Trabalho - Mecatrônica 2022-2

OBJETIVOS: Fomentar a criatividade para desenvolver um sistema mecatrônico. Adquirir conhecimentos de ferramentas mecatrônicas, atuadores, sensores e softwares para análises virtuais. INTRODUÇÃO: As ideias e consequentemente os projetos podem se basear em fábricas, equipamentos, máquinas e linhas de produção já existentes ou hipotéticas, nesse último caso os mesmos sejam factíveis. A premissa para desenvolvimento do projeto é de automatizar e utilizar o máximo possível sistemas mecatrônicos para realizar diversas tarefas, tais como: operações industriais, medições, movimentação de produtos, verificações de parâmetros (medidas dimensionais, temperaturas, posicionamento, ...), sistemas de segurança e armazenamento de dados. DIRETRIZES: Desenvolvimento do projeto mecatrônico de um sistema. a) Deve ser definido um sistema mecânico, hipotético ou não, com todas as suas etapas executivas; b) No trabalho deve ser apresentado um descritivo operacional incluindo: os tempos operacionais de cada etapa, os sistemas de controle, os sistemas de segurança e toda a lógica de funcionamento do sistema; c) Com o descritivo consolidado, deve-se definir todos os atuadores. Nessa parte deve- se descrever o funcionamento básico dos atuadores; d) Deve-se indicar os sensores a serem instalados e o funcionamento básico dos mesmos; e) Utilizar um programa livre para fazer a simulação do sistema mecânico utilizado; f) O sistema deve conter pelo menos 15 atuadores, com pelo menos 4 tipos diferentes; g) O sistema deve ter de pelo menos 15 sensores, com pelo menos 4 tipos diferentes; h) O sistema deve ter pelo menos um sistema de análise de imagens. i) Os desenhos devem ser elaborados preferencialmente em softwares de desenhos (2D ou 3D); j) A parte escrita deve ser preferencialmente em word; k) O trabalho deve apresentar em seu conteúdo um número mínimo de 25 páginas. Nesse conteúdo estão exclusos: capa, sumário, listas de desenhos/figuras/tabelas e bibliografia. TEMA: Desenvolvimento de um sistema em que é utilizado uma esteira, onde são colocados copos de diferentes cores. E ao passar na máquina de bebidas, dependendo da cor do copo, desce a bebida correspondente a ela. Após isso, é seguido o caminho da esteira, somente daqueles copos. Exemplo: Um copo laranja para refrigerante, um copo azul para água e um copo verde para suco, ao ser colocado na esteira e passar pela máquina, vai cair o devido líquido. Em seguida, seguirá sua esteira correspondente (uma esteira só de sucos, os copos verdes irão para lá, e assim por diante). Ideia parecida com essa máquina: https://www.tecmundo.com.br/amp/robotica/29380-maquina-usa-controlador-arduino-para- preparar-15-drinks-diferentes-video-.htm https://www.instructables.com/The-Drinkinator-The-Portable-Party-Bartender/ 1 SUMÁRIO 1. Resumo ...................................................................................................... 2. Introdução .................................................................................................. 2.1. Uma breve história da produção de picolés ........................................ 2.2. A fábrica de picolés: ........................................................................... 3. Fundamentação Teórica ............................................................................. 3.1. Etapas da produção de picolé ............................................................. 3.1.1. Escolha da base ........................................................................ 3.1.2. Pré – mistura ............................................................................ 3.1.3. Início do processo automatizado .............................................. 3.1.4. Resfriamento ............................................................................ 3.1.5. Empalitamento ......................................................................... 3.1.6. Banho – maria .......................................................................... 3.1.7. Empacotamento e separação .................................................... 3.1.8. Armazenamento e inspeção de qualidade ................................ 3.1.9. Distribuição ............................................................................. 3.2. Maquinário ......................................................................................... 3.2.1. Silo de armazenamento ............................................................ 3.2.2. Esteira ...................................................................................... 3.2.3. Picoleteira ................................................................................ 3.2.4. Tanque de amônia ................................................................... 3.2.5. Colocador de palitos ................................................................ 3.2.6. Tanque de banho-maria ........................................................... 3.2.7. Seladora ................................................................................... 3.2.8. Câmara fria .............................................................................. 3.3. Os sensores ........................................................................................ 3.3.1. Sensores fotoelétricos .............................................................. 3.3.2. Sensores capacitivos ................................................................ 3.3.3. Sensores indutivos ................................................................... 3.3.4. Sensores térmicos .................................................................... 3.3.5. Células ..................................................................... 4. O processo na fábrica ............................................................................... 5. Considerações finais ................................................................................. 6. Bibliografia ............................................................................................... 2 1. Resumo 2. Introdução 2.1 Uma breve história da produção de picolés Neste trabalho, aborda-se a criação de uma fábrica de picolé, então, primeiramente é necessário compreender de onde ele surgiu. Sabe-se que o picolé é um tipo de sorvete, logo, antes de falarmos sobre a história do picolé, pode-se falar da origem do sorvete. Os chineses misturavam neve com frutas, isso há mais ou menos 3 mil anos atrás, os Árabes adotaram esta técnica e desenvolveram uma calda que foi nomeada "sharbet", que com o passar dos anos se tornariam os famosos sorvetes franceses sem leite, chamados de "sorbets". Em 1292, Marco Polo que foi um mercador, famoso por suas viagens e registros feitos nelas, trouxe do Oriente para a Itália a técnica especial usada para a fabricação de sorvetes. A moda se espalhou por toda a Itália no casamento da Catarina de Médici e o futuro Henrique II, mas a maior parte do povo francês teve acesso apenas um século após, quando Francesco Procópio abriu um café, em Paris, onde servia bebidas geladas e sorvetes do tipo “sorbet”. No Brasil, o sorvete passou a ser conhecido em 1834. Em 1905, Frank Epperson, de 11 anos de idade, esqueceu um copo de suco com uma colher na varanda de sua casa em São Francisco, como a temperatura estava baixa, o líquido acabou congelando e no dia seguinte, quando ele acordou, acabou "comendo" o suco congelado que mais tardiamente veio a ser o mais conhecido "picolé". Somente em 1923 que esta ideia se tornou real e se espalhou. 