Máquina para alimentação automática de pequenos animais

UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul

DCEEng - Departamento de Ciências Exatas e Engenharias

Curso de Engenharia Mecânica – Campus Panambi

ELTON HERBERTO DESSBESELL

DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO DE MÁQUINA PARA ALIMENTAÇÃO

AUTOMÁTICA DE PEQUENOS ANIMAIS

Panambi

2013

ELTON HERBERTO DESSBESELL

MÁQUINA PARA ALIMENTAÇÃO AUTOMÁTICA DE PEQUENOS ANIMAIS

Trabalho de conclusão de curso apresentado à banca avaliadora do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico.

Banca Avaliadora:

1° Avaliador: Prof. Luiz Antonio Rasia, Dr. Engenharia Elétrica

BIOGRAFIA DO AUTOR

Elton Herberto Dessbesell nascido em 1979 no município de Condor do estado do Rio Grande do Sul, filho de Beno Dessbesell e Eronita Dessbesell. Completou sua formação de Primeiro Grau em 1993 na Escola Estadual Agostinha Dill no município de Condor/RS, completou sua formação de Segundo Grau Técnico em Mecânica em 1998 no Colégio Evangélico Panambi no município de Panambi/RS. Realizou estágio na produção e engenharia da empresa Kepler Weber S.A. no período de 1994 a 1997. Atualmente exerce a função de projetista de instalações de armazenagem de grãos na empresa Kepler Weber S.A., onde trabalha desde 1994. Tem grande interesse pela área de projetos e automação de máquinas, na qual pretende se especializar no futuro.

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela força que tem dado para lutar pelos meus objetivos;

À família que possuo, pelo apoio constante e incentivo na busca da formação e de novos desafios.

Ao professor Antonio Carlos Valdiero pela orientação e auxílios dados para que o presente relatório de estágio fosse realizado, sempre teve boa vontade e disposição em ensinar.

As empresas Kepler Weber Industrial S.A., Metalúrgica Cofelma e SD Metalúrgica, por propiciar a realização deste, fornecendo acesso às informações relevantes, materiais e prestação de serviços que contribuíram na realização deste trabalho.

Enfim, a todos que fazem parte da UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, pelo desafio em buscar junto às empresas a oportunidade de ter a vivência prática das funções desempenhadas por profissionais de engenharia, aplicando os conhecimentos obtidos durante o curso de engenharia mecânica.

DEDICATÓRIA

Aos meus amados pais, Beno Dessbesell e Eronita Dessbesell. Aos irmãos Edson e Etor, por quem tenho um apreço inestimável. À minha esposa Cleonice, a quem reservo o mais puro sentimento de amor e respeito.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ... 14

1.1. GENERALIDADES ... 14

1.2. OBJETIVOS,METODOLOGIA E ORGANIZAÇÃO ... 14

1.3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 15

1.3.1. ANIMAIS DE ESTIMAÇÃO ... 15

1.3.2. ALIMENTOS PARA ANIMAIS DE ESTIMAÇÃO ... 21

1.3.3. ALIMENTADORES DISPONÍVEIS NO MERCADO ... 24

1.3.4. TRANSPORTADOR HELICOIDAL ... 28

2. ANÁLISE DAS NECESSIDADES E PROJETO CONCEITUAL ... 33

2.1. INTRODUÇÃO ... 33

2.2. CASA DA QUALIDADE PARA O PROJETO ... 33

2.3. QUADRO DE IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA ... 35

2.4. DIAGRAMA FAST DO PROJETO ... 37

2.5. BUSCA POR PRINCÍPIOS DE SOLUÇÃO PARA O PROJETO ... 38

2.6. MATRIZ MORFOLÓGICA DE SOLUÇÕES PARA O PROJETO ... 44

2.7. GERAÇÃO E DESCRIÇÃO DAS CONCEPÇÕES ... 45

2.7.1. CONCEPÇÃO 01 ... 45

2.7.2. CONCEPÇÃO 02 ... 46

2.7.3. CONCEPÇÃO 03 ... 47

2.7.4. AVALIAÇÃO DAS CONCEPÇÕES ... 48

3. PROJETO DETALHADO E CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO ... 50

3.1. INTRODUÇÃO ... 50

3.2. MECANISMO DE DOSAGEM ... 50

3.4. ACIONAMENTO ... 54

3.5. SISTEMA DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE... 56

3.6. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO ... 60

3.7. TESTES DO PROTÓTIPO ... 65

4. CONCLUSÃO ... 68

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 69

ANEXO A – CATÁLOGO DO MOTOREDUTOR ... 71

ANEXO B – CATÁLOGO DO ENCODER ... 73

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Cães e gatos. ... 15

Figura 2 – Distribuição de “Pets” no Brasil. ... 17

Figura 3 – Volume de produção de Pet Food nos últimos anos (em mil toneladas) .... 19

Figura 4 – Mercado “Pet” no Brasil em 2009 ... 20

Figura 5 – Mercado “Pet” Mundial em 2009... 20

Figura 6 – Alimentador de fabricação nacional ... 25

Figura 7 – Alimentador importado ... 26

Figura 8 – Alimentador com aplicativo para alimentação remota ... 27

Figura 9 – Partes da Rosca transportadora ... 28

Figura 10 – Acionamento de Rosca transportadora ... 30

Figura 11 – Casa da qualidade do projeto ... 34

Figura 12 – Diagrama FAST do projeto. ... 37

Figura 13 – Esboço da concepção 01 do projeto ... 46

Figura 14 – Esboço da concepção 02 do projeto ... 47

Figura 15 – Esboço da concepção 03 do projeto ... 48

Figura 16 – Modelagem do protótipo em CAD 3D ... 51

Figura 17 – Modelagem do protótipo em CAD 3D explodido ... 52

Figura 18 – Helicóide montado sobre o eixo ... 52

Figura 19 – Depósito do dosador ... 54

Figura 20 – Acionamento ... 55

Figura 21 – Circuito da placa automação e controle ... 56

Figura 22 – Microcontrolador PIC 16F84 ... 57

Figura 23 – Encoder ... 59

Figura 24 – Componentes da máquina em chapa dobrada ... 60

Figura 25 – Componentes da máquina em aço usinado ... 61

Figura 27 – Placa de automação e controle da máquina ... 62

Figura 28 – Subonjunto do acionamento ... 63

Figura 29 – Subconjunto do mecanismo de dosagem ... 63

Figura 30 – Vista lateral máquina de alimentação automática ... 64

Figura 31 – Vista superior máquina de alimentação automática ... 64

Figura 32 – Bancada para testes do dosador ... 65

Figura 33 – Dosagem de ração acumulada ... 66

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Guia alimentar recomendado para cães... 23

Tabela 2 – Fator de potência em função do material, Fm. ... 31

Tabela 3 – Quadro de Identificação do Problema. ... 35

Tabela 4 – Princípios de solução para prover estrutura ... 38

Tabela 5 – Princípios de solução para prover acionamento da máquina ... 39

Tabela 6 – Princípios de solução para prover depósito de ração ... 40

Tabela 7 – Princípios de solução para prover sistema de dosagem ... 41

Tabela 8 – Princípios de solução para prover temporizador ... 42

Tabela 9 – Princípios de solução para prover prato de alimentação ... 43

Tabela 10 – Matriz Morfológica do projeto ... 44

Tabela 11 – Tabela de avaliação das concepções ... 49

Tabela 12 – Dados entrada para cálculo da capacidade do transportador helicoidal.. 53

SIMBOLOGIA DE EXPRESSÕES MATEMÁTICAS

EXPRESSÃO DESCRIÇÃO PRINCIPAIS UNIDADES

Q Capacidade m³/h D Diâmetro maior cm d Diâmetro menor cm p Passo cm n Rotação rpm P Potência cv – kW - W Me Massa específica Kg/m³ - g/ml L Comprimento m

Fm Fator de potência adimensional

T Torque N.m - kg.m – kg.m

RESUMO

Esta proposta de projeto trata da necessidade de uma máquina para: alimentação automática de pequenos animais, tais como cães e gatos, que resolva o problema de famílias que necessitam de viajar por períodos de até 10 dias e não dispõem de empregados para realizarem esta tarefa. A máquina projetada é de baixo custo, portátil, segura e de simples operação. Para elaborar o projeto conceitual foram utilizadas ferramentas de projeto, tais como: quadro de identificação do problema, casa da qualidade (QFD), técnica de análise funcional de sistemas (FAST), busca por princípios de solução, matriz morfológica, síntese de concepções e escolha da melhor concepção. Definido o projeto conceitual partiu-se para a execução do projeto detalhado e construção do protótipo com o sistema de automação e controle, com testes da parte mecânica de dosagem, teste do processo de alimentação de animais, visando atender os atributos requeridos pelo consumidor.

