Winicius Ruis de Souza Início: Orientador

WINICIUS RUIS DE SOUZA
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA
RELATÓRIO FINAL
DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO DE VASSOURAS POLIMÉRICA – BASE E
CERDAS
Relatório final apresentado à Faculdade de
Tecnologia de Sorocaba, como requisito para
conclusão do projeto de iniciação científica.
Orientadora: Profa. Dra. Luciana Sgarbi Rossino
Coorientador: Prof. Carlos Eduardo Correa.
SOROCABA
2015
RESUMO
Este trabalho é parte de um conjunto de projetos cujo objetivo visa à
fabricação de um protótipo de uma vassoura constituída totalmente de polímeros, e
restringi-se ao desenvolvimento da base da vassoura e das cerdas que serão
utilizadas no mesmo.
A utilização do software SOLIDWORKS possibilitou a realização de um perfil
3D da base da vassoura e também um detalhamento 2D importante para a
fabricação do produto, através do processo de prototipagem rápida em impressora
3D ou usinagem.
Foi produzido também o ferramental a ser utilizado para a fabricação das
cerdas da base da vassoura, onde se estabeleceu através de pesquisas que o PET
obtido de garrafas seria o material mais apropriado para se fazer as cerdas devido à
facilidade de obtenção, boas propriedades e o apelo ambiental. Primeiramente o
modelo foi desenvolvido virtualmente em software 3D e depois foi fabricado um
modelo real.
ABSTRACT
This work is part of a set of projects whose aim intended for the manufacture
of a prototype of a broom consists entirely of polymer, and restrict the development
of the base of the brush and the bristles that will be used in the same.
The use of SOLIDWORKS software made possible the development of a 3D
profile of the base of the broom and also an important 2D detailing for manufacture of
the product, through the rapid prototyping process 3D printer or machining.
It also produced the tooling to be used for manufacturing the broom base of
bristles, it was established through research that PET obtained bottles would be the
most suitable material for making the bristles due to the ease of obtaining, good
properties and environmental appeal. First, the virtual model was developed in 3D
software and then an actual model has been manufactured.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO…………………………………………………………………………..5
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA……………………………………………………….......6
2.1 Base da vassoura características gerais...........................................................6
2.2 Cerdas...............................................................................................................6
2.2.1. Importância e função.................................................................................6
2.2.2. Processo de obtenção das cerdas de PET reciclado................................7
3. OBJETIVO................................................................................................................9
4. MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................10
4.1. Modelo da base da vassoura – software 3D...................................................10
4.2. Prototipagem rápida – Impressão 3D.............................................................10
4.3. Fabricação do ferramental para obtenção das cerdas..................................10
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES...........................................................................10
5.1. Modelo da base da vassoura – software 3D...................................................10
5.2. Prototipagem rápida – Impressão 3D.............................................................15
5.3. Fabricação do ferramental para obtenção das cerdas...................................15
6. CONCLUSÃO........................................................................................................18
7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS....................................................19
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................19
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Modelos de bases de vassouras. ..................................................................................... 6
Figura 2- Equipamentos de desfiar PET........................................................................................... 8
Figura 3 – Tratamento térmico e choque térmico das cerdas de PET. ....................................... 9
Figura 4 – Máquinas de fixação das cerdas (Tufadeiras). ............................................................. 9
Figura 5 – Modelo final da base feito em software 3D. ................................................................ 11
Figura 6 – Detalhes da base feitos em software 3D. .................................................................... 11
Figura 7- Detalhamento 2D - Parte superior da base. .................................................................. 12
Figura 8 – Detalhamento 2D – Parte inferior da base. ................................................................. 13
Figura 9 – Detalhamento 2D – Cabo............................................................................................... 14
Figura 10 – Peso final da base da vassoura. ................................................................................. 15
Figura 11 – Ferramental para obtenção das cerdas em software 3D (SOLIDWORKS). ........ 16
Figura 12 – Ferramental fabricado para obtenção das cerdas de PET. .................................... 17
1. INTRODUÇÃO
Desde os primórdios da vida humana o homem faz uso dos materiais
disponíveis na natureza para realizar suas atividades e garantir sua sobrevivência.
Com isso, ao longo dos anos cada vez mais materiais foram descobertos e
desenvolvidos, buscando sempre facilitar a execução das tarefas cotidianas, sejam
elas industriais ou domiciliares. (CALLISTER, William; RETHWISCH, David. 2013,
p.2) [1].
