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Relatorio de um projeto conceiutual de um sistema de carregador de granéis sólidos em container.
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UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO
GRANDE DO SUL
DCEENG – DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS
CARREGADOR DE GRÃOS EM CONTAINER
LENIOR DAL CORTIVO
ALVARO R. SPERANDIO
JONATAN SCHUMANN
Relatório do Projeto Conceitual de um Carregador de Grãos em
Container
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS PARA AGRICULTURA
Prof. A.C. OLAVO
Panambi, Junho de 2012
2
BIOGRAFIA DO AUTOR
Lenior Dal Cortivo nascido em 1989 no município de Rodeio Bonito do estado do Rio
Grande do Sul. Completou sua formação de Segundo Grau em 2006 na Escola Técnica
Estadual 25 de Julho no município de Ijuí/RS. Realizou estágio no setor de corte térmico da
empresa Kepler Weber S/A no período de 2007 a 2008. Atualmente exerce a função de
Projetista na empresa Kepler Weber S/A, onde trabalha desde 2007. Tem grande interesse na
área petrolífera, onde pretende se especializar no futuro.
3
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................................4
LISTA DE TABELAS................................................................................................................5
SÍMBOLOGIA...........................................................................................................................6
RESUMO....................................................................................................................................7
1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................8
1.1 Generalidades...............................................................................................................8
1.2 Estado da arte das soluções existentes..........................................................................9
1.3 Objetivos e metas........................................................................................................11
2 ANÁLISE DAS NECESSIDADES DE PROJETO........................................................12
2.1 Introdução...................................................................................................................12
2.2 Descrição dos parâmetros agronômicos.....................................................................12
2.3 Tipos de Container......................................................................................................14
2.4 Descrição dos parâmetros mecânicos.........................................................................15
2.5 Descrição dos parâmetros econômicos.......................................................................16
2.6 Discussão....................................................................................................................18
3 FUNÇÕES DO EQUIPAMENTO AGRÍCOLA.............................................................19
3.1 Introdução...................................................................................................................19
3.2 Avaliação das concepções..........................................................................................20
3.3 Maquete proposta para o projeto................................................................................22
3.4 Discussão....................................................................................................................22
4 CONCLUSÕES...............................................................................................................24
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................25
4
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Método de Carregamento Vertical 90° 9
Figura 2 – Vazamento de Produto devido a danos no recipiente 10
Figura 3 – Sistema de carregamento através de esteiras transportadoras 10
Figura 4 – Complemento da carga através de sugadores 11
Figura 5 – Gráfico de produção, consumo e exportação de milho 13
Figura 6 – Container tipo Dry Box 14
Figura 7 – Modelo de sensor ultrasônico 16
Figura 8 – Gráfico da Produção mundial de Soja (Fonte USDA 2009) 17
Figura 9 – Gráfico da Exportação mundial de Soja (Fonte USDA 2009) 17
Figura 10 – Container carregado com Soja 19
Figura 11 – Concepção do Equipamento 20
Figura 12 – Perspectiva do Equipamento 21
Figura 13 – Concepção do recipiente de recebimento de produto 22
5
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Movimentação de Granéis Sólidos nos Principais Portos Brasileiros 8
Tabela 2 – Participação do Brasil no cenário mundial de produção de Alimentos 13
6
SÍMBOLOGIA
A Área da seção transversal do tanque [m2]
L Comprimento do tanque [m]
C Custo do tanque [R$]
7
RESUMO
Alguns países não possuem geografia propícia para cultivação de grãos, necessitando de
importação de produtos agrícolas. Tendo em vista este aumento de exportação de grãos do
Brasil, viu-se a necessidade de um sistema de carregamento de grãos em container mais
eficiente, rápido e seguro. Vamos analisar qual é este volume de transporte e sugerir um
conceito novo para carregamento de container.
Os pequenos e médios produtores de grãos atualmente não possuem muitas opções para
comercializar sua produção, sendo muitas vezes desvalorizados por isso. Com as exportações
aumentando cada vez mais, pode ser uma alternativa viável e rentável para os mesmos, porém
atualmente muitos não possuem um sistema adequado para tal operação, impossibilitando a
comercialização através deste meio.
Nosso projeto visa um investimento baixo com uma eficiência e segurança elevada para
as classes médias e baixas de produtores de grãos, possibilitando então este modelo de
negócio.