Expressões chaves: Máquina Alimentação Automática, Portátil, Ferramentas

ABSTRACT

This project proposal addresses the need for a machine: automatic feeding of small animals, such as dogs and cats, which solves the problem of families who need to travel for periods of up to 10 days and have no employees to perform this task. The machine is designed for low cost, portable, safe and simple operation. To develop the conceptual project design tools were used such as: problem identification frame house of quality (QFD), technical analysis of functional systems (FAST), search for principles of solution, morphological matrix, synthesis of concepts and choosing the best design. Defined conceptual design broke for the execution of detailed design and construction of the prototype system with automation and control, testing of the mechanical metering, testing process animal feed, to meet the attributes required by the consumer.

Keywords: Automatic Feeding Machine, Portable, Tools Design, Detailed

14

1. INTRODUÇÃO

1.1. Generalidades

A quantidade de famílias de classe média baixa tem aumentado no país e principalmente nas metrópoles e são o público alvo que mais necessitam de uma alternativa mecanizada para o trato alimentar de seus animais domésticos principalmente durante as viagens de fins de semana e férias. Este público em sua maioria não possui um empregado doméstico ou uma pessoa com disponibilidade para cuidar de seus animais em períodos de ausência. A alternativa de alimentação automática também é importante para famílias com pouco tempo disponível que passam o dia fora de casa em atividades de estudo e trabalho. Com a alimentação automática, poderá ser controlada a quantidade de ração oferecida ao animal e assim ter um controle mais amplo sobre seu desenvolvimento e ganho ou perda de peso.

Este trabalho visa o projeto de uma máquina para alimentação automática de pequenos animais, tais como: cães e gatos, que resolva o problema de famílias que necessitam de viajar por períodos de até 10 dias e não dispõem de empregados para realizarem esta tarefa que, seja uma máquina de baixo custo, versátil e fácil operação.

1.2. Objetivos, Metodologia e Organização

O objetivo é desenvolver um protótipo de um alimentador automático para animais de estimação, uma máquina de baixo custo, portátil, segura, de simples operação e de boa estética. A máquina deverá ter um reservatório com capacidade de carga de ração para alimentar 01 animal e autonomia de funcionamento para 10 dias, preço ainda a ser definido e peso máximo da máquina de 30 kg. O objetivo é proporcionar ao usuário a liberdade de escolha da quantidade de refeições e dos respectivos horários, não tendo a necessidade de seguir intervalos lógicos ou mesmo respeitar horários. Outra grande qualidade será o fato do alimentador possuir um

15

mecanismo que retira do prato a eventual sobra de ração da última refeição, antes de

liberar uma nova porção.

1.3. Revisão Bibliográfica

Nesta seção serão abordados temas sobre animais de estimação, alimentos para animais de estimação, modelos de alimentadores disponíveis no mercado e, equipamentos e soluções aplicadas no projeto de uma máquina para alimentação automática de pequenos animais.

1.3.1. Animais de Estimação

Animais de estimação, especialmente cães e gatos, figura 1, estão se tornando cada vez mais presentes nas famílias brasileiras e do mundo todo. O tratamento de um animal de estimação é um processo que demanda tempo e atenção de seus donos, que muitas vezes não podem estar presentes, como em ocasiões de viagem ou mesmo durante uma longa semana de trabalho. A disposição da ração e da água, especialmente dos animais criados em áreas livres, também requer cuidados especiais, como proteção contra intempéries e contra o alcance de insetos e outros animais.

Figura 1 – Cães e gatos.

16

Segundo a Associação Nacional dos Fabricantes de Alimentos para Animais,

existem no Brasil cerca de 33 milhões de cães com endereço fixo, destes, 43 % são alimentados com ração industrializada. Conferimos abaixo os números do mercado pet no Brasil, de acordo com a Anfalpet:

- 78 milhões de animais de estimação;

- 2º maior do mundo em população de cães e gatos;

- 4º maior do mundo em população total de animais de estimação; - Faturamento de R$ 12,5 bilhões em 2011;

- 3 milhões de toneladas de pet food/ano; - 25.000 pet shops.

O Brasil sendo o segundo país do mundo com maior população de cães e gatos perdendo somente para os Estados Unidos. A figura 2 ilustra a distribuição de “pets” no Brasil, a relação é de um cão para cada seis habitantes e um gato para cada 10 habitantes. Dados do IBGE apontam que nos últimos quatro anos houve um aumento de 17,6% no número de cães e gatos no Brasil. Segundo estimativas do IBOPE, cerca de 59 % dos domicílios têm algum animal de estimação, sendo que em 44 % deles há pelo menos um cachorro e em 16 % pelo menos um gato (fonte: ANFAL PET).

17

Figura 2 – Distribuição de “Pets” no Brasil.

Fonte: Anfa Pet, 2009

Com o aumento dos animais também aumenta a variedade de produtos e serviços oferecidos para atender esse nicho de mercado. As lojas de produtos agropecuários, que mantinham numa única prateleira rações para cães, deram espaço a modernas e grandiosas lojas, os chamados pet shop, verdadeiros shoppings caninos e felinos com diversos tipos de rações, brinquedos e acessórios. Isso só reforça a potencialidade econômica do setor.

Todo esse investimento decorre justamente da convivência cada vez mais estreita e dos vínculos afetivos desenvolvidos entre homens e bichos, porém, nem sempre é possível atender todos os seus desejos. Compromissos profissionais, viagens, o ritmo cada vez mais frenético do dia-a-dia e outros contratempos às vezes obrigam os donos a passarem algum tempo longe dos seus animais de estimação.

18

Com o mercado de nutrição animal em expansão e a utilização de aditivos

alimentares na produção de animais, a indústria nacional de “Pet Food” movimenta bilhões, o que possibilita novos investimentos em tecnologia e novidades em matéria prima. A queda dos preços do milho e da soja, além do aumento da exportação da carne foram fortes colaboradores para o desenvolvimento do setor. Outro ativo de extrema importância para a indústria de ração é a farinha de carne e ossos e farinha de vísceras produzida através da reciclagem animal, esses subprodutos são muito ricos em proteínas e minerais, por isso é uma matéria prima importante, a serventia dos dejetos não se limita apenas a fabricação de ração, mas atende também setores de cosméticos, produtos de higiene e limpeza, biocombustíveis, entre outros.

Foi-se o tempo em que os animais domésticos, como cães e gatos, comiam os restos dos alimentos de seus donos. O desenvolvimento da indústria de alimentos, ainda na década de 70, nos Estados Unidos e na Europa, provocou mudanças nos hábitos alimentares dos humanos e, consequentemente, dos animais. As modificações no estilo de vida da população residente, principalmente, nos grandes centros urbanos, foram responsáveis pelas alterações nos padrões alimentares e no modo de comer.

Em busca da praticidade, as famílias deixaram de realizar suas refeições em casa e passaram a fazê-las de forma rápida e geralmente na rua. Se, por um lado, as famílias estão ingerindo comidas prontas, não existem mais sobras para alimentar os animais de estimação, como era feito antes. Diante desta realidade, a indústria de fabricação de alimentos para animais também tem dado sua contribuição no que se refere à praticidade.