Dentre as matérias-primas mais exploradas atualmente encontram-se os
metais, as cerâmicas e os polímeros, considerando que este último vem ganhando
uma maior utilização na fabricação e concepção de novos produtos desde o século
XX,
permitindo
até
substituir
outros materiais
dependendo
da
aplicação.
(CANEVAROLO, Sebastião. 2006, p.19) [2].
Em meio aos diversos produtos altamente comercializados hoje, que
possuem algum componente plástico em sua constituição e ainda podem sofrer
melhorias encontram-se as vassouras, que apesar de geralmente apresentar a base
fabricada com um polímero, possuem o cabo de madeira ou metal.
No caso do cabo de madeira, segundo dados obtidos no trabalho Madeira
Envelhecida disponível no site da UFPR, o mau uso ou a intensa exposição a fatores
ambientais, como chuva e sol, podem fazê-lo empenar e/ou quebrar. Já os cabos
metálicos, conforme podem oxidar ao longo do tempo e quebrar durante o uso,
favorecendo a ocorrência de acidentes domésticos, além de encarecerem o produto
final. (CALLISTER, William; RETHWISCH, David. 2013, p.599-601) [2].
Tomando por base as idéias já apresentadas em relação aos materiais que,
na maioria das vezes, compõem as vassouras e a imensa gama de propriedades e
possibilidades de aplicações que pode ser conferida aos materiais poliméricos, o
trabalho a ser desenvolvido tem como principal meta a inovação e a melhoria do
produto citado, propondo o desenvolvimento de uma vassoura produzida
inteiramente em plástico.
Diante disso este trabalho consiste em desenvolver um perfil da base de uma
vassoura e definir o material reciclado e o tipo de processo o qual será obtido as
5
cerdas da vassoura, de forma que seja possível fabricá-las facilmente sem o uso de
equipamentos sofisticados.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Base da vassoura – Características gerais
Existem atualmente diversos modelos de bases disponíveis no mercado que
podem variar em cores e formatos, porém, suas funções básicas são: (a) fixar as
cerdas de forma a garantir que a eficiência das mesmas quando esta é utilizada para
a realização de limpezas; (b) Servir como alojamento para o cabo, que deverá ser
fixado na base.
Em outras palavras é necessária que a base suporte um determinado
esforço, uma vez a força aplicada no cabo é transferida para a base. A figura 1
ilustra alguns modelos de base presentes no mercado.
Figura 1- Modelos de bases de vassouras.
Fonte: Google imagens.
2.2. Cerdas
2.2.1. Importância e função
As cerdas possuem papel fundamental na vassoura, pois, são estas que
garantem a qualidade da limpeza, alguns aspectos importantes devem ser levados
em consideração como o tamanho da cerda e sua rigidez, essas características
definem qual o tipo de vassoura mais apropriado para um determinado tipo de
limpeza. A tabela 1 relaciona as características das cerdas em função do tipo de
limpeza a ser executado [3].
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Tabela 1- Características das cerdas em função do tipo de limpeza.
Característica das Cerdas
Tipo de limpeza indicado
Curtas e macias
Remoção de partículas de sujeira finas em
superfícies homogêneas.
Compridas e duras
Remoção de grandes partículas de sujeira.
Duras com formato fino e angular
Utilizada para remoção de partículas de
sujeira em locais de difícil acesso. Ex:
Cantos de parede.
Fonte: Autoria própria.
O material o qual a cerda é fabricada varia entre o natural representado
principalmente pelas fibras de piaçava e os materiais sintéticos como o nylon e o
PET.
As cerdas de PET vêm ganhando grande destaque devido à fabricação de
vassouras recicladas, as cerdas são obtidas através da reciclagem de garrafas pet,
em outras palavras existe um forte apelo ambiental ao se fabricar vassouras com pet
reciclado, uma vez que esse material seria descartado no meio ambiente. Além
disso, as cerdas de PET possuem alta resistência e durabilidade [4].
2.2.2. Processo de obtenção das cerdas de PET reciclado
O processo de obtenção das cerdas de PET reciclado passa por várias
etapas, primeiramente as garrafas pet são coletadas e retira-se o rótulo, o fundo e o
bico.
Em um segundo momento o PET passa por uma máquina ou equipamento de
desfiar, ou comumente chamada de “desfiadeira”, existem diversos tipos disponíveis
no mercado conforme ilustra a figura 2.
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Figura 2- Equipamentos de desfiar PET.