8
1 INTRODUÇÃO
1.1 Generalidades
Este trabalho trata do problema de carregamento de granéis sólidos em container, visto
que atualmente a alta necessidade de exportação e transporte em um espaço de tempo cada
vez menor vem aumentando cada dia, e a utilização de container para este transporte está se
provando ser um meio rápido e eficaz. De acordo com pesquisas podemos verificar que
atualmente não temos disponível no mercado um sistema simples e barato para carregamento
de container, impedindo muitas vezes, pequenos produtores de pode exportar seu produto e
comercializá-lo com um valor mais rentável, conforme a sua produtividade. Um dos fatores
mais importantes para este equipamento é a segurança que o mesmo deve oferecer ao usuário,
pois todos os riscos de transportes e precauções necessárias para que o mesmo seja
transportado de forma segura, pois no caso de algum sinistro o embalador será inteiramente
responsabilizado, podendo ser multado pela empresa de transporte.
Na tabela abaixo podemos verificar o volume de grãos transportados em dez dos portos
mais movimentados do ano de 2010.
Tabela 1 – Movimentação de Granéis Sólidos nos Principais Portos Brasileiros
Analisando estes dados podemos verificar que com soluções simples temos condições
de apresentar uma idéia eficiente e segura para este problema.
9
1.2 Estado da arte das soluções existentes
Atualmente um dos métodos mais utilizados para este problema é o carregamento
vertical (Figura 1), o qual consiste em uma plataforma onde é fixado o container e elevada
90° para ser efetuado o carregamento. Este sistema necessita de um alto custo de
investimento, não somente no equipamento elevador em si mas em todo o complexo da obra
deve estar preparado para que a canalização de transporte esteja a uma altura suficiente para
ser efetuada a carga. Outro problema nesta situação é a carga concentrada sobre a parede
frontal do container, a qual normalmente não está dimensionada para tal força, podendo
ocorrer danos no recipiente e com isso acidentes de transporte (Figura 2). Também é possível
encontrar métodos de carregamentos em 45° e horizontalmente. Soluções de carregamento
em 45° não são bem vistas pelos usuários, visto que tem o maior risco de danos ao recipiente.
O método de carregamento horizontal ainda é deficiente em quesitos de enchimento do
container e segurança do usuário da máquina, porém é o mais recomendado pois não danifica
o recipiente, garantindo a segurança de transporte do produto.
Figura 1 – Método de Carregamento Vertical 90°
10
Figura 2 – Vazamento de Produto devido a danos no recipiente
Também é conhecido um método de carregamento de container que trabalha com
esteiras transportadoras. O grão é colocado em cima da esteira e descarregado diretamente
dentro do container, porém devido a baixa eficiência do sistema é necessário a utilização de
sugadores para poder completar a carga. Com isso é necessário a utilização de
aproximadamente 40 profissionais, acarretando em muita mão de obra e alto custo de
implantação. Abaixo podemos visualizar como este processo é realizado.
Figura 3 – Sistema de carregamento através de esteiras transportadoras
11
Figura 4 – Complemento da carga através de sugadores
Através das imagens podemos verificar que a segurança dos operadores é muito baixa,
podendo ocorrer vários acidentes graves. Este é um fator essencial e que deve ser revisto em
locais onde se utilizam estas técnicas.
1.3 Objetivos e metas
O objetivo deste trabalho é apresentar uma solução nova para carregamento de contêiner
de forma simples, econômica e segura para os operadores, estando disponível para diversas
classes de produtores, proporcionando-lhes mais opções de negociação do seu produto. Temos
como meta aumentar qualitativamente a segurança dos sistemas propostos atualmente.
12
2 ANÁLISE DAS NECESSIDADES DE PROJETO
2.1 Introdução
Segundo a Aduaneiras, empresa especializada em comércio exterior, nos dias de hoje,
mais de 90% da carga internacional é transportada e negociada através de portos marítimos, e
grande parte dessa quantidade se movimenta através de contêineres. Dessa forma, é
necessário para o crescimento de um país e para a prosperidade das empresas e da economia
em geral, melhorias na eficiência dos portos, em relação as cargas gerais e principalmente em
relação as cargas transportadas em contêineres, pois sua forma de carregamento tem impacto
direto em acidentes em locais de movimentação de contêineres.
Como se sabe, O Brasil está entre os maiores exportadores de Commodities do mundo.
A partir de tal afirmação, pode-se presumir a importância vital da infra estrutura portuária
para o crescimento econômico e para o posicionamento do Brasil como potência mundial. É
nessa visão que pretendemos usar nossos conhecimentos de engenharia para trazer benefícios
e soluções viáveis aos produtores brasileiros, contribuindo para o progresso e fortalecimento
da economia local, bem como pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias.
