Relatorio moinho

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Universidade São Francisco – USF
Engenharia Química
Projeto Moinho
Lilian Magrini - RA:002201400253
Dafne Irti - RA: 002201400270
Karina Mendonça - RA: 002201400248
Diego Destro - RA: 002201400489
Jair Cunha - RA: 002201400881
Murilo Toledo - RA:002201300889
Itatiba – SP
2017
Sumário
1. Resumo .............................................................................................06
2. Objetivo ..............................................................................................07
3. Introdução ..........................................................................................08
4. Materiais e métodos ..........................................................................16
5.Desenvolvimento ................................................................................17
6. Resultados e Discussões .................................................................20
7. Conclusão .........................................................................................25
8. Referências Bibliográficas ................................................................26
Índice de figuras
1. Imagem 1: Representação de partícula sólida ............................................08
2. Imagem 2: Representação de um moinho de disco ....................................11
3. Imagem 3: Esquema demonstrativo do funcionamento de um moinho de rolos .................................................................................................................12
4.Imagem 4: Esquema de um moinho de rolos ...............................................12
5.Imagem 5: Esquema de funcionamento de um moinho de facas e martelos ..........................................................................................................................13
6.Imagem 6: Esquema de funcionamento de um triturador de mandíbula ......13 
7.Imagem 7: Esquema do funcionamento de um triturador giratório ................14
8.Imagem 8: Comportamento dos corpos moedores.........................................15
9. Imagem 9: Liquidificador................................................................................16
10. Imagem 10: Furadeira .................................................................................16
11.Imagem 11: Parafusos ................................................................................16
12.Imagem 12: Cola quente ..............................................................................16
13.Imagem 13 Serra .........................................................................................16
14.Imagem 14:Balança .....................................................................................16
15.Imagem 15: Liquidificador desmontado para reparo na parte elétrica .........17
16. Imagem 16: Cortes no copo do liquidificador ..............................................18
17. Imagem 17: Motor e copo sendo fixado na base ....................................18
18. Imagem 18: Peneiras da série Tyler .......................................................19
19.Imagem 19: Balança eletrônica.................................................................19
20.Imagem 20: Béquer com a amostra de milho ..........................................19
21.Imagem 21: Peneiras da série Tyler com amostras .................................21
Índice de tabelas e gráficos
1. Tabela 1: Classificação de partículas de acordo com o tamanho ................09
2. Tabela 2. Valores de equivalência do tamanho de partículas .....................10
3. Tabela 3: Dados obtidos após a moagem ....................................................21
4. Tabela 4: Análise granulométrica para o milho após a moagem .................22
5. Tabela 3: Dados obtidos após a moagem ...................................................23
Resumo
	Através da proposta definida aos alunos da engenharia química de projetar um moinho, buscaram-se primeiramente informações e conceitos sobre o processo de moagem, além de conhecer os diversos tipos de moinhos presentes em muitas áreas indústrias e caseiras. A moagem se resume basicamente a redução do tamanho das partículas em partículas menores, utilizando equipamentos que atendam essa necessidade, que tem total importância na área indústria e em diversos processos.
 Com os conceitos adquiridos nosso projeto baseou-se numa estrutura básica de um liquidificador, um moinho de lâmina, adaptado para um melhor desempenho de moagem, além de um sistema de evacuação automática do material moído, que no projeto apresentado usou-se o milho para moagem, material superficialmente duro, mas apresenta uma boa redução de tamanho através do processo de moagem. O material moído mostrou um bom desempenho do moedor alcançado o resultado esperado.
Objetivo
	A ideia central do projeto é criar um protótipo de um sistema de moagem, implantar as mudanças necessárias e calcular seu desempenho através do material a ser moído, adotado pelo grupo. 
Introdução teórica
Redução do Tamanho de Sólidos
	O conceito de redução do tamanho de partículas é definido em processos nos quais sólidos são diminuídos através da aplicação de uma força mecânica em suas superfícies, de forma que se rompam e sejam dividos em pedaços cada vez menores. Tem ampla difusão e aplicação na indústria, pois em certos processos é necessária a redução de tamanho de componentes para que os mesmos se tornem manejáveis em um processo, como é o caso de grandes rochas na indústria mineral; produtos químicos sintéticos, como os polímeros; e a obtenção de farinha à partir de grãos na indústria alimentícia[1][2].
