Esteira

1 INTRODUÇÃO

A história da automação industrial começou com a criação das linhas de montagens automobilísticas com Henry Ford, na década de 20. Daí para cá o avanço tecnológico nas mais diversas áreas da automação industrial tem sido cada vez maior, proporcionando um aumento na qualidade e volume de produção, assim como redução de custos.1

Conforme Alessandro e Luiz , a automação de processos de produção tem sido assunto de pesquisas desde da década de 20. Apesar disso, não existe uma automação padrão para todas as empresas e por esse motivo, a necessidade de um estudo detalhado para cada atividade. As necessidades podem variar das mais simples as mais complexas, para tanto, pesquisadores desenvolvem novas metodologias e tecnologias. Com o objetivo de reduzir custos e diminuir tempo de processo, uma esteira transportadora foi adotada. Desse modo, podem-se estudar os mais variados tipos de tecnologias para se atingir o objetivo em questão.

Esteira Transportadora de Peças

Figura 1 Fonte: O grupo

1 SOUZA, Alessandro e Oliveira, Luiz. Cadware Indústria. São Paulo, 2006, volume 03, edição 03.

Em uma linha de produção, onde um de seus requisitos de seleção é a dimensão2 da peça, a falta de automação gera um tempo maior de processo e conseqüentemente um maior custo. Sensores e sistemas eletro pneumáticos foram estudados e um circuito eletrônico para gerenciar todo o sistema.

A maior parte dos trabalhos disponíveis na literatura dedicados a automação industrial estudam automações de uma maneira global. De fato, não se dedicam apenas a seleção de peças, mas da automação dos processos de fabricação como um todo.

1.1 OBJETIVO

O objetivo principal desse trabalho é estudar uma forma de diminuir o tempo ciclo de uma linha de produção industrial, cujo produto final são peças com diferentes tamanhos e formas.

A estratégia desse trabalho foi analisar exclusivamente uma parte do processo que diz respeito à seleção das peças segundo a sua altura. Do ponto de vista geral, essa é uma enorme vantagem, pois muitas das empresas atuais utilizam sistemas de comparação manual, com peças padrão ou mesmo dispositivos passa/não passa. Com base nesses dados, foi possível realizar uma análise técnica para a automação desta parte do processo. O ganho é enorme se levar em conta o investimento aplicado, a confiabilidade do processo, a não utilização de recurso humano, que pode ser utilizada em outras áreas e a diminuição do tempo ciclo da linha de produção.

A análise exclusiva desta parte do processo oferece pelo menos uma desvantagem: Deve se adequar o final do processo anterior para estar compatível com os novos dispositivos.

2Dimensão - Máxima de 120mm x 80mm x 120mm

Altura mínima de 40mm

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Os conceitos apresentados nesta seção serão utilizados por todo o trabalho. A fim de uniformizar as definições, é apresentada uma descrição de circuitos lógicos e eletrônica digital.

2.1 Conceitos de Lógica Digital

Todas as complexas operações de um circuito digital acabam sendo combinações de simples operações aritméticas e lógicas básicas: somar bits, complementar bits (para fazer subtrações), comparar bits, mover bits. Estas operações são fisicamente realizadas por circuitos eletrônicos, chamados circuitos lógicos (ou Gates - "portas" lógicas).

Sistemas digitais (binários) são construídos com circuitos eletrônicos digitais - as portas lógicas (circuitos lógicos).

Os sistemas lógicos são estudados pela álgebra de chaveamento, um ramo da álgebra moderna ou Álgebra de Boole3 que construiu sua lógica a partir de símbolos, representando as expressões por letras e ligando-as através de conectivos – símbolos algébricos.

A álgebra de Boole trabalha com apenas duas grandezas: falso ou verdadeiro.As duas grandezas são representadas por 0 (falso) e 1 (verdadeiro).