2.2 A Fábrica de Picolés No Brasil, a produção e distribuição de sorvetes a nível industrial teve início no ano de 1941, com a chegada da U.S Harkson do Brasil, atualmente conhecida como Kibon, e seu sucesso com os primeiros lançamentos, o Eski-bon e o Chicabon em 1942. (1) Apesar de a indústria de picolés e sorvetes ter se instalado na capital do estado do Rio de Janeiro, atualmente existem fábricas espalhadas por todo o país, com uma grande variedade de marcas e sabores. (2)(3) Dependendo das proporções da fábrica (tamanho e alcance da distribuição e de vendas), o processo de produção conta com a grande maioria das partes automatizada, facilitando e agilizando a produção em grande escala, fora a economia de tempo. Nas fábricas automatizadas, a pré-mistura (mistura antes de se tornar o picolé) é preparada manualmente e despejada em silos de armazenamento, e, a partir daí, são utilizadas esteiras para movimentar a produção desde o despeje da pré-mistura dos silos em picoleteiras (formas) até sua separação em um funil para que os picolés sejam, enfim, loteados. (ref. Bibliográfica) 3 1. https://exame.com/marketing/as-15-marcas-de-sorvete-mais-vendidas-do-mundo/ 2. http://www.invivo.fiocruz.br/historia/o-sorvete-chega-ao- brasil/#:~:text=O%20sorvete%20come%C3%A7ou%20a%20ser,primeira%20ind%C3 %BAstria%20brasileira%20de%20sorvete. 3. https://www.mercadinhopiratininga.com.br/noticias/3153/kibon---conheca-a-historia- do-sorvete-do-brasil 3. O tópico 3 deste trabalho consiste em contextualizar a produção em forma de teoria para que haja o entendimento do processo como um todo antes de introduzirmos os conceitos mecatrônico. 3.1. Etapas da Produção de Picolé: Atualmente, o picolé tem sua produção baseada em água (presente na composição do leite ou das frutas incorporadas à receita), adoçante (sendo açúcar ou xarope de milho) e gordura de leite, que é o que dá a textura macia do produto. Um dos componentes que fazem com que esse processo precise da automatização para ser realizado é a necessidade de introdução de ar e resfriamento das misturas, ações que só podem ser realizadas por meio de máquinas capacitadas para tal procedimento. 3.1.1. Escolha da Base: Como citado anteriormente, a escolha da base primeiro passa pela escolha da mesma ser produzida através de água ou leite. Para picolés feitos à base de leite, a base pode ser a mesma utilizada na produção de sorvetes (pasteurizada). Para picolés feitos à base de água, a base pode ser feita com uma calda simples ou enriquecida. 3.1.2. Pré Mistura: Feita de forma manual, a pré mistura ocorre antes do despejamento em silos (reservatórios em formatos cilíndricos que tem por função armazenar o conteúdo de maneira a preservar suas propriedade). É de extrema importância que a pré mistura seja realizada de maneira a garantir a total incorporação dos ingredientes. 4 Silo de Armazenamento 3.1.3. Início do Processo Automatizado: Por questões de eficácia e segurança, a maioria dos processos fabris hoje são automatizados, possuindo diversos sensores, atuadores e receptores que quando acoplados em maquinários adequados entregam um aumento de fluxo de produção que a manufatura não poderia entregar. Com a automatização dos processos, pode se reduzir custos, tempo, desperdícios e aumentar a produção sempre com enfoque na detecção de falhas o mais rápido possível. Com isso, abordaremos a seguir a parte automotiva da produção de picolés. 3.1.4. Resfriamento: Após o despejamento no silo, a pré mistura é introduzida ao processo automatizado de fabricação, a mesma é despejada em uma picoleteira e por uma esteira, é levada para o resfriamento num tanque de amônia. A amônia por possuir uma refrigeração eficaz e econômica é a escolha mais bem vista para esse tipo de processo, contudo, não é possível prevenir o vazamento de gases em 100% dos casos, fazendo-se necessária a presença de um sistema de detecção de gases para reduzir o risco de parada de produção e também para garantir a segurança dos operadores. Dentro do tanque, os líquidos refrigerantes são comprimidos e bombeados por tubulações dentro de ambientes selecionados para atingir uma determinada temperatura. 5 Tanque de resfriamento por amônia e seu respectivo desenho. 3.1.5. Empalitamento : Após a saborização e despejamento na picoleteira, o resfriamento da mistura faz com que se forme uma “casca” entre a parte externa e o recheio. Assim que se garantir que essa camada está dura o suficiente para não se despedaçar, é colocado formas com os palitos para que a máquina os coloque no picolé. 3.3.6. Banho Maria: No banho maria, o picolé passa pelo processo de “Banho Maria” que é onde o picolé passa por um método de cozimento sendo mergulhado na substância qual dará o sabor para o picolé. O banho maria é feito através de uma máquina chamada desenformador, que além de realizar o banho maria no picolé também facilita o desmolde do mesmo de suas formas através de choques térmicos. 6 Desenformador 3.1.7. Empacotamento: Após o endurecimento do picolé e o empalitamento, chega a hora de embalar e distribuir, com a ajuda de uma empacotadora, os picolés são colocados em uma esteira, é regulada a frequência de fluxo de embalamento e os produtos são finalizados. No empacotamento, as embalagens são posicionadas de maneira a selar no produto e quando o mesmo passa pelos sensores adequados a máquina recebe o comando de embalar o produto de maneira que não haja vácuo entre o picolé e a embalagem. Empacotadora 7 Após o empacotamento dos produtos, são distribuídos para as inspeções de qualidade que variam de acordo com a empresa fornecedora dos picolés. 3.1.8. Inspeção de Qualidade: Junto com a rigorosa inspeção de higiene nas instalações e máquinas da fábrica para garantir o máximo possível de segurança ao cliente, a inspeção de qualidade é feita por colaboradores e máquinas que possam garantir 100% dos indicadores de qualidades totalmente checados sob o produto. Colaboradores são responsáveis de checar se as embalagens estão de acordo com os seus respectivos sabores, garantir também a qualidade do sabor e textura do produto para que não haja distribuição de produtos com erros. As máquinas conseguem através de sensores detectar possíveis vácuos e defeitos nas embalagens que possam prejudicar a qualidade do produto durante até seu trajeto final. As máquinas também regulam a temperatura das máquinas que agem diretamente com o produto visando preservar a composição química e física do material. 3.1.9. Distribuição: Após a liberação do produto pela qualidade, é realizada a distribuição do produto por toda o Brasil. 8 Os analistas de logística mapeiam as melhores rotas e condições para preservar a qualidade do produto. Embalagens adequadas para cada tipo de produto também são mapeadas pelos colaboradores visando atingir os indicadores de qualidade por total. 3.2. Maquinário 3.2.1. Silo de armazenamento A armazenagem e conservação dos sorvetes foram introduzidos em 1930, quando foi criado o primeiro freezer com superfície raspada contínua, mas com o passar do tempo e com a evolução tecnológica esses processos sofreram transformações, visando uma melhor qualidade dos produtos. Sobre a armazenagem, a temperatura ideal é -20°C, porém por conta do endurecimento do sorvete, ocasionado pelo congelamento contínuo, a temperatura que o produto é retirado do permutador é de -7°C. A função do silo é manter a temperatura para o armazenamento dos picolés. 3.2.2. Esteira A esteira é usada para realizar o trabalho de forma mais rápida e prática, que a longo prazo pode ser mais rentável também por não necessitar de operadores para locomover o produto de uma etapa à outra. Existem dois tipos neste ramo, a pneumática (maior e mais leve) e a elétrica (mais dinâmica e flexível). 