	A aplicação da força necessária para a redução do tamanho de partículas sólidas ocorre por diferentes formas, como impacto, corte ou abrasão, sua diferença é evidenciada na Imagem 1[2]. 
Imagem 1. Representação de partícula sólida sob o efeito de (a) força de impacto, (b) força de corte e (c) força de abrasão. Disponível em: http://technology.infomine.com/reviews/grindingmills/welcome.asp?view=full
Os equipamentos empregados na redução de tamanho de sólidos são denominados britadores, trituradores e moinhos, os quais devem seguir certos parâmetros para a obtenção de máxima eficiência do processo, evitando a submoagem, ou a produção de um material grosseiro e fora de especificação; e a supermoagem, na qual o material é moído além do necessário. Primeiramente, devem ter sua capacidade adequada ao volume que se tem intenção de produzir. Além disso, é interessante o controle de energia consumida por unidade produzida, para que os desperdícios de energia sejam minimizados, principalmente na trituração e moagem, operações nas quais há alto índice de perda de energia em forma de calor. Por fim, é fundamental que a distribuição de tamanhos de partículas resultantes do processo seja conhecida e controlada. Para o estudo e desenvolvimento deste projeto, as particularidades da operação unitária de moagem - realizada pelo emprego de moinhos - será investigada de forma mais profunda[1][2].
Operação Unitária – Moagem
	A moagem é uma operação unitária que utiliza-se dos príncipios de redução de partículas para o seu funcionamento. Frequentemente aplicada na indústria alimentícia no processamento de grãos de cereias como o trigo, o milho e a cevada. É realizada através de moinhos de diversos tipos, sendo uma operação considerada como ineficaz no ponto de vista energético, pois somente parte da energia consumida é aproveitada na moagem do material e grande parte é perdida durante o processo por dissipação calor[1][2][3].
Classificação de Partículas
	Os moinhos são aplicados na transformação de sólidos de tamanhos médio e pequeno, e a escolha de seu tipo depende de diversas características do processo e do material. A tabela 1 apresenta a classificação da partícula de acordo com seu tamanho[3].
	Classificaçãoda partícula
	Tamanho
	Pós
	1 μm até 0.5 mm 
	Sólidos Granulares
	0.5 mm até 10 mm
	Blocos Pequenos
	10 mm até 50 mm
	Blocos Médios
	50 mm até 150 mm
	Blocos Grandes
	> 150 mm
Tabela 1. Classificação de partículas de acordo com o tamanho.
Para a definição da potência do moinho a ser utilizado, é possível basear-se no tamanho das partículas, encontrado através do uso de peneiras de escala laboratorial e industrial. O material sólido particulado é escoado através de peneiras com abertura ou “mesh” da série de Tyler previamente conhecida. A operação de moagem difere de outras operações unitárias que envolvem a mensuração das partículas pelo diâmetro médio calculado através da distribuição das frações que ficam retidas nas peneiras[4]. A tabela 2 apresenta os valores padrão de equivalência entre abertura de peneiras.
Após a obtenção dos dados experimentais, é possível a visualização dos resultados em gráficos e tabelas de distribuição de tamanho de partícula[4].
Tabela 2. Valores de equivalência do tamanho de partículas de acordo com a abertura da peneira utilizada. Disponível em: http://www.anvisa.gov.br/
Além do tamanho, é importante a observação de outras características físicas e mecânicas do material, como por exemplo a dureza, resistência ao esmagamento e a tendência de escorregamento[3][4].	
Principais Equipamentos
Os equipamentos utilizados na moagem, denominados moinhos e trituradores, diferem entre si de acordo com a finalidade de seu uso. São classificados de acordo com o mecanismo utilizado na moagem[5].
Moinho de Discos
	A estrutura do mecanismo de moagem deste tipo de moinho é basicamente composta por dois discos circulares, sendo um deles fixo e o outro rotativo. São mais indicados para a moagem de materiais finos. Sua alimentação acontece por uma abertura central pela qual o material é diposto entre os discos, fazendo com que seja comprimido entre eles e triturado no processo. A montagem dos discos é tradicionalmente feita na horizontal, mas de acordo com a necessidade, os discos também podem ser posicionados na vertical[5][6].