A seguir, na figura 3, temos os números de produção de “Pet Food” nos últimos anos. Podemos observar o crescimento constante e sólido na produção de rações desde o ano de 1994 até o ano de 2007, com pequenas quedas em 2008 e 2009, reflexos da crise econômica mundial iniciada no último trimestre de 2008 e permanecendo com mais ênfase até o terceiro trimestre de 2009, provocando recessão profunda nos mercados mundiais. Para termos uma análise mais ampla

19

sobre o Mercado “Pet” devemos levar em consideração, outros segmentos

componentes que devem ser considerados além do mercado de alimentos.

Figura 3 – Volume de produção de Pet Food nos últimos anos (em mil toneladas)

Fonte: Anfa Pet, 2009

O mercado de “Pet” é muito amplo, refletindo em outras áreas, como veterinária, serviços, equipamentos, produtos e acessórios para higiene e embelezamento. Na figura 4, pode-se observar o mercado Pet no Brasil onde a maior parte se concentra no segmento da alimentação, seguido pelo segmento de serviços e depois medicamentos veterinários.

20

Figura 4 – Mercado “Pet” no Brasil em 2009

Fonte: Anfa Pet, 2009

Em termos de Pet mundial os valores ultrapassam U$$ 73 bilhões, sendo o mercado dos Estados Unidos o maior. Na figura 5, pode-se observar a divisão deste mercado em nível mundial, distribuído por países.

Figura 5 – Mercado “Pet” Mundial em 2009

21

1.3.2. Alimentos para Animais de Estimação

De alguns anos para cá, alimento gorduroso passou a ser visto como veneno. Alguns até pregam a mesma filosofia em relação à nutrição dos animais, porém, aí existe um grande engano, cães e gatos apresentam um metabolismo diferente do humano. Sua alimentação carnívora faz com que estejam capacitados a digerir e aproveitar uma quantidade maior de gordura. Não existe para cães e gatos, por exemplo, o problema de colesterol sanguíneo elevado, que tem levado a uma série de debates e preocupações no homem. Estes nutrientes, por outro lado, têm sua função no organismo, seja do homem, do cão ou do gato. No caso dos animais, oferecendo uma ração de qualidade, devidamente balanceada, essa preocupação até perde um pouco o sentido, já que a gordura aparece na quantidade necessária.

A Nutrição Animal é uma área em amplo desenvolvimento. Hoje existem vários tipos de rações, como as secas ou as úmidas, para as mais diversas situações e condições. Rações light, diet, e também aquelas para animais com dificuldades absortivas ou para animais obesos. A variedade de tipos leva o proprietário às mais diversas escolhas (ALBANO, 2009).

É necessário levar em consideração que cada animal possui um metabolismo diferente, necessidades protéicas e nutricionais das mais variadas. Portanto, há a necessidade de escolher uma alimentação adequada a cada bicho de estimação (ALBANO, 2009). Não só a escolha do tipo de ração é importante como também a quantidade que será disponibilizada ao animal. Uma forma de estabelecer a quantidade de ração é seguir a descrição nas embalagens. Esta indicação segue a regulamentação do Ministério da Agricultura, que se utiliza de fórmulas pré-estabelecidas para determinar a necessidade diária dos animais de acordo com o peso (MOGIANA ALIMENTOS, 2009).

Uma dieta apropriada é fundamental para a sua saúde e bem estar dos animais. A refeição é uma experiência prazerosa, que ajudam a reforçar a ligação especial entre o humano e o animal. Como seus proprietários, cães precisam de uma dieta balanceada, contendo a quantia certa de proteínas, gorduras, carboidratos,

22

treze vitaminas, e vinte minerais, para garantir que fiquem em boas condições. Estes

nutrientes devem estar presentes não só nas quantias corretas, mas também nas proporções corretas para providenciar uma dieta balanceada.

Dietas exclusivamente de carnes musculosas não são apropriadas para nenhum animal. Os ancestrais de nossos cães teriam consumido o corpo todo de sua caça, não apenas os músculos, ingerindo os ossos, órgãos internos, material no intestino, pele e pêlo. Isso providenciava os nutrientes essenciais, que faltam em uma dieta exclusivamente de músculos.

Alimentos preparados em casa requerem bom conhecimento das necessidades do animal. Isso inclui conhecimento do valor nutritivo de diferentes alimentos, interação dietética e métodos de preparo e estocagem, que podem afetar alguns nutrientes específicos. É impossível alimentar animais de estimação com alimentos feitos em casa de forma consistente e adequada sem despender de tempo, esforços e conhecimentos.

Alguns proprietários gostam de preparar parte das refeições de seus animais de estimação. Se este é o caso, alguns alimentos diferentes devem ser introduzidos lentamente para que o aparelho digestivo de seu cão possa adaptar-se à nova comida. Carne, ovos, queijo e pão são alguns alimentos comumente dados a cães. Caso estes sejam os principais alimentos, devem ser complementados com as vitaminas e minerais necessários.

Alimentos preparados comercialmente, por fabricantes de ração de boa reputação, garantem uma nutrição adequada, de qualidade, e segurança. Há um grande leque de receitas, variedades e texturas para se escolher, com muitas formas de uso conveniente. Alimentos preparados são completos ou complementos alimentares. Uma dieta completa é balanceada e pode ser a fonte de alimento exclusiva, enquanto uma dieta complementar é preparada para ser complementar de outra alimentação específica, como por exemplo, carne enlatada e biscoitos. A etiqueta no produto informa se o alimento é completo ou um complemento alimentar.

23

Água deve sempre estar disponível para o animal, sempre observando a

qualidade da água que ele bebe e procurar auxílio médico caso aumente repentinamente, isso pode significar o início de um problema de saúde, como doenças de rim ou diabete.

A composição básica das rações é: - Farinha de Carne e Ossos, Farinha de Subprodutos de Frango, Milho Integral Moído, Quirera de Arroz, Glúten de Milho, Gordura Animal, Farelo de Trigo, Farelo de Milho*, Palatabilizante, Vitaminas (A, D, E, B1, B2, B6, B12, Cloreto de Colina, Biotina, Ácido Fólico, Ácido Pantotênico, Niacina), Minerais (Iodato de Cálcio, Sulfato de Cobre, Sulfato de Ferro, Cloreto de Sódio (sal comum), Óxido de Zinco, Cloreto de Potássio, Selênio), Antioxidante, Corantes. Eventual substitutivo: sorgo integral moído.

As quantidades alimento devem ser de acordo com a raça, idade e nível de atividade do seu cão. Na tabela 1, tem-se o guiar alimentar com os volumes recomendados para alimentação de cães por determinado fabricante, dividido por tamanho do animal e raças.

Tabela 1 – Guia alimentar recomendado para cães

GUIA ALIMENTAR

Recomendação diária de alimentos em copos ou em gramas Tamanho da Raça Exemplo de Raça Peso do Cão Necessidade Diária Copos */dia Necessidade diária Gramas/dia Mini Yorshire Terrier, Poodle Toy e Chihuahua 1kg – 5kg 1/4 – 1 30 – 100 Pequeno Schnauzer Miniatura, Shih-Tzu e Poodle Miniatura 5kg – 10kg 1 – 1 1/2 100 – 175 Médio Cocker Spaniel, Beagle e Schauzer 10kg – 25kg 1 1/2 – 3 175 – 350 Grande Labrador, Golden Retriever e Pastor Alemão 25kg – 40kg 3 – 4 350 – 500

24

Gigante

Dogue Alemão, São Bernardo e Rottweiller Mais de 40kg

4 ou mais 500 ou mais

*01 copo (300 ml) = 120 g de PEDIGREE ADULTO Carne, Frango e Cereais Fonte: Fabricante de rações marca Pedigree, 2013

1.3.3. Alimentadores disponíveis no mercado

A maior proximidade com os animais gera uma preocupação em proporcionar-lhes boa saúde e melhor qualidade de vida, aumentando a longevidade e o bem-estar, e a alimentação é um fator primordial nesse processo. Oferecer nutrição adequada aos cães e gatos pode funcionar como uma importante medida de saúde preventiva, evitando a ocorrência de distúrbios secundários, tais como obesidade, patologias ósseas, dentre outras.