2.2 Descrição dos parâmetros agronômicos
Temos como premissa básica um projeto para transporte de granéis sólidos, dentre eles
os principais se encaixam como soja, milho e trigo. Segundo uma pesquisa realizada pelo
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento as projeções de produção de granéis
sólidos no Brasil são relativamente boas, visto que a tendência é aumentar cada vez mais.
Atualmente é exportado cerca de 9.139 mil toneladas de milho, e segundo a pesquisa é
projetado para o ano de 2020/2021 uma exportação estimada em 14.299 mil toneladas,
aumento entorno de 56 a 57%. A produção de milho para este mesmo período é estimada em
um aumento de apenas 24%. Abaixo podemos verificar estes dados.
13
Figura 5 – Gráfico de produção, consumo e exportação de milho
Com isso podemos perceber que o aumento de exportações será maior que o aumento de
produtividade local, sendo viável um sistema de carregamento eficaz e ágil para atender esta
demanda.
Na tabela abaixo podemos verificar a participação do Brasil no cenário mundial de
produção de alimentos, na situação atual e com uma projeção para um futuro próximo.
Tabela 2 – Participação do Brasil no cenário mundial de produção de Alimentos
14
2.3 Tipos de Container
É importante salientar que existem uma gama variada de containers disponíveis no
mercado, tendo aplicações para diversos tipos e produtos, sendo assim, como nosso trabalho
tem por objetivo apenas o carregamento de grãos em container vamos demonstrar o mais
utilizado para esta função, com características técnicas e capacidades do mesmo.
O Dry Box é o container mais usado e o primeiro a ser criado. É totalmente fechado
com portas somente nos fundos e é adequado para transportar cargas secas, como roupas,
móveis, calçados etc. (Figura 3). Com uma adaptação na sua abertura, está sendo utilizado
este modelo de container para o carregamento de produtos agrícolas, como soja milho e
feijão.
Figura 6 – Container tipo Dry Box
Suas principais dimensões e capacidades estão descritas abaixo
Dimensões Externas:
o Comprimento: 6058mm até 12192mm
o Largura: 2438mm
o Altura: 2591mm
Dimensões Internas:
o Comprimento: 5906mm até 12044mm
o Largura: 2340mm
o Altura: 2388mm
15
Tem capacidade volumétrica de 33,2m³ até 67,6m³ e peso máximo de 2.400kg até
3.550kg, e consegue transportar cargas entre 21.920 e 26.930kg.
Este tipo de container não é o mais utilizado para transporte de produtos agrícolas
atuais, porém devido ao tempo elevado de carregamento e a baixa segurança nestas operações,
nos levaram a procurar novas soluções em diferentes tipos de container.
2.4 Descrição dos parâmetros mecânicos
O projeto consiste basicamente em 3 equipamentos trabalhando simultaneamente,
sendo eles: tulha metálica recebimento, rosca transportadora e motores de movimentação da
Trua. Cada equipamento possui as características técnicas adequada para a situação de
projeto. A tulha metálica tem capacidade para armazenar 50ton de produto soja com peso
específico entre 0,72 a 0,75ton/m³. É constituída de chapas metálicas de espessura 2,30mm
galvanizadas, aumentando sua vida útil e proporcionando um aspecto visual interessante.
Possui três bocais de saída para proporcionar maior vazão de produto. Dois sensores de nível
tipo membrana estão instalados na tulha para que possa ter um controle da quantidade de
produto. A capacidade de armazenamento é relativamente baixa, visto que este projeto não
tem por objetivo que o grão permaneça na tulha e sim sirva somente como um recipiente de
transferência de produto para os transportadores helicoidais.
Os transportadores helicoidais projetados possuem capacidade de transporte de 75ton/h
cada um, com potência instalada de 5,5cv com o comprimento podendo alternar entre 10 a
11,5m, sendo este um opcional para o cliente. É fabricado de chapas galvanizadas com
espessura variando entre 1,55mm a 2,30mm, dependendo da peça do equipamento.Trabalha a
uma rotação de 105rpm para minimizar os danos ao produto. Sensores ultrasônicos (Figura 3)
estão instalados no final do transportador e são capazes de medir o nível de produto no
container para que não ocorra o transbordamento de produto. Possui pontos de carga móveis,
permitindo o seu deslocamento horizontal em 5m do seu comprimento.
16
Figura 7 – Modelo de sensor ultrasônico
Para a movimentação horizontal do equipamento foram selecionados motores de alto
rendimento de 1,5cv instalados com inversores de freqüência permitindo a parada do
equipamento em diversos pontos.