9 3.2.3. Picoleteira A picoleteira possui um tanque de álcool (normalmente 95% etílico, usado pelo fato de não congelar em temperaturas bem elevadas) e é este tanque que determina a forma do picolé, além disso, o tamanho dele também define como a máquina consegue trabalhar. Quando a picoleteira é ligada, ela agita e gela o álcool até atingir -25°C. 3.2.4. Tanque de amônia O tanque de amônia é utilizado no processo de refrigeração industrial por possuir um processo de resfriamento mais eficiente. Em pequenas, médias e grandes escalas industriais, onde é necessário resfriamento e congelamento, um refrigerante natural de baixo custo e alta eficiência é mais indicado do que em escala comercial. 10 3.2.5. Paliteira A paliteira é usada para facilitar e acelerar o processo de alinhamento e colocação dos palitos, visando que também reduz o gasto com operários para a realização desta atividade. 3.2.6. Tanque de banho-maria Também conhecido como desenformador, o tanque de banho-maria é indispensável para a fabricação dos picolés, sendo um tanque com água morna onde os moldes são mergulhados por um curto período, o qual também desenforma cada picolé. 11 3.2.7. Seladora A seladora, também chamada de embaladora, é responsável por embalar corretamente cada produto, de forma rápida e eficiente. 3.2.8. Câmara fria A câmara fria fornece a temperatura necessária para armazenar o sorvete, assim o produto pode ser transferido de um local a outro sem sofrer o derretimento. 12 3.3 Sensores e atuadores 3.3.1 Sensores Fotoelétricos Os sensores fotoelétricos consistem em um emissor de luz e de um receptor que convertem manifestações luminosas em sinais ou grandezas elétricas. A associação entre o emissor e o receptor desses sensores origina três diferentes tipos de sensor fotoelétrico: • Sensor Fotoelétrico de Barreira: O receptor e o emissor são instalados um de frente pro outro, de modo que o feixe de luz emitido, quando atravessado, interrompe o recebimento pelo receptor, que detecta o objeto e converte a manifestação em sinais elétricos. Sensor fotoelétrico de barreira • Sensor Fotoelétrico Retro reflexivo: Nessa associação, o receptor e o emissor são um único componente, associados com um espelho prismático que direciona o feixe de luz emitido ao receptor. 13 Sensor fotoelétrico retro reflexivo • Sensor Fotoelétrico Difuso: Sua associação é similar ao retro reflexivo, entretanto, ao invés do uso de um espelho prismático, a reflexão do feixe de luz é realizada pelo objeto que passa pelo feixe de luz, que, quando detectado pelo receptor, converte a manifestação em sinais elétricos. (https://www.mundodaeletrica.com.br/sensor-fotoeletrico-veja-o-que-e-como-funciona-e- tipos) Desenho sensor fotoelétrico difuso 3.3.2 Sensores Capacitivos Esse tipo de sensor tem por função a detecção de objetos sem contato pelo seu caráter de proximidade e a medição linear de pequenos movimentos da ordem de zero até três centímetros com uma resolução que pode chegar a nanométrica. 14 Desenho de um sensor capacitivo 3.3.3 Sensores Indutivos Os sensores Indutivos conseguem em sua forma detectar a presença de objetos metálicos através de um campo eletromagnético que é formado pelo oscilador junto com a bobina na extremidade do dispositivo, quando um material metálico penetra neste campo são induzidas pequenas correntes parasitas. Desenho de um sensor indutivo 3.3.4 Sensores Térmicos Os sensores térmicos são utilizados para detectar variações de temperatura em máquinas ou equipamentos. Na indústria, o sensor térmico mais utilizado é o termopar, que emite sinais elétricos quando uma variação de temperatura é identificada entre os dois metais presentes na extremidade do sensor, gerando uma diferença de potencial elétrico. Os metais presentes na extremidade do termopar são condutores, sendo um negatico e outro positivo, como é o caso do termopar tipo K, constituído por cromel (+) e alumel (-). 15 3.3.5 Células de carga 3.3.6 Atuadores 4. O Processo na Fábrica (automatizado) O primeiro maquinário automatizado no processo de fabricação do picolé é o silo de armazenamento. Feito de aço, o silo de armazenamento possui por função armazenar o líquido em temperatura ideal para preservar sua qualidade, como citado acima, - 20°C. Através de sensores térmicos, geralmente termopares para esse tipo de operação, o silo de armazenamento consegue com a diferença de tensão termoelétrica regular a temperatura dentro do recipiente até que a mesma se estabilize. Além de possuir um fotossensor direto (emissor) para detectar a presença da picoleteira no local exato do despejamento da mistura. Também utilizaremos de um sensor indutivo para realizar a medição do nível de pré mistura dentro do silo. Sensor de temperatura termopar 16 Após a estabilização da temperatura da mistura dentro do silo, é hora da mesma ser despejada na esteira para a continuação do processo. Através de um acionamento mecânico feito por botões externos, uma chave fim de curso recebe o comando para liberar a mistura para a esteira liberando o contato por uma “torneira”. Chave fim de curso Após o fim do processo no silo de armazenamento, a mistura irá para a esteira industrial, maquinário automatizado que possui um fotossensor direto (receptor), chaves de fim de curso, atuadores, polias, um eixo central e a superfície de borracha acoplada em sua estrutura metálica. O primeiro uso da chave fim de curso é logo no início do processo fa esteira onde por meio de um estímulo elétrico, um operador comanda uma parada de linha para o posicionamento das picoleteiras na esteira. Através de um estímulo elétrico, um atuador transforma energia elétrica em energia mecânica resultando em um movimento contínuo da esteira. Os fotossensores são utilizados para detectar a presença da picoleteira no local de despejamento da mistura e junto de uma chave fim de curso garante a parada da esteira. Caso haja algum defeito de posicionamento da picoleteira, ou algum problema de deformação no produto, o fotossensor realiza o mesmo processo de parada de linha através da chave fim de curso. 17 O próximo passo do processo é o resfriamento através do tanque de amônia, nesse maquinário utilizaremos de termopares, células de carga, sensores de proximidades indutivos e manômetro. Ao identificar a massa da pré mistura nos 5 dispositivos de armazenamento, as células de carga enviam um sinal elétrico para as bombas de NH3 iniciarem o processo de resfriamento por amônia. Neste processo também serão utilizados 3 resistores, termopares para medição de temperatura no interior da máquina, manômetro para medir a pressão dos líquidos e gases dentro do tanque de amônia e sensores indutivos de proximidade para medição do nível de mistura dentro dos compartimentos do maquinário. Após o resfriamento, o picolé tem sua estrutura externa mais rígida, que se forma por uma “casquinha” resfriada para o empalitamento ocorrer de maneira efetiva. O ciclo se resume em liberar o líquido refrigerante para os ambientes que contém o material a ser resfriado e condensar o vapor liberado que carrega o calor retirado do ambiente realizando um ciclo repetitivo de resfriamento. 