Com aumento no número de animais de companhia e ao estreitamento de sua relação com os proprietários, houve um grande avanço no campo da nutrição e alimentação destes. O maior conhecimento a respeito de suas necessidades nutricionais possibilitou o crescimento do mercado de alimentos comerciais observado nos últimos anos. Segundo dados da ANFA PET, em 2007, a indústria brasileira do setor produziu 1,8 milhões de toneladas de alimentos para cães e gatos.

A Região Sudeste é a maior responsável por este resultado, respondendo por 52,64% do mercado, seguida pela Sul (40,42%), Centro-Oeste (4,45%), Nordeste (1,94%) e Norte (0,55%). O balanço mostrou aumento de 4,26% em relação a 2006, o que representa um faturamento em torno de US$ 3,07 bilhões. Esses números levam o Brasil à colocação de segundo maior mercado do mundo em volume de produção, com uma geração de cerca de 12.000 empregos diretos.

No mercado já existem vários modelos de alimentadores automáticos para animais de estimação. Estes controlam apenas o recipiente de água, esvaziando o mesmo a cada ciclo. Porém, a maioria desses equipamentos não possibilita ao cliente determinar os horários de alimentação, e sim apenas intervalos de tempo. Isso faz com que este não possa, por exemplo, dar comida apenas de manhã e ao meio dia.

25

Após levantamento de mercado encontramos alguns alimentadores

automáticos já disponíveis no mercado, como os discutidos a seguir:

• Alimentador A:

Máquina de fabricação nacional, programável, com instalação e fixação simples e alimentada com energia elétrica e bateria. Máquina fabricada pela empresa Eletrônica Artek, Caxias do Sul – RS, conforme ilustra a figura 6.

Figura 6 – Alimentador de fabricação nacional

26

• Alimentador B:

Máquina importada, controlada eletronicamente, com “timer” para programar a alimentação que emite sinal sonoro para alerta, câmera integrada para envio de imagens via internet para celular ou computador. Máquina fabricada pela empresa Your Company Co., Ltd, Dong-gu, Daegu, Korea, conforme ilustra a figura 7.

Figura 7 – Alimentador importado

27

• Alimentador C:

Um americano criou um “gadget” (dispositivo), http://www.globo.com, que permite ao usuário colocar ração para seu bicho de estimação quando está longe, por meio do “smartphone”, conforme ilustra a figura 8. O “Pintofeed” funciona por rede sem fio e sensores que colocam a quantidade certa de alimento ao serem acionados por um aplicativo.

Após programar os horários o usuário recebe uma mensagem de texto por e-mail, “Facebook” ou ‘‘Twitter”, que informa quando o animal começou a comer e a quantidade consumida. A máquina usa as informações recolhidas para criar uma tabela de horários e monitorar os hábitos alimentares dos animais.

Na hora que o aparelho é ligado, ele usa um conjunto de sensores e cálculos de software para aprender sobre o dono e seu bicho de estimação. A informação é utilizada para sugerir um regime saudável para o animal. É feito de plástico e pode conter até 4,5 kg de alimento seco, o preço é de US$ 149 cada unidade. O aplicativo pode ser baixado para “iPhone” e celulares equipados com “Android” e “Windows 8”.

Figura 8 – Alimentador com aplicativo para alimentação remota

28

1.3.4. Transportador Helicoidal

Um transportador helicoidal é um equipamento simples e muito utilizado para movimentação de materiais granulares e farelos. Basicamente, consiste de um helicóide com movimento rotativo e de um condutor estacionário, tubo ou calha. O transporte é realizado quando o material, colocado em uma abertura de recebimento do condutor fixo, é deslocado ao longo do helicóide por seu movimento de rotação resultando no movimento relativo entre o material e sua estrutura.

Utilizado para pequenas vazões em pequenas distâncias, o transportador helicoidal pode ter a função agregada de misturador ou de separador dos materiais transportados. Pode ser utilizado também para aquecimento ou resfriamento destes materiais, inclusive para amenizar impactos em um sistema integrado, podem ser também utilizados para misturar diferentes materiais durante o transporte. São equipamentos compactos e de fácil instalação em locais congestionados. É normalmente montado na posição horizontal, podendo, operar com qualquer inclinação.

Figura 9 – Partes da Rosca transportadora

29

Basicamente, um transportador helicoidal, conforme ilustra a figura 9, é

composto por diferentes elementos: A - Hélice ou helicóide;

É fabricado com aço resistente ao desgaste, pode ser encontrado em diferentes formatos a depender da utilização do transportador e da necessidade de atuar sobre o material transportado. Deve-se analisar o sentido de giro do transportador se anti-horário ou horário e determinar uma folga entre 3 e 8 mm entre a carcaça e o helicóide;

B - Componentes de travamento e segurança;

Este componente é um pino de travamento para união entre os módulos dos helicóides por meio de eixos também conhecidos como espigas.

C - Mancais intermediários;

Os mancais intermediários são suportes que sustentam o eixo do transportador quando este atinge comprimentos em que o eixo do helicóide não resiste mais a flexão.

D - Tampas de fechamento;

A tampa de fechamento nas roscas transportadoras tem duas funções, fechamento para evitar acidentes ou o vazamento dos produtos, como também quando removidas servem como acesso para manutenção e limpeza do transportador.

E - Calha limitadora de carga (carcaça) e boca de entrada;

O condutor (tubo ou calha), também assim chamado, é o componente que suporta o helicóide e contém o produto a ser transportado, pode ser classificado como sendo aberta ou fechada e dentre estes as seguintes características: - carcaça com jaquetamento é utilizada nos transportadores onde seja necessário o resfriamento ou aquecimento do material transportado ou transporte enclausurado; - carcaça com chuveiro é utilizada onde seja necessário agregar líquido ao material.

30

F - Flange de fixação;

Normalmente montados nas extremidades, os flanges de fixação servem de apoio para o eixo do transportador.

G - Boca de descarga;

A boca de descarga é o ponto de saída do produto transportado. H - Suporte de fixação;

Os suportes de fixação servem para apoio e sustentação do transportador, que pode estar sobre estruturas metálicas ou apoiadas e chumbadas sobre o piso.

O Conjunto de Acionamento da Rosca Transportadora, é mostrado na figura 10, é constituído de um Motor elétrico e um Redutor de Velocidades que, são interligados ao eixo da Rosca por acoplamentos, dimensionado para atender o carregamento definido para operação.

Figura 10 – Acionamento de Rosca transportadora

Fonte: Kepler Weber, 2010

O dimensionamento do transportador consiste em estimar a capacidade e a potência para execução de determinados trabalhos, a capacidade é em função do tipo de produto e da taxa de carga. A capacidade nominal de um transportador helicoidal trabalhando na posição horizontal pode ser estimada através da equação 1 (fonte: WEBER, Érico A. - 1995):

31

(

−

d

2

)

.

p

.

n

=

_4,71.10

-5

_D

2

Q

Eq.(1) Onde: Q = capacidade, m³/h;

D= diâmetro da rosca tubular, cm; d = diâmetro interno do helicóide, cm; p = passo do helicóide, cm; e

n = rotação, rpm.

A potência requerida é em função da capacidade, do comprimento, do tipo de apoio do helicóide e do material transportado, considerando um transportador helicoidal trabalhando na posição horizontal a potência pode ser estimada através da equação 2 (WEBER, Érico A. - 1995) e utilização da tabela 2.

(

Q.

µ

.L.

φ

)

.10

Pt

=

2

,

22

-4 Eq.(2)

Onde:

Pt = potência requerida pelo transportador, cv; Q = capacidade, m³/h;

µ

= massa específica do material, kg/m³; L = comprimento total do transportador, m; e

φ

= fator de potência, adimensional.