Todos estes equipamentos são sustentados por uma estrutura metálica simples e
resistente, seguindo as normativas de seguranças mais rígidas para esta instalação. É capaz de
suportar sobrecargas de até 2,5 vezes sobre o seu dimensionamento. Consegue suportar ventos
de até 135km/h devido ao seu material construtivo ser altamente resistente. Para o acesso ao
painel de controle e manutenção dos equipamentos a estrutura é provida de escadas de acesso
com 45° de inclinação e corrimãos, para proporcionar maior conforto e segurança.
2.5 Descrição dos parâmetros econômicos.
Para um consumidor poder contar com este equipamento ele terá que desembolsar
aproximadamente R$ 75.000,00, um valor relativamente baixo quando comparado ao sistema
de armazenagem e expedição tradicionais para transportes rodoviários e ferroviários. Neste
valor não está incluso o frete e start-up do equipamento em obra, isso é válido para posto
fábrica em Panambi – RS.
17
O equipamento é de fácil operação, sendo controlado por um painel de controle de
funções simples e eficazes, permitido que apenas 1 trabalhador consiga realizar todas as
tarefas, reduzindo o custo operacional.
Um fator importante que devemos notar é a participação da produção e exportação de
soja do Brasil no cenário mundial. Podemos notar abaixo (Figura 3) que até o final de 2010 o
Brasil possui 28% da produção total mundial, ficando atrás apenas dos EUA. A Argentina,
nossa vizinha e parceira do MERCOSUL, também está bem posicionada no cenário mundial
com 21% do total.
Figura 8 – Gráfico da Produção mundial de Soja (Fonte USDA 2009)
Tratando-se de exportações (Figura 4) o Brasil passa a figurar como um líder sendo
responsável por 37% das exportações mundiais, acompanhado dos EUA com 37%, seguidos
pela Argentina com 16%. Podemos analisar então que Brasil e Argentina juntos somam 56%
das exportações mundiais, com isso o mercad o para implantação do nosso projeto é
amplo.
Figura 9 – Gráfico da Exportação mundial de Soja (Fonte USDA 2009)
18
De acordo com a CONAB (2009) o Brasil conta com uma infra-estrutura de
aproximadamente de 13,7mil unidades armazenadoras, com capacidade de estocar até 93,8
milhões de toneladas de grãos, sendo um ponto positivo para nosso projeto.
2.6 Discussão
Com a crescente modernização de pequenas unidades armazenadoras e o aumento das
exportações, verificamos que os produtores brasileiros não estão preparados para este
aumento, dependendo exclusivamente de cooperativas para comercializar o seu produto. A
partir dos dados obtidos analisamos que a América do Sul possui o maior potencial de
exportação de produtos agrícolas do mundo, o que nos motivou para a realização deste
projeto, por tratar-se de fácil comercialização e implantação da nossa idéia não somente no
mercado brasileiro, principal alvo, mas também nos mercados da América do Sul, como os
países do MERCOSUL, onde possuímos boas negociações.
É importante salientar que este é um projeto conceito, onde futuramente pode ser
melhorado e simplificado.
19
3 FUNÇÕES DO EQUIPAMENTO AGRÍCOLA
3.1 Introdução
Nosso objetivo é carregar container com granéis sólidos, principalmente soja, através de
um recipiente (tulha) um distribuidor e três roscas helicoidais de passo contínuo e rotação
variável, com o seu comprimento podendo ser ajustado de acordo com o tamanho do
container.
Antes de iniciar o processo é recomendado realizar um check-up no equipamento para
evitar paradas não programadas, impossibilitando a carga e conseqüentemente atrasando a
expedição do produto.
O primeiro passo é saber qual a capacidade e qual a velocidade em que o
cliente/produtor necessita carregar o container, pois como nosso equipamento é provido de
um inversor de freqüência que permite a alteração do fluxo de descarga, este tempo pode
variar bem como a quantidade de container carregados por dia. Feito isso o operador necessita
regular no painel de controle qual a rotação específica as roscas helicoidais devem trabalhar,
para que a capacidade desejada seja atendida.
Figura 10 – Container carregado com Soja
Após os parâmetros de trabalho estarem regulados é então definido qual o tamanho do
container para que se possa regular o comprimento do transportador.
20
O motivo do transportador ser regulável no seu sentido horizontal é para que o
caminhão não necessite estar ligado e em movimento na hora da carga, podendo acarretar em
acidentes. Além deste motivo o sistema de movimentação horizontal da rosca helicoidal estar
presente em nosso conceito é que se consiga efetuar um enchimento mais eficaz de produto no
container.