Fonte: Google imagens.
As desfiadeiras são máquinas que podem ser automatizadas ou não e
promovem o corte da garrafa pet em filetes com uma determinada espessura, essa
etapa tem um papel fundamental, pois, são definidas algumas características como
a espessura da cerda.
Após esse processo as cerdas sofrem um tratamento térmico, estas são
enroladas em um carretel e levadas á um forno á temperatura de 180 ˚C onde
permanecem durante aproximadamente 5 minutos, esse procedimento é realizado
devido à característica muito flexível do PET, ou seja, é preciso aumentar a rigidez
para que as cerdas suportem as condições de aplicação, logo que são retiradas do
forno são submetidas á um choque térmico sendo imersas em água fria conferindolhes certa flexibilidade [5]. O processo é ilustrado na figura 3.
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Figura 3 – Tratamento térmico e choque térmico das cerdas de PET.
Fonte: Google imagens.
Legenda: À esquerda o forno para tratamento térmico e à direita está ilustrada a imersão do PET em
água fria.
Por fim as cerdas são cortadas em seus devidos tamanhos e fixadas na base
da vassouras, a fixação pode ser feita manualmente através de grampos, ou
máquinas que fazem a fixação das certas de forma automatizada conhecidas como
tufadeiras conforme a figura 4.
Figura 4 – Máquinas de fixação das cerdas (Tufadeiras).
Fonte: Google imagens.
3. OBJETIVO
O objetivo deste projeto é desenvolver um perfil da base da vassoura que
suporte os esforços exigidos e atenda aos requisitos necessários para sua
aplicação. Também será realizado um estudo de qual plástico reciclado será o mais
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apropriado para usar nas cerdas da vassoura e qual tipo de processo será feito para
a obtenção das mesmas.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Modelo da base da vassoura – software 3D
Inicialmente o perfil da base será feito através de uma plataforma 3D com o
auxílio do software SOLIDWORKS – 2013, onde será possível realizar também um
detalhamento 2D contendo todas as cotas e vistas necessárias para o
desenvolvimento do protótipo do produto.
4.2. Prototipagem Rápida – Impressão 3D
Em um segundo momento a base da vassoura será produzida em uma
impressora 3D pertencente à faculdade de tecnologia de Sorocaba (FATEC) e que
se encontra no parque tecnológico de Sorocaba.
4.3. Fabricação do ferramental para obtenção das cerdas
Devido ao apelo ambiental, propriedades e facilidade de obtenção o PET
reciclado de garrafas foi escolhido para a fabricação das cerdas. Para tanto será
desenvolvido uma ferramenta para desfiar o PET das garrafas, que seja simples e
utilize poucos recursos para sua confecção. O ferramental deverá ser desenvolvido
primeiramente em software 3D que servira como base para o modelo em escala real.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Modelo da base da vassoura – software 3D
O modelo 3D foi desenvolvido seguindo modelos semelhantes disponíveis
no mercado, ao final pode-se obter uma base com um designer agradável no qual
foram feitas melhorias visando principalmente a redução de peso e adicionando
nervuras de reforço nos pontos críticos. A figura 5 ilustra o modelo desenvolvido da
base e a figura 6 mostra alguns detalhes do projeto.
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Figura 5 – Modelo final da base feito em software 3D.
Fonte: Autoria própria.
Figura 6 – Detalhes da base feitos em software 3D.
(A)
(B)
Fonte: Autoria própria.
Legenda: A – Parte superior da base e B – Parte inferior da base.
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O software possibilitou realizar um detalhamento 2D do projeto que poderá
ser utilizado para a fabricação do protótipo real, esse recurso foi de extrema
importância uma vez que possibilitou gerar as vistas e cotas necessárias para a
realização do mesmo. As figuras 7,8 e 9 mostram respectivamente o detalhamento
da parte superior da base, a parte inferior da base e o cabo.
Figura 7- Detalhamento 2D – Base superior.
Fonte: Autoria própria.
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Figura 8 – Detalhamento 2D – Base inferior.
Fonte: Autoria própria
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Figura 9 – Detalhamento 2D – Cabo.
Fonte:Autoria própria.
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Através dos recursos do software SOLIDWORKS foi possível fazer uma
estimativa do peso final da base da vassoura aplicando o material PEAD (Polietileno
de Alta Densidade) que foi de aproximadamente de 319,66 gramas, conforme
ilustrado na figura 10.
Figura 10 – Peso final da base da vassoura de PEAD.