Imagem 2. Representação de um moinho de discos. Disponível em: http://www.tecquimica.cefetmg.br/
Moinho de Rolos
Moinhos de rolos são equipamentos amplamente utilizados na moagem de cereais para a produção de farinhas. Oferecem um produto de textura mais suave e devido a sua geometria simples, o tamanho das partículas resultantes pode ser facilmente regulado. Seu funcionamento é baseado em dois ou mais cilindros sendo rotacionados em direções opostas, com velocidades variáveis. O material a ser moído passa pelo espaço entre estes cilindros sendo imediatamente triturado pela força de compressão entre eles[5][6]. 
Imagem 3. Esquema demonstrativo do funcionamento de um moinho de rolos. Disponível em: http://www.ufrgs.br/alimentus1/feira/optransf/moagem.htm
Imagem 4. Esquema de um moinho de rolos. Disponível em: http://wwwo.metalica.com.br/artigos-tecnicos/britadores-e-moinhos
Moinho de Facas e Martelos
São moinhos destinados à moagem de cereais e à extração de produtos em pó finos e solúveis. São composto de martelos fixados em um rotor interno à estrutura cilíndrica do moinho. O material é rompido ao sofrer o impacto do martelo em sua superfície, sendo pulverizado ao passar por uma abertura entre os martelos de moagem. O material moído permanece no interior da estrutura até que esteja no tamanho ideal para passar por uma peneira que define sua granulometria ideal[5][6].
Imagem 5. Esquema de funcionamento de um moinho de facas e martelos. Disponível em: http://wwwo.metalica.com.br/artigos-tecnicos/britadores-e-moinhos
Trituradores de Mandíbulas e Trituradores Giratórios
	Trituradores de mandíbulas e trituradores giratórios são equipamentos mais grosseiros, destinados à uma moagem primária de materiais. Nos trituradores de mandíbula, o material é alimentado entre dois mecanismos em forma de mandíbulas, sendo um deles fixo e o outro móvel. A moagem acontece de forma progressiva enquanto o material passa por um espaço cada vez menor, devido ao movimento horizontal da mandíbula móvel[5][6].	
Imagem 6. Esquema de funcionamento de um triturador de mandíbula. Disponível em: http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/sizereduction1.htm#crushers
Por outro lado, o triturador giratório é composto externamente por uma estrutura cônica com mandíbulas fixas em seu interior e de um eixo central principal rotativo, também com mandíbulas fixas em sua superfície. Seu funcionamento é possível devido a construção de suas mandíbulas ser feita em sentidos opostos, assim, durante o processo de moagem o material é preso entre as duas e triturado em sua passagem[5][6].
Imagem 7. Esquema do funcionamento de um triturador giratório. Disponível em: http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/sizereduction1.htm#crushers
Moinhos Cilindricos
Moinho composto por uma estrutura externa em formato cilíndrico rotacionado por um eixo horizontal. A estrutura contém em seu interior corpos moedores, que podem ser bolas ou barras metálicas. O processo de moagem ocorre pelo impacto entre os corpos moedores sobre o material rotação da estrutura. Para o uso deste tipo de equipamento, recomenda-se que os corpos moedores tenham seu tamanho adequado com a dureza e proporção do material a ser processado[6][7].
Imagem 8. Comportamento dos corpos moedores dentro de um moinho cilindrico de bolas. Disponível em: http://technology.infomine.com/reviews/grindingmills/welcome.asp?view=full
MATERIAL E MÉTODOS
Material (moinho)
Liquidificador Electrolux (MA763012F01 – 127V/60Hz);
Serra (Starrett);
Dimer;
Cola quente (CIS);
Furadeira (Bosch);
Placa de acrílico;
Parafusos;
Milho;
Balança analítica (Tecnal);
 
Imagem 9: Liquidificador. Imagem 10: Furadeira. Imagem 11: Parafusos.
 
Imagem 12: Cola quente. Imagem 13: Serra. Imagem 14: Balança 
Desenvolvimento
Inicialmente o liquidificador da marca Electrolux foi desmontado para ser usado, este teve que passar por reparos elétricos, aonde foi adicionado a sua placa de velocidade o Dimer que tem como função principal aumentar sua potência.
 
Imagem 15: Liquidificador desmontado para reparo na parte elétrica.