18 O operador manualmente retira o picolé do tanque, empalita o mesmo manualmente e o coloca em uma nova esteira que possui uma célula de carga que ao ser ativada pela massa do picolé a mesma encaminhará o picolé para o banho-maria. O tanque de banho maria contará com, 5 células de carga em seus compartimentos, atuadores elétricos lineares, um termopar, um sensor indutivo de proximidade. Em um tanque de banho maria automatizado, a presença do picolé nos compartimentos acoplados à células de carga fazem com que o processo seja iniciado com os atuadores elétricos lineares realizando o movimento de descida dos compartimentos com os picolés dentro do tanque á uma temperatura “morna”. Após o processo de passagem pelo tanque de banho maria, os picolés são levados à seladora industrial. Essa máquina contará com um sensor capacitivo para detectar a presença do picolé na posição exata para realizar o empacotamento, 2 atuadores cilindro-elétricos (essa é a opção utilizada devida a sua maior rapidez em realizar movimentos repetitivos e por possuir controle de velocidade e posição) e 1 capacitor para armazenamento de energia elétrica. Nesse processo, um operador acompanha a produção que com a esteira conectada a um processo de envase realiza o empacotamento dos produtos. A vantagem do uso da empacotadora industrial é a padronização dos resultados que ajuda em uma possível vistoria de qualidade 19 Após os produtos serem embalados, os mesmos são levados à camara fria. Local onde os picolés são armazenados a uma temperatura que preserve sua forma original até que sejam transportados da fábrica. Nessa máquina, contaremos com um termostato, 3 resistores e 5 atuadores elétricos lineares. O termostato determina a temperatura dentro da câmara para que quando a mesma ultrapasse o nível estabelecido, um sinal é enviado para o condensador para que um novo ciclo de resfriamento seja iniciado. O ciclo de resfriamento se inicia com os atuadores elétricos impulsionando os ventiladores a puxarem o ar para as bobinas do condensador, dentro das bobinas o líquido refrigerador puxa o calor do ar fazendo com que o ar acabe entrando mais frio do que antes na câmara. Enquanto os ventiladores continuam soprando ar na direção do condensador, a temperatura do ar diminui dentro da cabine até que fique abaixo do nível definido pelo termostato. Se o termostato atinge um nível muito baixo (geralmente 0°C), os ventiladores passam a funcionar sem o resfriamento. Consequentemente, as bobinas do condensador são gradualmente aquecidas formatando um ciclo de degelo que continuará até a temperatura se estabilizar novamente. Resumindo o processo: quando o termostato identifica uma temperatura acima do ideal, o condensador é acionado para que se inicie o ciclo de resfriamento. Os ventiladores sugam o ar para o condensador e o líquido refrigerante retira todo o seu calor. Paralelamente, os ventiladores sopram ar sobre o condensador e a temperatura no ambiente é reduzida até atingir o nível ideal para o termostato. UNIDADE EVAPORADORA UNIDADE CONDENSADORA PAINÉIS DE ISOLAMENTO PORTA C L H 3 RESUMO Este trabalho tem como intuito explicar como funciona a automatização dos processos industriais, ela consiste em aplicação de tecnologias de software, hardware e equipamentos específicos em processos produtivos. Esse recurso auxilia as empresas a se tornarem mais eficientes e produtivas, na indústria alimentícia ela proporciona um aumento na produtividade, a qualidade é positivamente impactada, há uma redução de custos ao longo prazo, possibilita o monitoramento remoto, além de ser uma vantagem competitiva no mercado. O presente trabalho descreve a proposta de automatização em uma fábrica de fubá, localizada no polo industrial de Resende no Rio de Janeiro. Portanto, é de suma importância a presença da automatização para a fabricação do fubá, pois ela facilitará o funcionamento do sistema e o controle de qualidade do produto que por sua vez será vantajoso para a empresa economicamente. Palavras-chave: Fabricação. Fubá. Automatização. 4 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO......................................................................................................................5 2 FUNDAMENTAÇÃO............................................................................................................6 2.1 INSTRUMENTAÇÃO........................................................................................................6 2.1.1 Sensores e Atuadores.........................................................................................................6 2.1.1.1 Sensores..........................................................................................................................6 2.1.1.2 Atuadores........................................................................................................................6 2.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO CONTROLADOR LÓGICO....................8 2.2.1Entrada do PLC...................................................................................................................9 2.2.2 Saídas do PLC..................................................................................................................10 2.2.3 Como Utilizar O PLC Nas Indústrias................................................................................10 2.3 A NORMA NR-12 NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL................................................11 3 O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO FUBÁ................................................................12 3.1 MOAGEM OU TRITURAÇÃO DO MILHO................................................................13 3.1.1 A moagem pode ser a seco ou a úmido............................................................................13 3.1.1.1 Moagem a seco..............................................................................................................13 3.1.1.2 Moagem a úmido..........................................................................................................13 3.2 ELEVADOR DE CANECAS...........................................................................................14 3.3 PENEIRAMENTO...........................................................................................................15 3.4 EMPACOTAMENTO DO FUBÁ...................................................................................16 3.5 ESTOCAGEM E DISTRIBUIÇÃO................................................................................17 4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS......................................................................18 4.1 MAPEAR O PROCESSO PRODUTIVO.......................................................................18 4.2 MONTAGEM DA LINHA DE PRODUÇÃO................................................................19 4.3 DIAGRAMA DE COMANDO COM PLC.....................................................................22 4.4 DIAGRAMA DE POTÊNCIA.........................................................................................24 4.5 DIAGRAMA DA LÓGICA DE COMANDO DO PLC.................................................29 5 RESULTADOS E PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO..............................................32 6 CONCLUSÃO......................................................................................................................33 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................................34 5 1 INTRODUÇÃO O presente trabalho tem por objetivo construir um sistema que simulará o aperfeiçoamento do processo de produção do fubá, por meio de um modelo econômico que determinará o melhor cenário para obter um maior lucro, além disso, um melhor monitoramento através da utilização dos sensores. Um sistema automatizado é importante pois pode trazer um rápido retorno para empresa, colaborando para redução de custos, visto que a maioria dos sistemas automatizados são concebidos para economizar energia elétrica quando não estão sendo utilizados. O processo de automatização é fundamental por também apresentar melhorias na qualidade e que por sua vez evita falhas de trabalhos manuais. A finalidade desse projeto é desenvolver uma ferramenta adaptável e capaz de simular melhorias nos aspectos econômico, tecnológico e qualitativo no processo de produção do fubá de uma empresa considerada rural localizada no polo industrial em Resende. Além disso, serve como referência para demais processos produtivos com baixa sofisticação e que necessitam de soluções de pouco custo para resolver determinados problemas. 