Tabela 2 – Fator de potência em função do material, Fm.

32

O torque requerido pela máquina é encontrado pela equação 3 (fonte:

WEBER, Érico A. - 1995). n Pt . 9550 = T Eq.(3)

Fonte: WEBER, Érico A. (1995) Onde:

T = torque, N.m;

33

2. ANÁLISE DAS NECESSIDADES E PROJETO CONCEITUAL

2.1. Introdução

Na análise das necessidades se identifica uma oportunidade de mercado ou um problema de engenharia, nela são definidos os desejos do cliente e o que deve ser projetado. Nesta etapa apresentam-se duas técnicas que auxiliam na análise das necessidades, quadro de identificação do problema e casa da qualidade.

O projeto conceitual é a parte do processo onde as técnicas de criatividade, a elaboração de estruturas de funções, a procura por princípios de solução, suas combinações na síntese de concepções e as técnicas de avaliação são aplicadas para se chegar a uma solução conceitual viável. Nesta etapa apresenta-se a Técnica de Análise Funcional de Sistemas (FAST), Busca de princípios de Solução, Matriz Morfológica, Síntese de Concepções e Avaliação das Concepções.

2.2. Casa da Qualidade para o projeto

A casa da qualidade pode ser definida como a matriz que tem a finalidade de executar o projeto da qualidade, sistematizando as qualidades verdadeiras exigidas pelos clientes por meio de expressões linguísticas, para identificar explicitamente os requisitos do consumidor, relacioná-los com características de engenharia e encontrar soluções de compromisso e avaliar as características potenciais do produto com relação aos produtos concorrentes, por exemplo, em VALDIERO (1997). Ela trás inúmeros benefícios, entre eles como e por quanto os projetistas podem influenciar qualidades desejadas pelo consumidor as suas características de engenharia.

Após aplicação da ferramenta Casa da Qualidade, mostrada na figura 11, pode-se verificar que os atributos do consumidor que mais pesaram foram o valor pago pela máquina, operação, durabilidade e facilidade de manutenção. Já nas

34

características de engenharia as mais fortes são o custo, regulagem e padronização

dos componentes.

Ela trás inúmeros benefícios, entre eles como e por quanto os projetistas podem influenciar qualidades desejadas pelo consumidor as suas características de engenharia. Possibilita identificar e relacionar os desejos do cliente com as características de engenharia referentes a um desafio de desenvolvimento de produto, visando formalizar a “voz do cliente” no projeto.

Figura 11 – Casa da qualidade do projeto

35

2.3. Quadro de Identificação do Problema

O objetivo do Quadro de identificação do problema é analisar todas as etapas do ciclo de vida do produto, identificando entradas e saídas, por exemplo, em VALDIERO (1997). Esta técnica possibilita identificar eventos futuros no decorrer da elaboração do projeto. Para elaborar o quadro de identificação do problema o primeiro passo é determinar as saídas desejadas e depois as saídas indesejadas. Por último são definidas as entradas para as diversas fases do ciclo de vida do produto. Na tabela 3, pode-se ver o quadro de identificação do problema no projeto da Máquina para Alimentação Automática de Pequenos Animais.

Nesta fase do projeto foi possível identificar quais as estratégias e recomendações de projeto a serem seguidas, que tipo de recursos será utilizado para produção do produto final e, os resultados desejados e não desejados no projeto e na fabricação. Possibilitou identificar os requisitos e as restrições de projeto relacionado a cada fase do ciclo de vida do produto visando um planejamento estratégico.

Tabela 3 – Quadro de Identificação do Problema. QUADRO DE IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA

Fases do Ciclo de Vida do Produto

ENTRADAS SAÍDAS

Planejamento estratégico

Meio ambiente e

recursos Desejadas Indesejadas

Projeto e Produção - Estudo de materiais e componentes que atendam as exigências; - Elaboração de processo fabril. - Uso de matéria-prima disponível no mercado; - Pesquisa das necessidades de mercado; - Levantamento de ferramental; - Organização do processo produtivo. - Acadêmico de Engenharia Mecânica; - Orientação do Professor; - Máquinas convencionais. - Empresa de pequeno porte; - Software de desenho AutoCAD; - Máquinas e ferramentas convencionais. - Peças “Standard” (comerciais); - Intercambiabilidade; - Processo de fabricação simples e sem grandes investimentos; - Manuais de montagem, operação e manutenção; - Atender o desejo e necessidades do cliente. - Falhas no projeto; - Concepção que não

atende bem aos desejos do cliente; - Acabamento com retrabalho; - processo de fabricação lento - montagem demorada; - ferramentas especiais Distribuição - Estudo das melhores condições de transporte; - Orientação para o - Usar transportes logísticos de empresa terceirizada, especializada no - Volume pequeno, caber do porta-malas de um veículo de passeio; - Equipamento muito grande; - Embalagem especial para transporte;

36 transporte; - Elaboração de Projeto de embalagem - A máquina deve ser

projetada de tal forma a apresentar

dimensões compatíveis com tipo

de transporte utilizado. ramo; - Disponibilizar treinamento de como armazenar e transportar. - Montagem e instalação fácil; - Entregar ao cliente a

máquina sem que esta sofra avarias durante o transporte e garantir instrução a seu respeito; - Esclarecer aspectos quanto a assistência técnica. - Danificação do Equipamento. Uso e/ou Operação - Elaboração de manual de montagem e operação; -Viabilização de assistência técnica ao cliente. - Demonstrações de funcionamento do produto em feiras e afins; - Visitas aos clientes;

- Garantir informações de instalação do equipamento - Orientação de clientes - Ambiente doméstico; - Operação realizada por trabalhadores com pouco e bastante conhecimento técnico. - Precisão na regulagem; - Facilidade no transporte para realocação. - A máquina deve suprir as necessidades do cliente de acordo com as necessidades estipuladas; - Durabilidade; - Facilidade de uso; - Segurança de manuseio; - Baixo custo operacional - Qualidade e confiabilidade: - Pouca manutenção. - Ricos de acidente; - Necessidade de componentes externos para ajustes;

- Quebra do equipamento; - Paradas freqüentes para regulagem; - Riscos p/ o operador - Desgaste excessivo em curtos períodos de tempo de operação; - Ruído excessivo; - Inoperância; - Não atendimento da total funcionalidade do equipamento. Descarte - Estudar de procedimentos para reciclagem e descarga dos componentes da máquina; - Programa de descarte e reciclagem junto aos fornecedores de componentes como motores elétricos e acionamentos eletrônicos. - Manutenção preventiva com substituição periódica de componentes que sofrem desgaste mecânico. - Ao atingir 5 anos de

vida útil, ou quando houver equipamentos melhores com melhor custo beneficio, como

por exemplo a evolução da própria

máquina.

- Uso de materiais que possam ser

reciclados; - Fácil desmontagem

e separação das peças compostas por diferentes materiais; - Transporte e embalagens de uso comum. - Materiais que ofereçam risco de contaminação ao meio-ambiente; - Componentes que não permitam reciclagem.

37

2.4. Diagrama FAST do projeto

Por meio da Técnica de Análise Funcional de Sistemas (FAST), aprendemos os princípios básicos da Análise e Engenharia do Valor referente ao desenvolvimento e aprimoramento de produtos, visando agregar o máximo de valor com o mínimo de custos. A figura 12 mostra o diagrama FAST para Máquina para Alimentação Automática de Pequenos Animais.

Figura 12 – Diagrama FAST do projeto.

38

2.5. Busca por princípios de solução para o projeto

A técnica Busca por princípios de Solução tem como objetivo pesquisar alternativas e princípios de solução para as funções de baixo nível do produto, visando o máximo possível de opções e possibilidades. Para cada função de baixo nível e, para cada uma destas, ilustramos diferentes princípios de solução com uma descrição básica como podemos visualizar nas tabelas a seguir.