Logo após, o copo do liquidificador foi cortado ao meio, e depois deste corte foi aberto em sua lateral um retângulo, já do lado de dentro do copo foi utilizada esta parte do retângulo da lateral para se ter como base aonde serão os furos para saída da amostra, em seguida estes furos foram feitos com uma furadeira. A tampa do copo foi colada a ele com a cola quente, deixando móvel apenas a tampa menor. 
 
Imagem 16: Cortes no copo do liquidificador.
O motor foi fixado na própria base do liquidificador com parafusos, e para dar maior suporte esta base foi fixada em um acrílico. Depois foi fixado o copo na base com a furadeira.
 
Imagem 17: Motor e copo sendo fixado na base.
Material (peneiramento)
Amostras de milho moído;
Peneiras da série Tyler (Solotest, Fobras, Bender);
Balança eletrônica (Tecnal);
Béquer (Nalgon);
 
Imagem 18: Peneiras da série Tyler. Imagem 19: Balança eletrônica.
Imagem 20: Béquer com a amostra de milho
MÉTODO (PENEIRAMENTO)
Para análise granulométrica da amostra, foram encaixadas as peneiras na base observando-se a ordem crescente (base paro o topo) da abertura das peneiras.
Foram pesadas 50 g de amostra de milho moída e, adicionada ao primeiro Tyler e em seguida o grupo de peneiras foi agitado por um integrante do grupo de forma manual por aproximadamente uns 3 minutos. Logo após, as amostras das peneiras foram pesadas para a realização do cálculo das massas retidas em cada uma.
 
Imagem 21: Peneiras da série Tyler com amostras.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
MOINHO
Após a construção do moinho e depois de muitos testes conseguimos que ele funcionasse perfeitamente. Em seguida foram separadas amostras de milho e moídas a fimde calcular a efetividade do equipamento, os dados obtidos estão listados na tabela abaixo:
	Massa inicial (g)
	Tempo (s)
	Massa final (g)
	100
	17,7
	82,4
	200
	36,2
	169,2
	300
	53,7
	255,6
Tabela 3: Dados obtidos após a moagem.
Está tabela ilustra os resultados obtidos após a moagem do milho, o equipamento foi regulado para uma velocidade média, está foi determinada experimentalmente.
Para uma massa de 100 g o equipamento leva aproximadamente 17,7 s, com um rendimento de 82,4%, para a massa de 200 g obteve um rendimento de 84,6% e, para a massa de 300 g obtivemos um rendimento de 85,2%, com estes resultados podemos concluir que quanto maior a quantidade de massa maior a efetividade. O rendimento não foi 100%, pois devem ser considerados perdas de massa dentro do equipamento e, durante a transferência de massa de um recipiente para outro.
Depois, foram pegas amostras destes milhos moídos para se medir a granulometria destes em laboratório.
PENEIRAMENTO
Os dados obtidos através do ensaio de peneira para o milho após a moagem estão apresentados na tabela 1.
	Tyler
(Mesh)
	Abertura -di(mm)
	Abertura +di (mm)
	Média das Aberturas Di (mm)
	Massa retida MRET (g)
	Fração retida xi
	Fração retida acumulada X acm (%)
	Fração passante X (%)
	- 7 + 8
	2,83
	2,38
	2,605
	15,04
	0,3008
	30,08
	69,92
	- 8 + 9
	2,38
	2,00
	2,190
	9,43
	0,1886
	48,94
	51,06
	- 9 +14
	2,00
	1,19
	1,595
	8,97
	0,1794
	66,88
	33,12
	- 14 + 28
	1,19
	0,59
	1,780
	5,92
	0,1184
	78,72
	21,28
	- 28 + 48
	0,59
	0,297
	0,444
	0,16
	0,0032
	79,04
	20,96
	- 48 +100
	0,297
	0,149
	0,223
	0,21
	0,0042
	79,46
	20,54
	-100+200
	0,149
	0,074
	0,112
	0,29
	0,0058
	80,04
	19,96
	-200
	0,074
	Fundo
	0,074
	9,98
	0,1996
	100
	0
Tabela 4: Análise granulométrica para o milho após a moagem.
Essa tabela ilustra um ensaio característico para as partículas da amostra analisada em laboratório. Para esse ensaio, foram selecionadas as peneiras de 8, 9, 14, 28, 48, 100 e 200 mesh. O símbolo (+) indica que determinada fração de massa, foi retida na peneira, enquanto símbolo (-) indica que a massa remanescente atravessou a peneira. A sexta coluna dessa tabela mostra a fração de massa retida na peneira (+), por exemplo: 30,08% da massa ficaram retidos na peneira 8.