6 2 FUNDAMENTAÇÃO Primeiramente foi realizada a pesquisa, por meio de artigos e publicações, para que o trabalho seja desenvolvido e embasado teoricamente. Também foi feito o levantamento do cenário atual e a coleta dos dados de demanda e produção, e além disso, o método de como é a produção utilizada pela empresa, para que fosse o ponto de partida dos estudos acerca da produtividade dos setores, para a comparação do resultado do trabalho final. 2.1 INSTRUMENTAÇÃO A instrumentação apresenta várias vantagens e desvantagens em relação à utilização de mão- de-obra humana. A grande quantidade de sensores e de elementos finais de controle, que existe em um processo industrial típico, deve ser operada e coordenada de forma contínua. Para isso seriam necessárias várias pessoas para o controle da planta manualmente. As principais vantagens em utilizar a instrumentação em um processo são as seguintes: • Precisão na leitura das variáveis; • Alto rendimento e duração dos equipamentos; • Os instrumentos trabalham em uma carga horária bem superior à humana além de não reivindicarem direitos. E as principais desvantagens em utilizar a instrumentação são: • Os instrumentos precisam ser periodicamente calibrados; • Requerem manutenção preventiva e corretiva; • Sempre apresentam erro de medição e só operam adequadamente nas condições previstas pelo fabricante. 2.1.1 Sensores e atuadores Em um sistema de automação é encontrado elementos sensores e atuadores que operam em conjunto com Interface Homem Máquina, através de sistemas de supervisão para facilitar a comunicação entre o operador e o sistema. A comunicação entre esses elementos é essencial para o alcance do objetivo final do processo. 7 2.1.1.1 Sensores O sensor é aplicado para a detecção em si enquanto que o transdutor aplica-se para o elemento de detecção associado a qualquer circuito. A Figura 1 mostra um processo de detecção, em termos de conversão de energia. A forma do sinal de saída, será muitas vezes de forma análoga ao sinal de entrada, embora algumas vezes pode ser uma forma de onda cuja frequência seja proporcional a entrada ou um trem de pulsos que contém a informação. A Figura 1 é um sensor de temperatura sendo convertido o sinal por um transdutor sendo que este transdutor converte o sinal do sensor em uma saída que varia de 4 a 20mA. Figura 1 : Fluxo de informação das grandezas medidas eletronicamente. Fonte: Elaborado pelo autor. Figura 1: Fluxo de informação das grandezas medidas eletronicamente. O processo de conversão quantifica a variável de forma que ela passa ser interpretada em valor numérico. Os sensores são classificados nas seguintes categorias: • Sensores Mecânicos: posição, deslocamento, velocidade, aceleração, força e torque; • Sensores Elétricos: tensão elétrica, corrente, carga, resistência, condutividade e capacitância. Alguns dispositivos de medição são importantes para implementação em um processo, os dispositivos que deverão ser usados na automação do processo são: • Amperímetro: dispositivo analógico que mede a corrente elétrica; • Interruptor bimetálico: interruptor binário que utiliza lâmina bimetálica para abrir e fechar um contato elétrico como resultado da alteração de temperatura. A lâmina bimetálica e formada por duas tiras de metal com os coeficientes de expansão diferente; • Interruptor de fim de curso: Sensor binário de contato no qual o braço da alavanca ou o botão de pressão fecha ou abre um contato elétrico; 8 • Sensor ultrassônico: lapso de tempo a partir do qual se mede a emissão e a reflexão a partir de um objeto de pulso de som de alta frequência. Esse sensor pode ser usado para medir a distância ou indicar a presença de um objeto. 2.1.1.2 Atuadores Um atuador é um dispositivo destinado a executar uma ação que podem ser, ligar um motor, movimentação de uma esteira, abertura/fechamento de uma válvula e dosagem de material. E podem ser classificados de três formas: elétrico, hidráulico e pneumático. A Figura 5 mostra dois exemplos de atuadores, esta ação é o resultado do controle de um processo de produção, normalmente feito por um PLC. E se tratando de atuadores analógicos é preciso dos conversores analógicos digitais ou digitais analógicos, o conversor analógico digital ocorre em três fases: • Amostragem: consiste na conversão do sinal continuo em serie de sinais analógicos discreto em intervalos periódicos quantização e codificação; • Quantização: cada sinal analógico e atribuído a um dos números finitos dos níveis de amplitude predefinidos; • Codificação: os níveis de amplitudes obtidos na quantização são convertidos em códigos digital, representando os níveis de amplitude por meio de uma sequência de dígitos binários. No conversor digital analógico o processo transforma a saída digital em um sinal contínuo que aciona um atuador ou outros dispositivos analógicos, essa conversão é composta pelas seguintes etapas: • Decodificação: onde a saída digital é convertida em uma série de valores em um momento de tempo discreto; • Exploração de dados: na qual cada valor sucessivo é transformado em um sinal contínuo normalmente é usado tensão elétrica para acionar o atuador analógico durante o intervalo de amostragem. 2.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL O PLC O controlador lógico programável opera basicamente da seguinte forma: a Central Processing Unit - CPU, que possui uma rotina interna, “lê” o estado dos módulos de entrada, armazena o seu conteúdo numa tabela de dados de entrada e executa o programa do usuário armazenado em sua memória, atualizando a tabela de dados de saída. A seguir, a CPU atualiza os módulos de saída em função de sua tabela de dados. A Figura 2 apresenta o PLCs da WEG. As combinações de entradas/saídas, são referenciadas a uma lógica de controle (Programa do Usuário), que é carregado na memória. 9 2.2.1 Entrada do PLC Figura 2 : Entrada do Controlador Lógico programável. Fonte: Franchi,2008. A ligação dos captadores que estão associados permite transformar o sinal elétrico em sinal lógico 0 ou 1: • Comutadores e botões; • Sensores; • Sensores fotoelétricos; • Sensores de proximidade; • Pressostatos; • Detectores de nível; • Sondas de temperatura; • Vacuostatos; • Encoders (codificadores incrementais ou absolutos). 2.2.2 SAÍDAS DO PLC As saídas são as interfaces através das quais o PLC pode alimentar uma carga. Assim como as entradas, as saídas também podem ser do tipo digitais ou do tipo analógicas. As saídas, assim como as entradas, podem ser externas ou internas. As saídas externas são aquelas por onde se comanda um motor, por exemplo. Isto é, o PLC irá enviar um sinal elétrico para um componente externo a ele, enquanto que uma saída interna pode ser por exemplo a bobina de um temporizador interno. 10 Permite agir sobre os pré-acionadores que são associados, são eles: • Válvulas; • Motores; • Atuadores; • Relés de controle; • Alarmes; • Lâmpadas; • Contadores; • Bombas. Figura 3: saídas do PLC. Fonte: Sala da Elétrica, 2019 2.2.3 Como Utilizar O PLC Nas Indústrias: Os controladores são aplicados em indústrias automotivas, alimentícias, de energia etc. Basicamente, onde tiver máquinas funcionando, existem aplicação para eles. Confira alguns exemplos: • controle de variáveis de processos como vazão, pressão, temperatura e nível; • sistemas de transporte • controle de processos químicos; • dosagem de produtos para o processo de embalagem; • dosagem de matérias-primas durante a fabricação; • controle de máquinas em geral; • posicionamento de materiais e controle de estoque; • controle de temperatura em fornos. Algumas características definem uma boa aplicação PLC, tais como: • conformidade com a norma IEC61131; • possibilidade de instalação em um trilho DIN; 11 • ser modular para permitir expansão; • ter tecnologias de comunicação que são capazes de se integrar com as principais redes do mercado; • ter software de fácil programação, intuitivo e preferencialmente gratuito; • suporte e treinamentos por parte do fabricante; • comunicação com supervisório e IHM (interação homem-máquina). 