A estrutura é responsável pela sustentação do conjunto da máquina, na tabela 4 observa-se 03 opções de escolha para construção da estrutura de sustentação e dos componentes da máquina, metálica, plástica ou híbrida.

Tabela 4 – Princípios de solução para prover estrutura A – Prover Estrutura

Ideograma Descrição do princípio de solução

A-1

Estrutura metálica. Toda máquina construída em aço, desde seus componentes estruturais até o fechamento. Tem como aspecto

negativo a corrosão quanto danificada a pintura.

A-2 Estrutura plástica. Toda máquina construída em material plástica apenas alguns componentes de maior desgaste seriam metálicos. Tem como aspectos positivos a resistência a corrosão, não necessita

de pintura e redução no peso final do produto. A-3

Estrutura Híbrida. Máquina confeccionada com diversos materiais, material plástico, aço e alumínio. Tem como aspectos positivos a resistência mecânica, a corrosão e redução no peso final do produto.

39

O acionamento tem a função de acionar e movimentar o sistema de dosagem

da máquina, na tabela 5 mostra-se 03 opções para escolha, motor elétrico, motoredutor ou motor de passo.

Tabela 5 – Princípios de solução para prover acionamento da máquina B – Prover Acionamento da Máquina

Ideograma Descrição do princípio de solução

B-1 Motor elétrico. Tem como vantagem o baixo nível de poluição e a facilidade de manutenção. Depende de instalação de fornecimento de energia elétrica ou de bateria e necessita de sistema de redução

de rotação (polias e correias ou jogo de engrenagens). B-2 _{Motoredutor. Tem como vantagem o baixo nível de poluição, a}

facilidade de manutenção e já oferece a rotação desejada. Depende de instalação de fornecimento de energia elétrica ou de bateria e o

custo é considerável. B-3

Motor de passo. Tem como vantagem o baixo nível de poluição, a facilidade de manutenção e boa precisão. Depende de instalação de

fornecimento de energia elétrica ou de bateria. Fonte: Próprio Autor

40

No depósito da ração fica armazenado o alimento que será dosado para os

animais, na tabela 6 tem-se 03 opções para escolha, cilíndrico com cone, cilíndrico com fundo “melita” ou retangular com fundo em forma de “V”.

Tabela 6 – Princípios de solução para prover depósito de ração C – Prover Depósito de Ração

Ideograma Descrição do princípio de solução

C-1

Cilíndrico com cone. Possibilita alimentação simples, a descarga é autolimpante e permite a ração boa fluidez.

C-2

Cilíndrico com fundo “Melita”. Possibilita alimentação simples, a descarga é autolimpante e permite a ração fluidez muito boa.

C-3

Retangular com fundo em forma de “V”. Possibilita alimentação simples, a descarga é autolimpante, permite a ração boa fluidez e

permite um volume maior em função da ocupação de espaço.

41

O sistema de dosagem é tem a função de movimentar o alimento (ração

animal) da saída do depósito até a descarga da máquina, na tabela 7 mostra-se 03 opções para escolha, rosca sem fim, eclusa rotativa ou disco.

Tabela 7 – Princípios de solução para prover sistema de dosagem D – Prover Sistema de Dosagem

Ideograma Descrição do princípio de solução

D-1 Rosca sem fim. Sistema preciso na vazão de saída de ração, a vazão vai ser função do raio da rosca sem fim e da freqüência de rotação

do acionamento. Uso amplo em função das dimensões, possibilitando assim a utilização de diferentes tamanhos de pellets

de ração. Disponível no mercado agroindustrial.

D-2

Eclusa rotativa. Sistema preciso na vazão de saída de ração, a vazão vai ser função do diâmetro da eclusa e da freqüência de rotação do acionamento. Uso amplo em função das dimensões, possibilitando assim a utilização de diferentes tamanhos de pellets de ração. Possuí

restrição em função do espaço ocupado e complexidade de produção.

D-3 Disco dosador. Sistema preciso na vazão de saída de ração, a vazão vai ser função da furação do disco e da freqüência de rotação do acionamento. Uso um pouco restrito em função das dimensões da furação, possibilitando assim a utilização limitada de tamanhos de

pellets de ração. Disponível no mercado de semeadeiras. Fonte: Próprio Autor

42

O sistema de automação é um dos principais componentes, a função é

controlar o acionamento do motor, temporizando o período de tempo que o motor fica desligado e o tempo que motor está acionado de acordo com a quantidade de alimento a ser fornecido no processo de alimentação. Na tabela 8 tem-se 03 opções de automação para escolha, temporizador, válvula temporizadora ou mecanismo, entende-se placa eletrônica programável.

Tabela 8 – Princípios de solução para prover temporizador E – Prover Temporizador

Ideograma Descrição do princípio de solução

E-1 Mecanismo temporizador. Movido a bateria que servirá para programar e demonstrar as informações memorizadas no equipamento (hora programada para alimentação e o formato que

será efetuada a disponibilização de água e alimento ao animal). E-2 Válvula temporizadora. Dará a possibilidade de ligar mais de um tanque junto ao mesmo mecanismo disponibilizando assim mais alimento e água a uma maior quantidade de animais, possibilitando

também que o segundo e/ou terceiro tanque sejam independentemente configurados quanto ao tempo para

disponibilizar o alimento e a água

E-3 _{Mecanismo temporizador elétrico. Será disponibilizado junto ao} equipamento para configuração deste. Servirá para regular o tempo

e a forma como será distribuído o alimento e a água ao animal. Seu ponto negativo e que depende estritamente de energia elétrica.

43

O prato de alimentação é o depósito final, ou seja, que está em contato

direto com o animal. Neste prato o animal receberá o alimento na quantidade previamente definida, será necessário levar em conta os instintos de destruição do animal, principalmente filhotes em fase de desenvolvimento. Na tabela 9 observa-se 03 opções de automação para escolha, prato fixo, prato removível ou sem prato.

Tabela 9 – Princípios de solução para prover prato de alimentação F – Prover Prato de Alimentação

Ideograma Descrição do princípio de solução

F-1

Prato Fixo. Prato faz parte da carcaça da máquina, construído no mesmo material da carcaça da máquina. Tem como aspecto

negativo o seu tamanho pré-definido.

F-2 Prato removível. Prato é montado/acoplado na carcaça da máquina, construído no mesmo material da carcaça da máquina ou poderá ser

de outro material. Tem como aspecto positivo a diversidade de opções de tamanhos.

F-3

Sem prato. Neste caso o prato será provido pelo cliente. Tem como aspecto positivo de ficar num ambiente separado e, como aspecto

negativo, o custo extra para o cliente.

44

2.6. Matriz Morfológica de soluções para o projeto

O objetivo da técnica é representar graficamente numa tabela todas as alternativas e princípios de solução para as funções de baixo nível do produto, resultando na visualização compacta de todas as opções de soluções possíveis, conforme ilustra a tabela 10.

Tabela 10 – Matriz Morfológica do projeto

FUNÇÕES PRINCÍPIOS DE SOLUÇÃO

PROVER ESTRUTURA

A-1 A-2 A-3

PROVER ACIONAMENTO DA MÁQUINA B-1 B-2 B-3 PROVER DEPÓSITO DE RAÇÃO C-1 C-2 C-3 PROVER SISTEMA DE DOSAGEM D-1 D-2 D-3 PROVER TEMPORIZADOR

E-1 E-2 E-3

PROVER PRATO DE ALIMENTAÇÃO

F-1 F-2 F-3

45

2.7. Geração e descrição das concepções

A ideia de projeto faz parte da essência do ser humano consciente de sua condição em buscar transformar-se para atingir algo desejável e encontrar respostas às suas questões. A essência da concepção de projeto, como no processo de discussão de ideias, é responder sistematicamente as quatro perguntas-chave, o que queremos? O que temos? Como usar o que temos para conseguir o que queremos? E, o que acontecerá quando conseguirmos o que queremos. São tarefas: analisar detalhadamente estas quatro perguntas e sistematizar as respostas obtidas.