A última coluna indica o percentual da massa total que atravessa a peneira (+); como exemplo, tem-se que 69,92% da massa total da amostra atravessaram a peneira 8, em seguida, 51,06% da massa total da amostra atravessaram a peneira 9 e assim sucessivamente até que 0,058% da massa total da amostra ficassem retidas na peneira 200 e, se depositando no fundo 19,96% da massa.
Os dados obtidos geraram o seguinte gráfico:
O diâmetro di utilizado no gráfico é a média do valor do diâmetro de abertura da maior e da menor peneira em análise. Pela análise da tabela 2, percebe-se que 30,08% do total da massa ensaiada possui diâmetro médio equivalente a 2,605 mm e que 18,86% da amostra possui diâmetro médio equivalente a 2,190 mm.
Gráfico 1. Distribuição cumulativa
Do gráfico 1, tomando o quinto e oitavo ponto, a diferença entre eles, mostra que: 78,72% de toda a amostra ensaiada possui diâmetro médio 1,780 ≤ di ≤ 2,605 em mm.
De acordo com o sistema Tyler, os sólidos podem ser classificados conforme a abertura da peneira (mesh) da seguinte forma:
	Tipo de sólidos
	Abertura das malhas
	Sólidos grosseiros
	abaixo de 4 mesh ( > 4.700 μm)
	Finos
	de 4 mesh a 48 mesh ( 300 - 4.700 μm)
	Ultrafinos
	de 48 a 400 mesh ( 38 - 300 μm)
A análise dos dados obtidos a partir da massa ensaiada demonstrou claramente as características de granulometria e a partir disso foi possível classificá-la de acordo com o sistema Tyler, podendo ser classificada como um sólido misto (entre fino e ultrafino).
Conclusão
O projeto obteve uma eficácia de 80% e uma perda de 20%. Podemos concluir que o moinho realizou a moagem do material de forma efetiva, obtendo uma pequena quantia de perda, sendo assim,  resultados experimentais e teóricos foram muito proximos.
As propriedades de plasticidade e solidez das matérias primas definem o comportamento de moagem. A matéria prima escolhida foi o milho, no experimento podemos observar que houveram partículas que foram moídas e possuem um tamanho aceitável é compatível com o resultado experado. Porém o que foi considerado perda, foram as partículas que viraram pó e não podem ser consideradas moídas. Isso ocorre porque o milho é uma matéria prima com pouca plasticidade, então a tendência é que uma parte do material, ao passar pelo moinho, vire pó.
Referencias bibliográficas
[1] PEREIRA, Monteiro F. (Ano não informado). “Aula Experimental – Operações Unitárias I” Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo (EEL - USP) [Online] Disponível em: https://sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5817066/129/OPUNIEXPI.pdf
[2] KUMAR, Amit (2015). “Grinding Mills” Norman B. Keevil Institute of Mining Engineering – University of British Columbia [Online] Disponível em: http://technology.infomine.com/reviews/grindingmills/welcome.asp?view=full
[3] Autor não informado (Ano não informado). “Fragmentação de Sólidos” Departamento de Engenharias Química e de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) [Online] Disponível em: https://moodle.ufsc.br/pluginfile.php/772362/mod_resource/content/0/OPERACOES/fragmentacao_de_solidos.pdf
[4] Autor não informado (2012). “Redução de Tamanho de Partículas Sólidas” Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) [Online] Disponível em: www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula16_ReducaoTamanho
[5] TELES, Camila; MELLO, Carla; RAUBER, Fábio (2004). “Operações Unitárias – Redução de Tamanho – Moagem” Univervisade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) [Online] Disponível em: http://www.ufrgs.br/alimentus1/feira/optransf/moagem.htm
[6] R. L. Earle (1983). “Unit Operations in Food Processing – Chapter 11 Size Reduction” The New Zealand Institute of Food Science (NZIFST) [Online] Disponível em: http://www.nzifst.org.nz/unitoperations/sizereduction1.htm
[7] Autor não informado (2017). “Britadores e Moinhos” Portal Metalica Construção Civil [Online] Disponível em: http://wwwo.metalica.com.br/artigos-tecnicos/britadores-e-moinhos