Na figura abaixo podemos verificar a concepção do equipamento:
Figura 11 – Concepção do Equipamento
Durante o funcionamento do equipamento os sensores instalados nas extremidades das
roscas helicoidais permitem um controle preciso do volume de produto inserido no container.
Antes que o enchimento completo do container se efetue os dados obtidos dos sensores
permitem que o fluxo de grãos seja interrompido com segurança para a troca do container.
3.2 Avaliação das concepções
Como podemos verificar o carregamento de granéis sólidos tem grande importância em
nosso cotidiano. Um dos principais objetivos deste projeto é assegurar a segurança e
facilidade de utilização por parte do operador, visto que hoje em dia a segurança vem sendo
um dos itens mais importantes na hora de definir a compra de um produto. No mercado atual,
com poucas opções para efetuar este processo, esta questão pode ser um diferencial na hora da
compra ou instalação do sistema em uma unidade.
Escadas com inclinação em 45°, guarda corpos e corrimões bem sinalizados dão sinais
de segurança para o operador. Proteções nas partes móveis evitam que componentes
mecânicos em operação entrem em contato com pessoas, evitando acidentes.
21
Figura 12 – Perspectiva do Equipamento
O uso de roscas transportadoras também é um diferencial, visto que são completamente
fechadas, não permitindo o contato humano com o helicóide. O acionamento é provido de
acoplamento elástico, permitindo a realização de manutenção no equipamento com facilidade,
além de proporcionar uma segurança mecânica elevada.
Para o sistema de recebimento de produto, avaliamos que seria melhor a construção de
um recipiente na forma retangular, para evitar o excesso de interligações e aumentar a
capacidade. Na figura abaixo, podemos perceber que a concepção nova de um funil de
descarga também é aplicada, para aumentar o volume e diminuir as tensões pontuais no centro
do funil. O ângulo de projeto é de 60° para permitir um bom escoamento de diversos tipos de
produto.
22
Figura 13 – Concepção do recipiente de recebimento de produto
Ao nosso ver, esta concepção torna-se eficiente para quem deseja e busca segurança em
sua unidade armazenadora.
3.3 Maquete proposta para o projeto
Para demonstrar e avaliar o projeto, tivemos como um desafio construir uma maquete,
a qual nos proporcionou uma melhor visualização física do conceito. Utilizamos materiais
recicláveis para contribuir com o meio ambiente.
3.4 Discussão
Quando discutimos em qual área iríamos desenvolver uma melhoria ou conceito novo,
pensamos que antes de verificar um equipamento era necessário saber as principais
necessidades encontradas pelo mercado. Atualmente com grandes empresas especializadas na
área de transportes e armazenagem de grãos, é difícil não termos equipamentos no mercado
que atendam as mais diversas situações. Porém não olhamos apenas para a armazenagem ou
transporte em si, e sim opções de mercado para os produtores e como fazer para poderem
participar desta fatia da produção sem necessitar de apoios de cooperativas, que muitas vezes
escolhe e faz o preço.
23
Através destas necessidades, verificamos a necessidade dos produtores em terem um
sistema carregamento de container para ampliar sua capacidade de negócios. A partir disto,
entrou-se em discussão como seria feito tal processo e com quais equipamentos iríamos
produzir o projeto. Verificamos então que com pequenas modificações em equipamentos
existentes em mercado, era possível realizar um projeto novo, um conceito novo em
carregamento de container.
Com o projeto definido, passamos a determinar quais as capacidades e valores que
teríamos que trabalhar. Depois de algumas trocas de idéias verificamos que a capacidade de
carga seria compatível com 150ton/h, produzindo um tempo de carregamento rápido e sem
danificar o grão.
24
4 CONCLUSÕES
A possibilidade de inovar e encontrar soluções é o que nos move para que possamos
evoluir e aprender cada vez mais, com esta idéia criamos um projeto simples, porém de muito
aprendizado em cada etapa, seja na parte de pesquisa, em projeto ou até de construção de um
protótipo. Este trabalho nos permitiu adquirir novas idéias não somente acadêmicas, mas
também de mercado, onde não é avaliado apenas o funcionamento ou a beleza e sim a sua
utilização em campo.
25
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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em: 11 de junho de 2012. Disponível em: http://www.novomilenio.inf.br/porto/contei24.htm
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NOGUEIRA JUNIOR, S.; TSUNECHIRO, A. Produção Agrícola e Infra-Estrutura de
Armazenagem no Brasil. Informações Econômicas, SP, V.35, n.2, Fev.2005.
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SAL – Shipping Australia Limited. Information for Shipping Companies and Packers of
Containers. Janeiro de 2010.
26