Projeto, construção e avaliação de uma máquina de pré-limpeza de café

Abstract

Este trabalho teve como objetivo desenvolver uma máquina para abanação e separação de frutos de café provenientes da colheita, sendo determinados, numa primeira etapa: a) o tamanho, o ângulo de repouso, a massa específica aparente e o volume do fruto de café; e b) as características aerodinâmicas dos frutos de café em diferentes teores de umidade. Com base nesses dados, foram definidos o diâmetro dos furos da peneira superior de 20 mm e o diâmetro dos furos da peneira inferior de 6 mm; o ângulo de inclinação da moega de 60 o e a capacidade da moega de 0,17 m 3 ; e a vazão máxima de ar produzida pelo sistema de ventilação de 0,9 m 3 /s. Na segunda etapa do trabalho foram desenvolvidos o projeto e a construção da máquina para pré-limpeza de café, empregando técnicas de CAD (Projeto Auxiliado por Computador), e realizados testes para avaliação do desempenho desta máquina, utilizando café com diferentes teores de impurezas. O princípio de funcionamento da máquina adotado foi o de ar e peneira. O comportamento dinâmico do sistema de vibração da máquina de pré-limpeza foi analisado utilizando-se o programa computacional Working Model 3D. Após essa análise, ficou estabelecido que o ângulo de inclinação da peneira seria de 3,7 0 . Um protótipo da máquina foi construído na oficina mecânica da Área de Armazenamento do Departamento de Engenharia Agrícola. Este protótipo foi avaliado usando como matéria-prima uma mistura das colheitas de café das variedades Catuaí, Mundo Novo, Catimor e Híbridos (cruzamentos de Mundo Novo e Catuaí x Híbrido Timor). O produto utilizado nos testes foi colhido por derriça no chão e no pano. Foram realizados três testes para avaliação da máquina e, para cada teste, nove repetições. No teste 1 foram utilizados frutos de café colhidos por derriça no pano; no teste 2, frutos de café colhidos por derriça no chão; e no teste 3, frutos de café colhidos por derriça no pano e no chão. As avaliações da máquina de pré-limpeza consistiram na determinação dos seguintes parâmetros: capacidade de separação (kg/h); eficiência de separação da máquina, obtida com base nos teores de impurezas dos frutos de café antes e após a pré-limpeza (% em peso); índice de perda por deficiência de separação (% em peso); e consumo de energia por quilograma de frutos separados (kWh/kg). Com base nos resultados obtidos nos testes realizados, pode-se concluir que a máquina mostrou desempenho satisfatório, apresentando capacidade de limpeza média de 1.060 kg/h, com eficiência de limpeza em média de 76%, índice de perdas médio de 0,48% e consumo médio de energia de 0,0025 kWh/kg de produto limpo.

The objective of this work was to develop a cleaning machine for harvested coffee cherries. At a first stage, the following properties were determined: a) the size, angle of repose, the apparent specific mass and the volume of coffee berries; and b) the aerodynamic characteristics of coffee berries at different moisture contents. Based on the obtained data the diameter of the upper and lower sieve openings were fixed to 20 mm and 6 mm, respectively. The angle of the hopper base and the hopper capacity was fixed to 60 o and 0.17 m 3 , respectively. The maximum air flow rate produced by the ventilation system was fixed to 0.9 m 3 /s. At the second stage, the design and construction of the machine for coffee pre-cleaning were developed by using CAD techniques (Computer Aided Design), as well as the tests for evaluating the machine performance were conducted using coffee with different foreign matter contents. The machine cleaning principle was based on air and sieve systems. The dynamic behavior of the vibration system in the pre-cleaning machine was analyzed by using Working Model 3D software. After this analysis, it was established that the angle of sieve inclination would be 3.7 o . A machine prototype was built at the machinery shop on the Storage Area of the Agricultural Engineering Department. This prototype was evaluated by using a mixture of coffee harvested samples from varieties Catuí, Mundo Novo, Catimor and Híbridos (Mundo Novo and Catuí x Híbrido Timor crossings) as raw material. The coffee samples were strip-picked on the ground and on cloth. Three tests were conducted to evaluate the machine, with nine replicates for each test. Test 1 used the coffee berries, which were strip-picked on cloth; test 2 used the coffee berries, which were strip-picked on the ground; and test 3 used those coffee berries, which were strip-picked on both ground and cloth. The evaluation of the pre-cleaning machine consisted in determining the following parameters: machine separation capacity (kg/h); machine separation efficiency obtained from the foreign matter contents of coffee berries before and after pre-cleaning (weight %); loss index by separation inefficiency (weight %); and energy consumption by each kilogram of separate coffee berries (kWh/kg). Based on the test results, it may be concluded that the machine showed a satisfactory performance, presenting an average cleaning capacity of 1.060 kg/h with an average cleaning efficiency of 76%, average loss index of 0.48% and average energy consumption of 0.0025 kWh/kg of cleaned coffee berries.