2.3 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL E NR-12 A regulamentação indica o que deve ser feito em máquinas e equipamentos para preservar a segurança do trabalhador e evitar o risco de acidentes no trabalho. E ainda: os cuidados com os dispositivos de automação agregados e a importância da capacitação para evitar atos falhos nas atividades produtivas. A NR-12, define referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores. Também estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e de doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas. Existem vários tipos de equipamentos e componentes que podem ser usados na aplicação da NR-12, a exemplo do botão de emergência, que permite parar instantaneamente a atividade da máquina, ou até mesmo um sensor de segurança, que capta os movimentos nela realizados e informa ao operador a ação correta e segura a ser assumida. Há ainda vários outros equipamentos que contribuem para a segurança operacional, como relés e CLPs, que servem para monitorar os componentes de detecção (botões, sensores, chaves de intertravamento, cortinas de luz), além de unidades de atuação, como contatores e inversores de frequência. Segundo os especialistas da área de segurança em máquinas e equipamentos, de forma geral, as empresas estão atentas e aderindo a esses recursos de automação, pois a tendência é de que quanto mais tecnologia aplicada, maior será a eficiência e mais benefícios econômicos e financeiros serão obtidos. No entanto, Martins faz uma ressalva ao dizer que a adequação da automação às máquinas ou ao processo produtivo deve ser analisada com cuidado, pois nem sempre é vantagem investir em máquinas antigas, imputando a elas sistemas de automação com tecnologia atual. “A melhor opção é adquirir uma máquina nova que tenha sido fabricada com os recursos disponíveis e aplicáveis de automação. Quanto mais atual a concepção da máquina, atendendo ao estado da técnica e às boas práticas da engenharia, mais segura ela será, tornando mais prática e eficiente a aplicação dos sistemas de segurança de acordo com a NR-12”, conclui. 12 Figura 4: Operando a máquina. Fonte: Portal potência, 2018. 3. O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO FUBÁ Uma fábrica desse condimento precisa primeiramente de um ambiente amplo em que possa colocar todos os equipamentos para a fabricação, para o trânsito de funcionários, local de embalagem, expedição e outras dependências que forem necessárias. O processo de fabricação ocorre da seguinte forma: a matéria-prima deve estar seco, porém, com a maciez adequada. Esse milho adquirido com o intuito de transformar em farinha deverá passar por um processo de pré-limpeza, isso deverá ser feito para retirar impurezas que possam vir com o material da lavoura. Após a limpeza o milho é encaminhado ao moinho, que é a máquina de moagem, para que então possa ser peneirado. Figura 5: Procedimento da fabricação. Fonte: Portal é notícias, 2018. 13 3.1 MOAGEM OU TRITURAÇÃO DO MILHO A moagem ou trituração do milho é o processo onde o grão é triturado a fim de separar suas partes para obtenção de suas diversas granulometrias. 3.1.1 A moagem pode ser a seco ou a úmido. 3.1.1.1 Moagem a seco No processo a seco, o milho, após limpeza e secagem é germinado e separado em endosperma e gérmen, onde o primeiro é moído e classificado para a obtenção de produtos finais, e o segundo passa por um processo de extração para produção de óleo e farelo. Este procedimento de moagem do milho não se utiliza água. O grão seco limpo passa por uma série de moinhos e peneiras, gerando os diversos produtos com base no seu tamanho 3.1.1.2 Moagem a úmido O milho, após limpeza e secagem, é macerado, separado em germe, fibras e endosperma, que é separado em amido e glúten. O amido ainda é convertido em xaropes e modificado em dextrinas e amidos especiais. O glúten é seco e recebe a incorporação das fibras e do farelo após extração do óleo para composição de produtos para ração animal. Este é o procedimento de moagem do milho, no qual se utiliza água para auxiliar na separação de suas partes (película, gérmen, proteína e amido). É um processo bastante distinto e mais complicado que a moagem a seco, gerando derivados diferentes dos obtidos na moagem a seco. Figura 6: Moinho de milho. Fonte: mfrural, 2021 3.2 ELEVADOR DE CANECAS O elevador é utilizado para transportar o milho depois da limpeza para o silo dos moinhos. O elevador é composto por uma correia onde as canecas são parafusadas, em sua parte inferior 14 tem uma moega onde é colocado o milho e na parte superior uma saída direcionada para o silo dos moinhos. A imagem abaixo mostra as partes do elevador: Figura 7: Elevador de canecas. Fonte: researchgate, 2018. 3.3 PENEIRAMENTO O peneiramento do fubá é feito em uma peneira vibratória, a característica da peneira é a excitação direta por vibradores atuados eletromagneticamente. Um grande número de contatos é uniformemente distribuído sobre a tela com resultado que a superfície inteira da tela é vibrada com amplitude virtualmente uniforme. As telas são inclinadas para obtenção do movimento de transporte necessário. O ângulo de inclinação da peneira é estritamente relacionado com o ângulo de repouso do produto peneirado. Com a peneira convenientemente inclinada e a velocidade alta de vibração, o produto instantaneamente é desprendido de modo que cada partícula se mova livremente. Conforme demonstrado na figura 8. 15 Figura 8: Máquina de peneiramento. Fonte: máquina industrial, 2021. O que passa na tela vai para o silo onde só fica fubá peneirado e está pronto para ser embalado, o que sobra na parte superior da tela vai para o silo de rejeito, e é usado como ração no trato de animais. 3.4 EMPACOTAMENTO DO FUBÁ O fubá é retirado do silo da peneira vai direto para a empacotadora de fubá, ela vem com um dosador acoplado que será o responsável por calcular automaticamente a dosagem correta do produto que será empacotado. Em alguns equipamentos esse tipo de serviço é feito por rosca sem final, que é movimentada por um servo motor, que permite uma suspensão imediata, esse, inclusive, é comedido por CLP (controlador lógico programável) e o peso é estabelecido no conjunto dos métodos citados. Alguns benefícios proporcionados por uma empacotadora de fubá de forma automatizada são: • Durabilidade e resistência – Possui uma robustez e com uma grande versatilidade, a estrutura de uma empacotadora de farinha é fabricada, geralmente, em aço inoxidável para esse tipo de aplicação para não existir contaminantes químicos no produto processado; • Alta performance – com esse equipamento, a empresa que necessita empacotar produtos em pó, irá poder contar com um maquinário que proporciona alta produtividade e elevada precisão no que diz respeito ao peso do produto; • Praticidade – a eficiência da empacotadora do fubá está relacionada também, a sua facilidade de manuseio, que não exige profissionais altamente qualificados para manuseá-la. 16 Após o fubá ser embalado em pacotes de um quilograma são aglomerados em fardos, a Figura 9 representa a empacotadora automatizada. Figura 9: Empacotadora automatizada. Fonte: Cetro, 2020. 