Projeto de moinho e misturador planetário: limites, transmissão, dimensionamento, protótipo e validação

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Camargo, Ítalo Leite de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Dual asymmetric centrifuge; Engrenagens; Friction wheels; Gears; Mechanical design; Misturador planetário; Moinho planetário; Planetary mill; Projeto mecânico; Rodas de atrito
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18146/tde-12092018-145617/

A moagem e mistura rápidas e efetivas de materiais em pequenos volumes é uma necessidade nos laboratórios e na indústria moderna. Diversos tipos de métodos e equipamentos prestam este serviço, dentre eles o moinho e misturador planetário. Estes equipamentos são máquinas centrífugas que combinam movimentos rotacionais com translacionais e que utilizam os efeitos otimizados das forças, direções e movimentos dos materiais em processo. Para o moinho é otimizado e ampliado o poder dos mecanismos de moagem, sendo então considerado um processo de alta energia. No caso dos misturadores há a combinação do movimento planetário com um ângulo de inclinação entre o eixo de rotação do jarro com o eixo de translação que promovem vórtices helicoidais efetivos para promover a mistura. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de moinho e misturador planetário visando determinar condições otimizadas de moagem e mistura, o estabelecimento de limites de operação para ambas aplicações e a seleção de um sistema de transmissão simplificada. Inicialmente foram fabricados bancos híbridos de moagem e mistura para pequenas amostras (25 g para moagem e 100 g para mistura). O desempenho de moagem foi analisado pela determinação do tamanho de partículas antes e após o processo de moagem em pós de alumina de granulação grosseira com diâmetro médio de partícula em torno de 4,2 μm, variando-se as combinações de relação de transmissão, velocidade de translação e tamanho do meio de moagem. Para o misturador foi aplicado ângulo de inclinação de 30º e realizado ensaios nas misturas de massa plástica em diferentes rotações. Na configuração moinho, o melhor desempenho experimental resultou em pó de alumina submicrométrico de Øee ~ 0,9 mm em uma hora de moagem na rotação de translação de 450 rpm e relação de transmissão eixo principal/jarro de 1:-2. Na configuração misturador a condição otimizada foi com rotação de 2000 rpm e relação transmissão eixo principal/jarro de -2:1 que proporcionou mistura relativamente homogênea em 30 s. Para carregamentos de até 25 g de pós cerâmicos, em que o conjunto excêntrico (jarro, fixação, matéria prima e meios de moagem) são inferiores à 1 kg, utilizou-se a transmissão baseada em rodas de atrito que permitiu um projeto econômico e compacto, sendo o aço (AISI 4340 temperado e revenido) o material da roda de atrito que apresentou a melhor durabilidade e confiabilidade. Entretanto, apresentou limitação na moagem de amostras maiores (jarro acima de 1 kg) e nas misturas com rotações acima de 2000 rpm. A maior potência de transmissão exigida causou aquecimento excessivo na transmissão, ocasionando dilatação das rodas de atrito e consequentemente travamento do sistema. Para aumentar a capacidade de moagem para até 100 g de matéria prima, que reflete a conjuntos com massas superiores a 2 kg, um protótipo utilizando engrenagens foi projetado, construído e testado. Neste trabalho concluiu-se que, através de uma rápida reconfiguração, um único equipamento híbrido atende às ambas demandas. Entretanto observou-se que como as condições otimizadas de moagem e mistura ocorreram em condições opostas, ficou evidenciado que a condição ótima para um sistema, quando aplicado no outro sistema, oferece alto risco de acidentes, o que exige o desenvolvimento de um sistema de segurança inteligente sofisticado e oneroso que, em virtude do agregado financeiro dos componentes permanentes, para aplicações nos processos industriais, aconselha-se equipamentos individuais.