No desenvolvimento do projeto foram geradas três concepções a partir das combinações dos princípios de solução na Matriz Morfológica. Para cada concepção foi elaborado um esboço com a indicação dos principais componentes, descrição das partes e o funcionamento desta.

2.7.1. Concepção 01

A concepção 1, ilustrada na figura 13, é montada pelos seguintes itens da matriz morfológica: A-1, B-2, C-1, D-2, E-1 e F-1. É composta por um sistema automático de dosagem de ração animal programável. A estrutura da máquina (1), ou seja, a carcaça é totalmente metálica, o acionamento (2) é feito por meio de um motoredutor acoplado ao eixo da máquina, depósito de ração (3) cilíndrico com saída cônica, sistema de dosagem (4) é feito por uma eclusa rotativa montada na parte inferior do depósito, o controle (5) é feito por um mecanismo temporizador e, o prato de alimentação (6) é montado junto com a máquina.

Seu funcionamento se dá através da alimentação manual de ração, após programa-se a máquina através no mecanismo temporizador, este no momento programado envia um sinal para acionamento do sistema de dosagem que fará a dosagem conforme o desejado. O animal se alimenta num prato montado junto com a máquina, construído em material plástico para facilitar a higienização.

46

Figura 13 – Esboço da concepção 01 do projeto

Fonte: Próprio Autor

2.7.2. Concepção 02

A concepção 2, ilustrada na figura 14, é montada pelos seguintes itens da matriz morfológica: A-2, B-1, C-3, D-3, E-3 e F-3. É composta por um sistema automático de dosagem de ração animal programável. A estrutura da máquina (1), ou seja, a carcaça é totalmente construída em material plástico, o acionamento é feito por meio de um motor elétrico (2) acoplado ao eixo da máquina por meio de engrenagens, depósito de ração (3) é retangular com saída em forma de “V”, sistema de dosagem (4) feito por um disco perfurado montado na saída do depósito, o controle (5) é feito por um mecanismo temporizador elétrico e, o prato de alimentação (6) não está incluso, deve ser adquirido separadamente ou provido pelo cliente.

Seu funcionamento se dá através da alimentação manual de ração, após programa-se a máquina através no mecanismo temporizador elétrico, este no

47

momento programado envia um sinal para acionamento do sistema de dosagem que

fará a liberação de tempo em tempo da porção de ração desejada. O animal se alimenta num prato colocado em frente junto com a máquina, fornecido pelo cliente.

Figura 14 – Esboço da concepção 02 do projeto

Fonte: Próprio Autor

2.7.3. Concepção 03

A concepção 3, ilustrada na figura 15, é montada pelos seguintes itens da matriz morfológica: A-3, B-3, C-2, D-1, E-1 e F-2. É composta por um sistema automático de dosagem de ração animal programável. A estrutura da máquina (1) é construída com material plástico, aço e alumínio, o acionamento é feito por meio de um motor de passo (2) acoplado ao eixo da máquina por meio de eixo vazado, depósito de ração (3) é cilíndrico com saída em forma de “Melita”, sistema de dosagem (4) é feito por uma rosca sem fim montada na parte inferior do depósito, o

48

controle (5) é feito por um mecanismo temporizador e, o prato de alimentação (6) é

removível e acoplável a máquina.

Seu funcionamento se dá através da alimentação manual de ração, a dosagem para alimentação do animal é feita após o envio de um sinal provindo do temporizador que é configurado com um cronograma de intervalos de tempo. Este dá o comando que aciona uma rosca sem fim para liberar a porção de ração já pré-definida. O animal se alimenta num prato removível, possibilitando optar pelo acoplamento de diferentes tipos e tamanhos.

Figura 15 – Esboço da concepção 03 do projeto

Fonte: Próprio Autor

2.7.4. Avaliação das concepções

A avaliação das concepções do produto se dá a partir de critérios ponderados, visando escolher a concepção viável que melhor atenda os desejos e necessidades do cliente. É construída uma tabela de avaliação, tabela 11, com os critérios técnicos, características desejadas e atribuição de pesos em forma de notas

49

de 0 a 10 pontos (de 0-ruim a 10-excelente) com relação a cada concepção gerada.

Os critérios técnicos e seus respectivos pesos são extraídos e agrupados a partir dos Atributos do Consumidor descritos na Casa da Qualidade. Por fim, são computados os pontos e o grau de satisfação de cada concepção.

Tabela 11 – Tabela de avaliação das concepções AVALIAÇÃO DAS CONCEPÇÕES

CARACTERÍSTICAS DESEJADAS

Peso

Concepção 1 Concepção 2 Concepção 3

É barato 12,20 8 9 8

É fácil de operar 10,98 9 7 10

É durável 10,98 7 8 9

Tem opções de regulagem 9,76 8 7 9

É compacto 8,54 6 8 10 É bonito 9,76 7 9 9 É fácil de transportar 7,32 6 9 8 Pouco ruído 9,76 7 8 9 Fácil manutenção 10,98 8 7 7 Capacidade adequada 9,76 9 8 8 TOTAL DE PONTOS 758,54 797,56 868,29 GRAU DE SATISFAÇÃO 75,85 79,76 86,83

Fonte: Próprio Autor

Após avaliação das 03 concepções por meio de pontos que foram atribuídos pela minha pessoa me colocando na posição de cliente comprador da máquina. Atribuindo a pontuação e avaliando, podemos verificar que o melhor nível de satisfação é proporcionado pela concepção 3, partindo desta premissa e considerando que os custos são semelhantes às outras duas concepções, a concepção escolhida foi a concepção 3.

50

3. PROJETO DETALHADO E CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO

3.1. Introdução

O projeto detalhado ou executivo, ao contrário do que muitos pensam, pertence às fases de criação, pois os detalhes construtivos em projeto de produto são criados e não simplesmente escolhidos numa biblioteca de detalhes.

Esta é a fase de micro decisões, ou seja, todos os materiais estruturais, elementos de fixação, componentes móveis e fixos, acabamentos, montagem e embalagem. Enfim, uma especificação completa que, juntamente com os desenhos técnicos, devem ser claros e perfeitamente compreensíveis para seguirem para a produção. As micro decisões afetarão de forma determinante a qualidade do móvel. Ao final do projeto detalhado, devidamente revisado, confecciona-se um relatório que contém o histórico do desenvolvimento do projeto e os resultados alcançados, com ilustrações, fotos e desenhos. É a reunião organizada e a consolidação de todas as decisões do projeto e como se chegou até elas.

O objetivo é detalhar o projeto e construir o protótipo do alimentador automático, por meio de desenhos de conjunto e detalhamento para construção. Será construído um protótipo do sistema de dosagem com depósito de ração, acionamento é por meio de motoredutor e sistema de controle com placa eletrônica.

3.2. Mecanismo de Dosagem

O mecanismo de dosagem é a parte mecânica responsável pelos movimentos de deslocamento do alimento (ração) no momento da alimentação do animal. É composto de um helicóide rotativo soldado sobre um eixo, que está montado dentro de uma estrutura tubular, apoiado nas extremidades por mancais do tipo flange com rolamentos de rolos marca FAG modelo 16004, conforme catálogo no Anexo C. A

51

figura 16 ilustra a modelagem do protótipo em CAD 3D onde podemos visualizar o

componente eixo (posição 01), helicóide (posição 02) e tubo condutor (posição 03).

Figura 16 – Modelagem do protótipo em CAD 3D

Fonte: Próprio Autor

A figura 17 ilustra todos os componentes da máquina modelados em “AutoCAD” 3D, com imagem explodida para melhor visualização: Segue lista de componentes: - 01: eixo do helicóide; - 02: helicóide; - 03: tubo condutor; - 04: depósito; - 05: fechamento lateral; - 06: mancal flange; - 07: rolamento 16004; - 08: suporte do acionamento; - 09: motoredutor.