3.5 ESTOCAGEM E DISTRIBUIÇÃO Nesta etapa os fardos são estocados em um compartimento para serem transportados e distribuídos para empresas comerciais. 17 Figura 10: Estoque do produto. Fonte: rtcbrasil, 2017. 4 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Para obter um nível elevado de eficiência dentro da área produtiva é necessário, diminuir os desperdícios e gerar a máxima transformação em produtos finais. As atividades de produção são redes de processos e de operações, ou seja, pode-se definir que é o caminho pelo qual se transformam os produtos. Para um melhor entendimento, é feito uma diferenciação entre processos e operações: • Processos (eixo Y): A cadeia de eventos durante os quais a matéria-prima é transformada em produtos; • Operações (eixo X): A cadeia de eventos durante os quais trabalhadores e máquinas trabalham. 4.1 MAPEAR O PROCESSO PRODUTIVO Para fazer o mapeamento do processo é necessário seguir o fluxo de produção, os fluxogramas são formas de representar, por meio de símbolos gráficos, a sequência dos passos de um trabalho para facilitar sua análise (Peinado,2007). Em 1947 a ASME introduziu, como padrão símbolos (Figura 11). Este conjunto de símbolos é uma modificação abreviada dos símbolos de Gilbreth, onde a flecha substitui o círculo menor, e um novo símbolo foi adicionado para representar uma espera (Barnes,1977). 18 Figura 11: Símbolos das operações. Fonte: Manual Lean Manufacturing. Fonte: Produttare, 2008. 4.2 MONTAGEM DA LINHA DE PRODUÇÃO Todo o processo inicia através de um clique no botão “J” deixando todo o circuito no modo standby e aciona os moinhos em sequência, em um espaço de 20 segundos um do outro. A botoeira “M” desliga os 3 moinhos de cada grupo no total de 9 moinhos dependendo da demanda do processo, e todo o circuito do processo continuarão a funcionar apenas até o fim do seu ciclo, não podendo ser inicializados novamente, só apenas com a ativação do botão “J”. O botão de emergência “A” desliga todo o circuito, pois seu comando é normalmente fechados e está em serie com todo o circuito. Por exemplo, não tendo nenhum operário na etapa de empacotamento do fubá, assim que o silo de fubá peneirado estiver completamente cheio a peneira será desligada. O processo continua até o silo de fubá encher, sendo desligados os moinhos e também quando o silo de milho estiver em seu limite, o elevador é desarmado. Completando assim o ciclo. Os sensores “B”, “D” e “F” vão ser instalados nos silos de milho, na parte inferior. De forma que quando não houver volume de milho na presença de um deles, o elevador de caneca vai ser acionado para alimentar os silos dos moinhos. Esse acionamento ocorre devido o sensor ser encontrado na posição normal aberto quando o milho estiver na sua presença, e quando o milho sai de sua presença, estes sensores se tornam normal fechado. Quando isso ocorre, o elevador só é desligado quando o milho chega na presença do sensor “L” (normalmente fechado) e só vai se tornar normal aberto quando o milho chegar até ele, quebrando o selo que tem na programação do PLC. O milho entra na parte inferior do elevador e sobe através de uma correia com canecas presa a ela. Na parte superior será encaixado um cano que terá uma derivação para que o milho possa escoar através da gravidade para os três moinhos. Através da figura 16 pode se entender melhor o escoamento do milho até os silos. o sensor que desliga o elevador fica em um ponto estratégico onde o milho só chega após o milho encher tubulação chegando até ele. 19 Com o processo em andamento, a redução do volume de milho faz com que este distanciasse da presença dos sensores que estão localizados em cada silo, ligando o contato do elevador para poder abastecer o silo novamente. No momento em que a quantidade ideal de milho for restabelecida, o volume desta matéria-prima aciona o sensor “L”, que é inicialmente normalmente fechado e está localizado em um ponto central elevado do silo, abre o contato e manda o comando para o PLC, fazendo desarmar o motor do elevador. Já os sensores “C”, “E” e “G” têm a função de desligar os moinhos, sendo cada um responsável por um moinho. Eles são fixados na parte superior do silo de fubá, e desliga o moinho quando o fubá chega na sua presença. Estes três sensores são normalmente fechados e passam a ser normalmente aberto quando o fubá chega até sua presença, derrubando o selo do motor. Quando isso ocorre, o moinho também somente voltará a funcionar quando é reativado através da botoeira” J”. O sensor “N” liga a peneira quando o fubá encontrar-se sobre a tela, saindo da posição normal aberto e passando para normal fechado. Este sensor está localizado próximo a tela para captar facilmente a chegada do fubá, que é obtido por gravidade através de tubos de PVC. O sensor “H” fica no silo de fubá peneirado e desliga a peneira quando o silo atinge seu volume máximo. “I”, “O”, “P”, “Q” e “R” são relés de sobrecargas que estão instalados cada um dos motores, desarmando em caso de superaquecimento, evitando assim danos e queima de motores. Todo o circuito pode ser resumido conforme as Tabelas 1, 2 e a Figura 12,para melhor entendimento. Além disso, há sensores de temperatura para monitoramento térmico do moedor, pois poderá ter sobreaquecimento do processo de moagem e o moedor tem o seu próprio sistema de resfriamento. Logo é necessário ter para cada moedor um monitoramento de temperatura do sistema. O PLC fará a função de controle e externa parâmetros para uma sala de controle, a fim de monitorar a condição de cada equipamento. 20 Tabela 1: Funções de entradas do PLC. Entradas A Botoeira de emergência B Sensor 1 silo de milho 1 liga motor 5 C Sensor silo de fubá desliga motor 1 de cada grupo silo cheio D Sensor silo de milho liga motor 5 E Sensor silo de fubá desliga motor 2 de cada grupo silo cheio F Sensor silo de milho liga motor 5 G Sensor silo de fubá desliga motor 3 de cada grupo silo cheio H Sensor silo de fubá desliga motor 5 silo cheio I Relé de sobrecarga térmico do motor da peneira J Botoeira liga motor em sequência L Sensor silo de milho desliga motor 5 M Botoeira desliga motores do grupos de moinhos 1, 2 e 3 N Sensor liga motor 4 peneiras de fubá O Relé de sobrecarga térmico 1 do motor 1 grupo 1 P Relé de sobrecarga térmico 2 do motor 2 grupo 2 Q Relé de sobrecarga térmico 3 do motor 3 grupo 3 R Relé de sobrecarga térmico 5 do motor 5 elevador Z Sensor de temperatura do moedor de cada grupo Fonte: Elaborado pelo autor. Tabela 2: Funções de saída do PLC. Saída 1 Moinho 1 motor 1 – motor elétrico 2 Moinho 2 motor 2 - motor elétrico 3 Moinho 3 motor 3 - motor elétrico 4 Peneira motor 4 – motor de vibração 5 Elevador de canecas motor 5 – motor redutor 6 Empacotador - Atuador de empacotamento Fonte: Elaborado pelo autor. 21 Figura 12: Fluxograma da linha de produção com sensores. Fonte: Elaborado pelo autor. Atualmente na empresa, um operador é responsável por todas as tarefas de supervisão da linha de produção, como colocar o milho no moinho direto do saco, onde poderia ocorrer o entupimento do funil caso o operador coloque uma quantidade maior que a capacidade. Com a máquina de moagem em execução, este mesmo operador vai até o silo peneirar o milho que já foi moído e selecionando para empacotar. E mais 3 operadores ficam destinados apenas à tarefa de empacotar, totalizando 4 operadores para todo o processo. Elaborando assim um plano de melhoria contínua, de modo que constantemente alterações sejam desenvolvidas, no intuito de reduzir custos de produção e aumentar a qualidade do produto, para que dessa forma, a empresa possa oferecer ao mercado, um produto de qualidade e preço competitivo de mercado e tornando o processo mais automatizado com menos interferência humana possível. 