento, o de separação do mesocarpo. Por essas alterações, conseguiu-
se utilizar um motor de (editar) também acoplado diretamente no eixo, que ajudou a
reduzir a dimensão desse último módulo e evitar perdas de carga na correia.
A alimentação da máquina se dará por uma esteira de dimensões (editar)
acoplada a um motor com potencia de (editar) que funcionará a uma velocidade de
(editar), fazendo uma média de (editar) cocos por minuto.
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3. MATERIAIS E MÉTODOS
Devido a dificuldades de aquisição de equipamentos como torno e fresa, toda
a parte de usinagem foi realizada em oficina especializada, bem como o processo de
soldagem que também foi realizado por pessoal capacitado.
A montagem da máquina com todos os seus acessórios e peças foi realizada
na própria oficina da empresa com acompanhamento pessoal do Sr. Demóstenes
Leite, do Prof. Dr. Darley Santiago e dos quatro estagiários de Engenharia
Mecânica. Os rolamentos e mancais utilizados foram devidamente consultados no
catálogo fornecido pelas fabricantes.
Todo o processo de têmpera foi realizado no laboratório de ensaio de
materiais do Instituto Federal do Piauí, em forno de indução eletromagnética próprio,
sob orientação do professor e auxílio da bibliografia (SENAI, 1997). As pastilhas de
aço foram inseridas uma a uma no forno de indução até atingirem a cor rubro a
900ºC por 20 minutos e retiradas cuidadosamente mergulhados em água a
temperatura ambiente de 25ºC equipados com EPI obrigatório para resfriamento
rápido (Tabela 1) por mais 30 minutos até que fosse atingido o equilíbrio térmico.
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TABELA 1 – Tabela auxiliar para realização de têmperas em aços
4. CONCLUSÃO
Em andamento.
5. BIBLIOGRAFIA
NORTON, ROBERT L. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. Editora
Bookman. 2ª Edição. 2007
RICHARD G. BUDYNAS; J. KEITH NISBETT. Elementos de Máquinas de Shigley -
Projeto de Engenharia Mecânica. Editora Bookman. 8ª Edição. 2011
SENAI, CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção, 1997
SKF – CATÁLOGO GERAL, 1989
SOLER, Marcia Paisano; VITALI, Alfredo de Almeida; MUTO, Eric Fumhio.
Tecnologia de quebra do coco babaçu (Orbignya speciosa). Ciência Tecnologia
Alimentos, Campinas. V. 27, 2007.