52

Figura 17 – Modelagem do protótipo em CAD 3D explodido

Fonte: Próprio Autor

O conjunto de dosagem é montado por meio de soldas e parafusos no caso dos componentes desmontáveis, tais como mancais e eixo com helicóide. O helicóide possui diâmetro externo de 65 m, diâmetro interno (eixo) de 20 mm e passo de 55 mm, montado sobre o eixo por meio de solda com passo duplo, ou seja, resultando num helicóide com passo final de 27,50 mm o que aumenta consideravelmente a precisão de dosagem. Na figura 18 pode-se visualizar o helicóide montado sobre o eixo.

Figura 18 – Helicóide montado sobre o eixo

53

Para definição da capacidade de dosagem do sistema de dosagem, utilizou-se

a equação 01 e a tabela 12.

Tabela 12 – Dados entrada para cálculo da capacidade do transportador helicoidal

D (cm) D (cm) P (cm) N (rpm)

7,0 2,0 2,75 38

Fonte: Próprio Autor

A capacidade calculada é Q= 0,22148 m³/h para dosador com enchimento de 100 %, ou seja, sem perdas. Considerando que o peso específico da ração é de 0,4 g/ml (01 copo de 300 ml = 120 g), conforme tabela da figura 5, fabricante de rações marca Pedigree e, que necessitamos da capacidade em gramas por cada volta dada pelo helicóide do dosador, convertemos os valores e encontramos a capacidade de dosagem de 38,85 g/volta, ou seja, valor para cada volta completada pelo helicóide do dosador.

3.3. Depósito do dosador

O depósito do sistema tem a função de reter a volume de ração previamente definido para alimentação dos animais num determinado período de tempo. O depósito, figura 19, está acoplado ao mecanismo de dosagem citado no item anterior. O alimento (ração) animal é retirado pelo mecanismo de dosagem que está imerso de produto dentro do depósito.

54

Figura 19 – Depósito do dosador

Fonte: Próprio Autor

O depósito da máquina desenvolvida tem capacidade de 4,66 litros (4,66 dm³) considerando enchimento “linha d’água”, abastecido com ração peletizada para cães com peso específico de 0,40 g/ml (fabricante de rações marca Pedigree, 2013), a capacidade do reservatório é de 1860 g de alimento (ração).

3.4. Acionamento

O acionamento é responsável pela aplicação da força ou torque necessário para movimentação adequada do mecanismo. Conforme figura 20, o acionamento é feito por um motoredutor (posição 09) acoplado diretamente ao eixo do helicóide com fixação por meio de suporte metálico (posição 08), controlado com placa eletrônica previamente programada para a solicitação requerida.

55

Figura 20 – Acionamento

Fonte: Próprio Autor

O motoredutor selecionado é marca Motron conforme disponibilidade de rotação de serviço adotada no projeto, selecionado motoredutor modelo MR 710-42, conforme catálogo no Anexo A. Abaixo temos a equação e o desenvolvimento do cálculo da potência necessária. A potência requerida pelo dosador projetado, pode ser estimada pela equação 2 e utilização da tabela 1 e tabela 13, é dada por:

Tabela 13 – Dados entrada para cálculo da potência do transportador helicoidal

Q (m³) Me (kg/m³) L (cm) Fm (tabela 1)

0,22148 0,40 0,255 0,4

Fonte: Próprio Autor

A potência requerida é P= 9,05576 x 10-6 cv, considerando que necessitamos a potência em W (Watt), convertemos os valores e encontramos a potência P= 6,65865 x 10-3 W. Aplicando a equação 3, tem-se o torque requerido pela máquina dosadora, conforme segue abaixo.

56

O torque calculado é T= 1,67342 x 10-3 N.m, considerando que necessitamos

do torque em kg/cm, convertemos os valores e encontramos a torque T= 0,01707 kg/cm. Considerando que o motoredutor aplicado no projeto entrega potência de 5 W e torque de 13 kg/cm, podemos concluir que o acionamento está atendendo a necessidade do projeto.

3.5. Sistema de Automação e controle

O conceito de controle é apresentado por Franklin, Powel e Emani-Naeini (1994) e se refere ao processo de fazer uma variável do sistema alcançar um valor desejável, chamado de valor de referência, de forma adequada e segura. O sistema de automação do projeto é controlar um motor de corrente contínua de 12 V, consiste em acionar o motor por um determinado período e mantê-lo desligado por um período maior e, repetir este comando na sequência. A figura 21 ilustra o circuito da placa de automação e controle do projeto aqui discutido.

Figura 21 – Circuito da placa automação e controle

Fonte: Próprio Autor

O microcontrolador utilizado é o modelo PIC 16F84 ilustrado na figura 20 que pertence a uma classe de microcontroladores de 8 bits, com uma arquitetura RISC.

57

Possui uma memória de programa (FLASH) para armazenar o programa que se

escreveu, a qual pode ser limpa mais que uma vez, tornando-se adequada para o desenvolvimento de dispositivos. O microcontrolador PIC16F84, tem um total de 18 pinos, é mais frequentemente encontrado num tipo de encapsulamento DIP18, mas, também pode ser encontrado numa cápsula SMD de menores dimensões que a DIP. DIP é uma abreviatura para Dual In Package (Empacotamento em duas linhas). SMD é uma abreviatura para Surface Mount Devices (Dispositivos de Montagem em Superfície), o que sugere que os pinos não precisam passar pelos orifícios da placa em que são inseridos, quando se solda este tipo de componente.

Figura 22 – Microcontrolador PIC 16F84

Fonte: OGATA, 1996

O contador/temporizador é um registro de 8 bits no interior do microcontrolador que trabalha independentemente do programa. No fim de cada conjunto de quatro ciclos de relógio do oscilador, ele incrementa o valor armazenado, até atingir o valor máximo (255), nesta altura recomeça a contagem a partir de zero. Como nós sabemos o tempo exato entre dois incrementos sucessivos do conteúdo do temporizador, podemos utilizar este para medir intervalos de tempo,

58

o que o torna muito útil em vários dispositivos. A unidade de processamento central

faz a conexão com todos os outros blocos do microcontrolador. Ele coordena o trabalho dos outros blocos e executa o programa do utilizador.

O projeto é controlar um motor de corrente contínua de 12 V, consiste em acionar o motor por um determinado período e mantê-lo desligado por um período maior, repetindo este comando na sequência. Abaixo temos a programação desenvolvida em linguagem “C” para microcontroladores, desenvolvido para os testes iniciais:

#include <16f84a.h>

#fuses NOWDT,NOPROTECT #use delay (clock=4000000) long int ton;

long int off; void main() { ton=100; toff=200; while(1) { output_high(pin_b6); delay_ms(ton); output_low(pin_b6); delay_ms(toff); } }

O “encoder” tem função de medir o deslocamento angular de algum objeto. O “encoder” está montado preso em um eixo e quando este eixo é girando, a parte interna do “encoder” gira junto. Dentro do mesmo, há um ou mais discos perfurados

59

que permitem, ou não, a passagem de uma luz infravermelha. Há também um

emissor e um receptor desta luz. O eixo girando, os discos acompanham e a variação de luz no receptor com o apoio de um circuito eletrônico que gera um pulso. Fazendo uma contagem destes pulsos é possível chegar à posição ou velocidade angular do eixo.

Há dois principais tipos de “encoder”: os incrementais e os absolutos. A diferença entre eles é que a posição do “encoder” incremental é dada por pulsos a partir do pulso zero, enquanto a posição do “encoder” absoluto é determinada pela leitura de um código e é único para cada posição do seu curso. Consequentemente os “encoders” absolutos não perdem a real posição no caso de uma eventual queda da tensão de alimentação. Porém, o mais barato é o incremental e é este que será usado nesta situação. Em caso de uma queda de alimentação será necessário zerar o “encoder” novamente tendo uma posição como referência. Na figura 23 têm-se a imagem do “encoder” utilizado, ver catálogo no Anexo B.

Figura 23 – Encoder