4.3 DIAGRAMA DE COMANDO COM PLC Equipamento responsável por recolher dados e realizar toda a lógica de controle de acordo com os requisitos do projeto. Ele é constituído de hardware e software. O diagrama de comando é a representação simplificada, geralmente unipolar das ligações. É a ligação de todos os seus componentes e condutores. Também é o comando da partida direta, além de representar a lógica de contatos que será responsável por acionar os componentes. Os componentes por sua vez, serão responsáveis por comandar as cargas presentes no diagrama de potência (neste caso o motor elétrico trifásico). Os componentes presentes são: 22 • Relé térmico: o contato normalmente fechado protege o circuito de comando caso houver acionamento do relé térmico; • Botão de emergência: possui contato normalmente fechado, com botão com trava. Tem como objetivo interromper o circuito em caso de emergência, visa a parada emergencial do motor. Esses tipos de botões geralmente são do tipo cogumelo; • Botão Ligar com selo: o contato é normalmente aberto, com botão pulsante. Tem o objetivo de alimentar a bobina do contator, mas necessita de contato de selo (contato aberto do contator) para manter o circuito acionado até que o botão de desligar seja acionado; • Botão desliga: o contato normalmente fechado, com botão pulsante. Tem como objetivo desenergizar a bobina do contator desligando o circuito; • Bobina do contator: parte do contator que após energizada realiza o acionamento dos contatos aberto e fechado do mesmo possibilitando acionar cargas (contatos de potência) e comandar as lógicas de comandos (contatos auxiliares). Figura 13: Descrição de comando de circuitos elétricos. Fonte: Ocaenergia, 2020. 23 A figura 14 representa o diagrama elétrico do PLC para o acionamento de um dos grupos de processos da fabricação do fubá. Figura 14: Diagrama multifilar do circuito de comando do PLC. Fonte: Elaborado pelo autor. 4.4 DIAGRAMA DE POTÊNCIA Como podemos observar, no diagrama de potência temos um motor sendo acionado através do contator. Neste tipo de diagrama, temos os seguintes componentes: • Alimentação: a rede de alimentação será responsável por disponibilizar, neste caso, uma alimentação trifásica, ou seja, 3 fases com aterramento, para atender a necessidade do motor elétrico utilizado; • Fusíveis: para a proteção do circuito, como os cabos, componentes curto-circuito, usamos o tipo de fusível retardado; 24 • Contator: componente que tem a responsabilidade de fornecer ao motor as três fases dos sistemas de alimentação. Sua robustez varia em função da corrente do motor; • Relé térmico: dispositivo que se encarrega de realizar a proteção do motor elétrico trifásico em função de corrente de sobrecarga; • Motor elétrico trifásico: máquina elétrica responsável por transformar energia elétrica em mecânica. Neste caso, trifásica e depende, basicamente do acionamento do contator C1, C2, C3, C4 e C5 para entrar em funcionamento. Figura 15: Diagrama de partida direta. Fonte: Elaborado pelo autor. 4.5 DIAGRAMA DA LÓGICA DE COMANDO DO PLC Para o acionamento de um dos grupos de comando da moagem do fubá foi realizada uma lógica de programação para o PLC, conforme as imagens a seguir: 25 Figura 16: Diagrama da lógica de programação para o acionamento dos motores. Fonte: Elaborado pelo autor 26 Figura 17: Diagrama da lógica de programação para o acionamento dos motores. Fonte: Elaborado pelo autor 27 Figura 18: Diagrama da lógica de programação para o acionamento da peneira. Fonte: Elaborado pelo autor 28 Figura 19: Diagrama da lógica de programação para o acionamento do elevador de canecas. Fonte: Elaborado pelo autor 29 5 RESULTADOS E PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO Pensando em um estudo de caso hipotético que o tempo de produção do fubá pela empresa se dá de acordo com a Tabela 3 abaixo: Tabela 3: Monitoramento da produção do fubá. Fonte: Elaborado pelo autor Nesse caso hipotético o lote com produção de 350 quilos de milho, é gasto um total de 75 minutos para a limpeza do milho antes de entrar no processo, o elevador de canecas demora cerca aproximadamente 15 minutos para chegar ao silo do moinho, 10 horas e 30 minutos (690 minutos) que é necessário para toda a moagem ser concluída e finalizando o processo em torno de 30 minutos de empacotamento. 30 Com a implementação das melhorias propostas pode-se obter novos tempos Segue a Tabela 4. Tabela 4: Tempo da produção após a automatização. Fonte: Elaborado pelo autor Com a nova implementação do processo automatizado a capacidade de limpeza dos milhos pode aumentar em 50 kg, e reduzindo o tempo gasto para ser necessário para limpar o novo lote de produção com 400 kg de milho, pelo fato de que toda a separação dos milhos deixará de ocorrer de forma manual. O elevador de canecas também andaria mais rápido com a nova linha de produção, demorando apenas 3 minutos para levar o milho até o moinho. Porém, a capacidade de carga do elevador de canecas e do moinho permanece inalterada, com 350 kg de capacidade máxima. E uma outra grande vantagem é a diminuição do tempo para empacotar o fubá, pois sem o auxílio de operadores, foi estipulado um tempo de 20 minutos para empacotar os 400kg iniciais. Dessa forma, a produção diária pode aumentar de 1.035 kg para 1.085 kg de fubá, sendo um resultado importantíssimo para a empresa. Para implementar as automatizações descritas na empresa em estudo, foi levantado também a quantidade de itens necessários para ser implementada esta proposta. Além dos materiais citados na Tabela 5 acima, é sugerido para investimento futuros para a expansão da fábrica, a fim de diminuir ainda mais o tempo de produção por dia de trabalho. 31 Tabela 5: Materiais para automatização do projeto Material Quantidade Botoeira 2 2 Botoeira e emergência 1 Contatores 15 Disjuntores 13 Fusíveis 9 PLC 3 Quadro de distribuição 1 Relés de sobrecarga 11 Fonte: Elaborado pelo autor. Tabela 6: Sensores para automatização do projeto. Sensores Quantidade Sensor de presença fotoelétrico 54 Sensor fim de curso 1 Sensor de temperatura 9 célula de carga 1 Fonte: Elaborado pelo autor. Tabela 7: Atuadores para automatização do projeto. Atuadores Quantidade Motor elétrico 9 Motor redutor 1 Motor de vibração 3 Atuador de empacotamento 3 Fonte: Elaborado pelo autor. 32 6 CONCLUSÃO Portanto, como resultado das automatizações, um dos benefícios é a redução do tempo gasto para produzir a mesma quantidade de fubá, aumentando a quantidade de produção do dia. Todo processo é iniciado após o acionamento da botoeira ligar, não é necessário fazer essa ligação outra vez, sendo que o sistema opera de forma automática a partir deste ponto. Então, conclui-se com esse estudo que a automatização dos processos agrega qualidade ao produto final, reduzindo seu custo e tempo de produção, aumentando a lucratividade e competitividade. E a partir deste trabalho, pode-se basear outros estudos para aperfeiçoamento constante dos processos, na aplicação de novas ferramentas de controle e otimização, refinando detalhes, com o intuito de sempre aumentar a produtividade e a satisfação do cliente. Então, a automação de processos alia a tecnologia da informação e gerenciamento de negócios, com a finalidade de otimizar os resultados da empresa e contribuir para ela alcance seus objetivos globais. 33 7 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1- FÁBIO HOINASKI. AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS. 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