Development of a domestic waste compactor

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Universidade de Aveiro 2018

Departamento de Comunicação e Arte Departamento e Engenharia Mecânica

Ana Salomé

Fernandes Caboz

Desenvolvimento de um Compactador Doméstico

de Lixo

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Universidade de Aveiro 2018

Departamento de Comunicação e Arte Departamento e Engenharia Mecânica

Ana Salomé

Fernandes Caboz

Desenvolvimento de um Compactador Doméstico de

Lixo

Development of a Domestic Waste Compactor

Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia e Design de Produto, realizada sob a orientação científica do Doutor António Gil Andrade Campos, Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro, e do Doutor Maximiliano Ernesto Romero, Professor do Departamento das Culturas do Projeto da Universidade IUAV de Veneza.

Com o apoio dos projetos: UID/EMS/00481/2013-FCT e CENTRO-01-0145-FEDER-022083

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o júri

presidente Prof. Doutor Gonçalo João Ribeiro Gomes

Professor Auxiliar da Universidade de Aveiro

Prof. Doutor Eduardo Jorge Henriques Noronha Professor Auxiliar Convidado da Universidade de Aveiro

Prof. Doutor Francisco José Malheiro Queirós de Melo Professor Associado Aposentado da Universidade de Aveiro

Prof. Doutor António Gil D'Orey de Andrade Campos Professor Auxiliar da Universidade de Aveiro

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agradecimentos

Quero agradecer aos meus orientadores Professor António Gil Campos e Professor Maximiliano Romero pelos conhecimentos transmitidos bem como pela disponibilidade e cooperação na realização deste projeto. Um

agradecimento especial ao Professor António Gil Campos pela paciência e apoio incondicional.

Quero agradecer também à minha família e amigos por todo o apoio não só neste último ano, mas ao longo da minha formação académica. Obrigada por me terem acompanhado e ajudado nesta etapa.

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palavras-chave

Design de Produto, lixo doméstico, volume de lixo, compactador, compactação radial, eco-friendly.

resumo

O crescimento da população e da indústria levam ao aumento da produção de

lixo. O volume e a má gestão destes resíduos são os principais fatores responsáveis por vários problemas ambientais e socioeconómicos. Tendo em consideração esta problemática que afeta a humanidade, o presente projeto pretende criar um produto que ajude a minimizar este flagelo.

O ciclo de vida do lixo inicia-se, maioritariamente, em ambiente doméstico. Assim, este trabalho tem como objetivo a criação de um produto que se enquadre neste ambiente e que contribua para a redução do volume de lixo. Adicionalmente, tenciona melhorar a qualidade do trabalho doméstico, o sistema de recolha de lixo e apoiar no processo educativo, enfatizando uma atitude de responsabilidade ambiental. Neste sentido, foi desenvolvido um compactador doméstico de lixo.

Encontram-se disponíveis no mercado alguns equipamentos desta categoria. No entanto, a grande maioria apresenta grandes dimensões, preço elevado e, os sistemas motorizados, consomem muita energia. Assim, este projeto tem como propósito, não só responder à problemática do lixo, mas ao mesmo tempo, criar um produto compacto, eco-friendly e adaptável a um contentor existente. Esta última característica, até à data, não está presente em nenhum compactador existente no mercado, tornando a solução inovadora.

A fim de realizar este projeto, vários esboços, testes e cálculos foram

realizados, resultando na criação de três compactadores: convergente-radial, divergente-radial e por enrolamento. Cada um responde positivamente aos requisitos estabelecidos, compactando e reduzindo o volume do lixo. Tendo em conta estas três propostas, a compactação convergente-radial foi a escolhida para ser desenvolvida. Como resultado deste processo, obteve-se um

equipamento pneumático que pode ser introduzido num contentor padrão, cilíndrico, de 15 litros.

Deste projeto resultou a criação de uma marca, COBI, que associa três produtos com diferentes funções. COBI Bin é o nome atribuído ao

equipamento. Este, por sua vez, é introduzido dentro do COBI Container, que protege e suporta o sistema e todos os seus componentes. O terceiro

elemento diz respeito a uma aplicação para smartphone, COBI App, criada para auxiliar o utilizador no uso do produto.

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keywords

Product Design, household waste, waste volume, compactor, radial compaction, eco-friendly.

abstract

The population and industry growth have led to the increase in the amount of

garbage on the planet. The volume and the poor management of the waste are the major factors responsible for several environmental and socioeconomic problems. Aware of this problematic that affects the Humankind, this project endeavors to develop a product that minimize this calamity.

Considering that the waste life cycle starts mainly in households, this final work is directed to a device that should be used at the domestic environment as the first step to contribute to the reduction of waste volume. Moreover, it improves the housework quality, the waste collection system and it is the basis of an educational process emphasizing an environmental responsibility attitude. In this way, a waste compactor was developed.

It is well known that products with the same aim have already been designed. However, most of them have large dimensions, are very expensive and the motorized ones consume a lot of energy. Thus, the present project has the purpose not only to respond to the waste problematic but at the same time attempt to achieve a low-cost, small and eco-friendly product adaptable to an existing container. This last feature, is not seen in conventional market waste compactors, makes this an innovative product.

To accomplish this goal, sketches, tests and calculations were done. As result convergent-radial, divergent-radial and winding compactors were created. Each one of them responds positively to the product requirements, compacting and reducing the waste volume. From these three proposals, the Convergent-radial compaction was chosen to be fully developed, resulting in a pneumatic equipment which can be introduced in a 15 liters standard cylindrical container.

