Estudo da formação de ráfias de HDPE no transporte de frascos para iogurte

Abstract

Esta Dissertação teve como objectivo analisar os factores que influenciam a formação de ráfias de HDPE ao longo das condutas de transporte de frascos para iogurte líquido, na fábrica Logoplaste Castelo Branco, e propor medidas para a sua minimização. No início do trabalho procedeu-se a uma revisão da literatura sobre o transporte pneumático de partículas e os problemas de degradação subjacentes a ele, bem como sobre ferramentas da qualidade que permitissem implementar metodologias de análise e de resolução do problema em causa. A partir do estudo acima referido, e da análise do problema na fábrica, foram identificadas possíveis causas para o problema, as quais foram organizadas recorrendo ao diagrama de causa-efeito. Em paralelo foi feito um levantamento das condições de produção numa outra fábrica da Logoplaste, em Oliveira de Azeméis, onde não se registavam problemas de formação de ráfias. A partir do diagrama causa-efeito construído, identificaram-se como potenciais causas da formação de ráfias (i) a velocidade de transporte dos frascos, a limpeza das condutas, a geometria e o número de curvas bem como a temperatura dos frascos à entrada da conduta de transporte e (ii) o coeficiente de atrito entre os materiais utilizados no fabrico dos frascos e nas condutas. As primeiras foram estudadas em fábrica e a segunda a nível laboratorial, na Universidade do Minho. Os resultados obtidos revelaram que a velocidade de transporte dos frascos, tal como era referido na literatura, é um parâmetro determinante e a sua redução conduziu à quase total eliminação da formação de ráfias. Relativamente ao efeito da limpeza das condutas, não foi possível concluir inequivocamente, se este factor é de facto determinante devido ao reduzido número de medições efectuadas. O efeito da temperatura dos frascos à entrada da conduta de transporte não se revelou significativo. No que concerne o efeito dos coeficientes de atrito, os resultados obtidos não permitiram visualizar diferenças significativas entre os frascos das fábricas de Castelo Branco e de Oliveira de Azeméis. Os coeficientes de atrito obtidos, para os diferentes materiais testados, apresentam valores muito próximos, à excepção da placa em HDPE, razão pela qual a utilização deste material nas condutas de transporte dos frascos deve ser evitada. Por fim, tendo em conta a importância da velocidade de transporte dos frascos e a sua relação com a formação de ráfia, foi desenvolvido um modelo que permitisse estimar o tempo que os frascos demoram a percorrer o trajecto da conduta a partir do caudal de ar fornecido e das características das condutas. Com vista à determinação da queda de pressão do ar nas condutas da Logoplaste, adaptou-se a equação diferencial de Bernoulli, referente ao transporte de um gás compressível e escoamento isotérmico numa conduta. Apesar da limitação de dados, as aproximações feitas permitiram estimar o valor da queda de pressão para a conduta em estudo. Tendo em conta a escassez de informação que permitisse (i) calcular os caudais de ar reais e (ii) os valores de queda de pressão com o rigor suficiente, os parâmetros do modelo desenvolvido foram ajustados recorrendo a algumas aproximações. O tempo de transporte dos frascos estimado foi de 3,2 s, o qual apresenta um erro de 31% quando comparado com o valor medido na fábrica de 4,2s. Tendo em conta a simplicidade do modelo desenvolvido, o facto da resolução do mesmo ter sido feita utilizando valores aproximados dos caudais de ar utilizados na fábrica e o facto do cálculo da esfericidade dos frascos ser aproximada é notável a boa previsão do modelo.

ABSTRACT: The aim of this thesis was to analyze the factors responsible for the formation of streamer in the pipelines for conveying bottles of liquid yogurt, at Logoplaste Castelo Branco Company, and to propose ways to minimized it. A literature review on pneumatic transport and the problems underlying degradation of particles was initially carried out, together with a survey of Quality Assurance Tools in order to implement methodologies which could contribute to the analysis and subsequent solution of the problem. From the study aforementioned and the analysis of the problem at the factory site the possible causes have been identified which were organized using a cause-effect diagram. In parallel, for comparison purposes, the production conditions of another factory site, in Oliveira de Azeméis where the formation of streamer does not exist, were also studied. From the cause-effect diagram it was possible to identify as potential causes for the formation of streamer: (i) velocity of the conveying bottles, the geometry and number of curves/bends, the frequency and method of cleaning of the pipelines and the temperature of the bottles at the entrance of the conveying pipe and (ii) the friction coefficient between the different materials used in the bottles and in the pipelines. The former were studied at the factory site and the latter in the laboratory at Universidade do Minho. In agreement with the literature, reduction of the conveying bottles velocity proved to be a determinant parameter as the formation of streamer was almost eliminated. As regards the effect of pipelines cleaning, in view of the limited number of measurements carried out the results are inconclusive. The effect of the temperature of the bottles at the entrance of the conveying pipe does not seem to be of major importance. The results obtained for the friction coefficients between the materials evaluated did not show any major differences except for HDPE and this is the reason why such material should not be used in these pipelines. Finally, in view of the importance of conveying bottles velocity for the formation of streamer, a model has been developed to estimate the time required to transport the bottles across the pipeline based on the air flow rate and the characteristics of the pipeline. In order to determine the pressure drop in Logoplaste pipelines, the differential Bernoulli equation, for a compressible gas pipelines under isothermal conditions. Despite the scarcity of data, the approximations that were made allowed the estimation of the pressure drop of pipeline under study. In view of the shortage of data to calculate values for the pressure drop and for the air flow rate with reasonable accuracy, the parameters of the model developed had to be adjusted with some approximations. The estimated time of transport of bottles and the experimental one are 3,2 s and 4,2 s respectively corresponding to an error of 31%. Taking into account the simplicity of the model and the approximations involved in the calculation of the air flow rates and of the sphericity, the prediction of the model developed can be considered remarkable.