Figura 2

______________________________________________________________________________________________

3Álgebra de Boole - são estruturas algébricas que "capturam a essência" das operações lógicas E, OU e NÃO, bem como das operações da teoria de conjuntos soma, produto e complemento. Ela também é o fundamento da matemática computacional, baseada em números binários

2.1.1 OPERADORES LÓGICOS:

Os conectivos ou OPERADORES LÓGICOS ou FUNÇÕES LÓGICAS são:

E (ou AND) – uma sentença é verdadeira SE – e somente se – todos os termos forem verdadeiros.

E •. (um ponto, como se fosse uma multiplicação).

Figura 3 Tabela 1

OU (ou OR) – uma sentença resulta verdadeira se QUALQUER UM dos termos for verdadeiro.

OU  + (o sinal de soma).

Figura 4 Tabela 2

NÃO (ou NOT) – este operador INVERTE um termo.

NOT  (uma barra horizontal sobre o termo a ser invertido ou negado).

Figura 5 Tabela 3

2.2 Conceitos de Eletro Pneumático

Tendo como base a energia elétrica e a energia pneumática, a Automação Eletro pneumática é uma área muito importante na indústria, no ramo automotivo e nos

Equipamentos hospitalares, onde entre outros, pode-se ver a presença dos dispositivos eletros pneumáticos.

2.2.1 Válvulas direcionais Pneumáticas: São elementos que influenciam no trajeto do fluxo de ar, principalmente nas partidas, nas paradas e na direção do fluxo de ar.

Figura 6

2.2.2 Cilindro de trabalho: A função de um cilindro de trabalho é a de converter a energia pneumática em movimento.

Figura 7

2.3 Conceitos de Sensores

2.3.1 Definição

Sensor: Dispositivo sensível a alguma forma de energia do ambiente, por exemplo, Luz, Calor, Movimento, Presença, etc.

Transdutor: Dispositivo completo, que contém o sensor, usado para transformar uma grandeza qualquer em outra que pode ser utilizada nos dispositivos de controle.

Sensores Analógicos: São sensores que podem assumir qualquer valor no seu sinal de saída ao longo do tempo, desde que esteja dentro de sua faixa de operação.

Sensores Digitais: Este tipo pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo do tempo, que podem ser interpretados como zero ou um.

Conversores A/D e D/A: É possível converter um sinal analógico em digital e um sinal digital em analógico através dos conversores analógico-digital e digital-analógico.

2.3.2 Características:

Sensibilidade Sensora: é a relação entre o sinal de saída e de entrada para um dado sensor ou transdutor. Ela indica qual deve ser a menor variação de intensidade da grandeza medida que o sensor pode detectar, ou seja, a menor variação da grandeza medida que cause uma alteração sensível do sinal de saída.

Linearidade: é obtida através da comparação dos valores da curva do transdutor em teste com os valores de um padrão. Se o comportamento do transdutor ou sensor for ideal, o gráfico obtido é representado por uma reta.

Exatidão: consiste no erro da medida realizada por um transdutor em relação a um medidor padrão, ou seja, exatidão é a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas de um valor verdadeiro.

Precisão: é a característica ligada ao grau de repetibilidade do valor medido. È a capacidade de se obter o mesmo valor em diversas medidas.

Alcance (Range): representa toda a faixa de valores de entrada de um sensor.

Estabilidade: está relacionada com a flutuação da saída do sensor.

Velocidade de resposta ou tempo de resposta: trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do processo, ou seja, quando uma grandeza varia os sensores mas não mudam o estado de sua saída de modo imediato. Demora algum tempo para que o sensor alcance o valor real do processo.

Histerese: se os estímulos de entrada que excita o instrumento ou um transdutor crescer até um valor determinado, o instrumento acusará um valor. Mas se o estímulo começar num valor elevado e decrescer até o mesmo valor anterior, o instrumento poderá acusar um valor diferente daquele acusado antes.

Resolução: define-se resolução como o menor incremento do sinal de entrada que é sensível ou que pode ser medido pelo instrumento ou sensor.