(A)
(B)
Fonte: Autoria própria.
Legenda: (A) Massa da peça superior da base: 161,22g; (B) Massa as peça inferior da base: 158,44g.
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5.2. Prototipagem Rápida – Impressão 3D
Devido ao fato da impressora no qual seria feito a prototipagem ter
quebrado, não foi possível realizar a prototipagem rápida e fabricar um modelo real
da base da vassoura. Através do 3D seria possível usinar o protótipo essa pode ser
uma saída alternativa a impressora, a FATEC possui equipamentos especializados
para este fim.
5.3. Fabricação do ferramental para obtenção das cerdas
A fabricação do ferramental foi feita seguindo o modelo desenvolvido em
software 3D. A figura 11 apresenta o ferramental para obtenção das cerdas.
Figura 11 – Ferramental para obtenção das cerdas em software 3D
(SOLIDWORKS).
Fonte: Autoria própria.
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Após o desenvolvimento do modelo virtual foi fabricado o ferramental para
tornar possível a fabricação das cerdas de PET que serão utilizadas na base da
vassoura. O ferramental está representado na figura 12.
Figura 12 – Ferramental fabricado para obtenção das cerdas de PET.
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Fonte: Autoria própria.
É possível visualizar o funcionamento do ferramental através das imagens,
basicamente a garrafa pet passar pelas frestas da ferramenta que contem uma
lamina de estilete no seu interior promovendo o corte do pet em uma fita que pode
ser obtida em diferentes larguras.
A ferramenta foi muito eficiente na obtenção das fitas que serão usadas
como cerdas, apesar de não estar fixa em nenhuma superfície o que dificultou o
processo de fabricação das fitas de PET.
Outro aspecto importante é que apesar de a ferramenta ter funcionado, em
uma situação de produção em larga escala seria mais apropriado o uso de
desfiadeiras de PET, pois, são maquinas automatizadas e com um bom volume de
produção.
6. CONCLUSÃO
O software SOLIDWORKS se apresentou como uma importante ferramenta
no qual foi possível não apenas desenvolver um modelo virtual da base de uma
vassoura em 3D como também foi possível fazer um detalhamento 2D contendo
todas as cotas e vistas necessárias para a fabricação de um protótipo em
impressora 3D.
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A prototipagem rápida não foi possível devido à quebra do equipamento no
qual seria feito o protótipo em escala real.
O ferramental desenvolvido cumpriu seu objetivo sendo possível a
fabricação das cerdas de PET para o uso em protótipo, além disso, poucos recursos
foram necessários para a fabricação do mesmo.
7. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Para trabalhos futuros seria interessante buscar alguma instituição que
pudesse realizar a prototipagem do modelo da base da vassoura em impressão 3D.
Outro ponto que poderia ser desenvolvido deste projeto seria a criação de
um encaixe snap fit para fixar a parte superior da base com a inferior impedindo o
movimento das partes que poderiam desencaixar ao utilizar a vassoura.
Existem poucas informações sobre o tratamento térmico que é feito nas
cerdas da vassoura, estudos mais aprofundados poderiam ser feitos a fim de
descobrir o melhor tempo de residência do PET no forno e a temperatura ideal. E
como esses parâmetros refletem nas propriedades das cerdas.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]CALLISTER, William D. ; RETHWISCH, David G.. Ciência e engenharia de
materiais uma introdução. 8ª edição. Rio de Janeiro: LTC 2013.
[2]CANEVAROLO, Sebastião. Ciência dos polímeros: Um texto básico para
tecnólogos e engenheiros. 3ª edição. São Paulo: Artliber Editora, 2010.
[3]ECYCLE:
Como
descartar
vassouras?
Disponível
em:
<http://www.ecycle.com.br/component/content/article/57-plastico/216-comodescartar-vassouras.html>. Acesso em: 12 Out. 2015.
[4] ECOHOSPEDAGEM: veja como uma garrafa pet transforma-se em vassoura.
Disponível em: http://ecohospedagem.com/veja-como-uma-garrafa-pet-transformase-em-uma-vassoura/>. Acesso em : 16 Nov. 2015.
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[5] GIEQ: Garrafas PET servem como matéria prima para vassouras ecológicas.
Disponível
em:
<http://www.gieq.ufsc.br/index.php?option=com_content&view=article&id=42:reciclap
et&catid=1:news&Itemid=7#.Vj-lY7erTiw>. Acesso em: 7 Nov. 2015.
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