The development of this project also resulted in the creation of a brand, COBI, associated with three products with different functions. Thus, COBI Bin is related to the equipment, introduced inside the COBI Container, which protects and supports the system and its components. The COBI App

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𝑅𝑐 𝑉 ℎ 𝓊 𝑖 𝑓 𝑟 𝜋 𝑃 𝑚 𝑔 𝐷ef 𝐸

𝜀

𝜐 𝜎 𝐹 𝑁𝑐𝑜𝑚𝑝. τ

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𝑅𝑐

𝑅_𝑐v=𝑉𝑖

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𝑉 𝑅_𝑐𝑣 =𝐴 × ℎ𝑖 𝐴 × ℎ_𝑓= ℎ_𝑖 ℎ_𝑓= ℎ_𝑖 ℎ_𝑖 − 𝓊 𝓊 𝑉 𝑅_𝑐𝑟=ℎ ×𝜋.𝑟𝑖2 ℎ ×𝜋.𝑟_𝑓2= ( 𝑟_𝑖 𝑟_𝑓) 2 = ( 𝑟𝑖 𝑟_𝑖 − 𝓊 ) 2 𝓊 𝑅_𝑐𝑣= ℎ𝑖 ℎ_𝑖 − 𝓊 𝑅𝑐𝑟= ( 𝑟_𝑖 𝑟_𝑖 − 𝓊 ) 2

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𝓊 = ∆ℎ <=> 𝓊 = ℎ𝑖− ℎ𝑓<=> ℎ𝑓 = ℎ𝑖− 𝓊 ∆𝑉 = 𝑉𝑖− 𝑉𝑓 ∆𝑉 = 𝐴 × ℎ𝑖− 𝐴 × (ℎ𝑖− 𝓊) = 𝐴(ℎ𝑖− (ℎ𝑖− 𝓊)) = 𝐴. 𝓊 ∆𝑉 = ℎ × (𝜋. 𝑟𝑖2− 𝜋. 𝑟𝑓2) = ℎ × 𝜋(𝑟𝑖2− 𝑟𝑓2) 𝓊 = ∆𝑟 <=> 𝓊 = 𝑟𝑖− 𝑟𝑓<=> 𝑟𝑓= 𝑟𝑖− 𝓊 ∆𝑉 = ℎ. 𝜋(𝑟𝑖2− (𝑟𝑖− 𝓊)2) = ℎ. 𝜋(2𝑟𝑖. 𝓊 − 𝓊2) = = ℎ. 𝜋. 𝓊(2𝑟𝑖− 𝓊) ∆𝑉 = 𝑉𝑖− 𝑉𝑓= 𝑅𝑐× 𝑉𝑓− 𝑉𝑓= 𝑉𝑓(𝑅𝑐− 1) =_𝑅𝑉𝑖 𝑐(𝑅𝑐− 1) ∆𝑉 = 𝑉𝑖 𝑅_𝑐(𝑅𝑐− 1)

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𝑃 = 𝐸 × 𝜀 𝑅_𝑐v= ℎ𝑖 ℎ_𝑖−𝓊<=> ℎ𝑖− 𝓊 = ℎ_𝑖 𝑅_𝑐𝑣<=> 𝓊 = ℎ𝑖− ℎ_𝑖 𝑅_𝑐𝑣 𝑃 = 𝐸 𝑥 𝜀 = 𝐸 ×_ℎ𝓊 𝑖= 𝐸 ℎ_𝑖(ℎ𝑖− ℎ_𝑖 𝑅_𝑐𝑣) = 𝐸 (1 − 1 𝑅_𝑐𝑣) 𝑃𝑣= 𝐸 (1 −_𝑅1 𝑐𝑣) 𝑅_𝑐𝑟= ( 𝑟𝑖 𝑟𝑖 − 𝓊 ) 2 <=> 𝑅_𝑐𝑟2₌ 𝑟𝑖 𝑟𝑖 − 𝓊<=> 𝑟𝑖 − 𝓊 = 𝑟𝑖 𝑅_𝑐𝑟2 <=> 𝓊 = 𝑟𝑖− _𝑅𝑟𝑖 𝑐𝑟2 𝑃 = 𝐸 ×𝓊_𝑟 𝑖= 𝐸 𝑟_𝑖(𝑟𝑖− 𝑟_𝑖 𝑅_𝑐𝑟2) = 𝐸 (1 − 1 𝑅_𝑐𝑟2) 𝑃𝑟= 𝐸 (1 − _𝑅1 𝑐𝑟2)

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𝑃 𝐷𝑒𝑓

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𝐸 𝐸 =_∆𝐷∆𝑃 ef 𝐸plastic = 9604,196 Pa 𝐸paper= 6492,977 Pa 𝜀𝑟 𝓊 = 𝑟𝑖− 𝑟𝑓 𝜀𝑟=𝓊_𝑟 𝜎𝑟 𝜐 𝜎𝑟= _{(𝜐+1)(2𝜐−1)}𝐸 × (𝜐 − 1)𝜀𝑟

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𝑅_𝑐𝑟= ( 𝑟𝑖 𝑟_𝑖 − 𝓊 )

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𝐹

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𝐹𝑁.𝑐𝑜𝑚𝑝.=_𝑁𝜎𝑟×A 𝑐𝑜𝑚𝑝. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 1 2 3 4 5 6 7 8 9

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𝐹div.=𝐹conv.₃ × 2

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Power =τ×ω₆₀ ω = 2𝜋 × 𝑛rpm

𝑛rpm= 15 rpm τ = 28,33 Nm

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