Drift ou Deriva: mudança de alguma variável com o passar do tempo. Essa variação pode ser causada pelo envelhecimento de algum componente ou por uma elevação da temperatura.

3 CÁLCULOS

Força teórica do cilindro pneumático.

Π = 3,1416

A=πd² = 11.3cm² P = pressão de trabalho (bar)

4 Fa = Força de atrito

D=diâmetro do cilindro(cm)

Força teorica de avanço d=diâmetro da haste (cm)

A=área do embolo(cm²)

Ftav=P.A = 67.85 kgf a= área da haste(cm²)

Ft = força teórica (kgf)

Freal avanço=Ftav-Fa = 13.57kgf

Fa = 3 a 20% Ft Diâmetro do embolo 12mm

Área da haste Diâmetro da haste 6mm

a = π d² = 0.282 cm²

4

Ft ret = P.(A-a) = 66.1 kgf

Freal ret = Ftret – Fa = 13.22 kgf

Cálculo de carga a ser transportado

Área da esteira = 150 mm x 2000mm = 300000mm²

Área da peça = 80mm x 120mm = 9600mm²

Peso máximo da peça = 100 gramas

300000mm² = 31.25 peças 31 peças

9600mm²

Carga máxima = 31 x 100 x 3 = 9300 gramas ou 9.3 Kg

Cálculo potência do motor

Peso do material = 9.3 Kg

Peso da metade da correia = 200 gramas

Peso total = 9.3 + 0.20c0 = 9.5 Kg

Para cálculo do motor vamos arredondar esse valor para 10 Kg

A potência do motor:

P = Ft x Vt

Onde

P = Potência em Watts

Ft = Força tangencial,dada em Newton

Vt = Velocidade tangencial,dada em metros por segundo

Força tangencial é igual a 100 Newton

(o valor do peso x 10)

O valor da velocidade é igual a 0.1 m/s

Então

P = 100 x 01= 10 Watts

Potência total = P = 10 = 12 Watts

η 0.9

Potência mínima 0,16 CV

Velocidade da esteira

C = D * π

C = 40 mm * π

C = 125,66 mm

C = 0, 125 m

V = C * (RPM/ 60)

V = 0, 125 m * (178rpm/60s)

V = 0,37 m/s

4 TESTES E COLETA DE DADOS

Conforme ensaios realizados simulando um processo de seleção manual e um processo automatizado, foram coletados os seguintes dados:

Processo Manual Processo Automatizado

40 Medições 40 Medições

2,7 2,8 2,2 1,7

2,6 2,8 2,0 2,0

2,8 2,8 2,0 2,0

2,8 2,6 1,9 1,8

2,7 2,9 1,8 1,7

2,8 2,7 1,9 2,2

2,6 2,7 2,1 2,0

2,7 2,9 2,0 2,0

2,8 2,8 2,0 2,0

2,8 2,8 2,0 2,1

2,8 2,8 2,0 2,0

2,7 2,8 2,1 2,0

2,6 2,9 1,8 1,9

2,6 2,6 1,9 2,0

2,9 2,8 2,1 2,0

2,8 2,8 2,2 1,8

2,8 2,7 2,0 2,1

2,7 2,9 2,0 2,1

2,7 2,8 2,0 2,0

2,6 2,8 2,0 2,0

2,76 1,99

Figura 8 Figura 9

5 MATERIAIS

Segue a listagem dos materiais que constituem a esteira seletora.

5.1 Estrutura Mecânica – Dados Técnicos

Cilindro de dupla ação com amortecimento elástico 0-10 Bar

DGS-12-40-P

Quantidade 02

Válvula 5/2 vias duplo solenóide 0-10 Bar

JMFH – 5 – 1/8”

Quantidade 02

Válvula reguladora de fluxo 0-10 Bar

GRLA-M5-QS-4-RS-D

Quantidade 04

Cavalete

NBN 12/16

Quantidade 02

Garfo

SG-M6

Quantidade 02

Conexão

Tipo QSK-M5-4

Quantidade 15

Tubo azul

PUN-4 x 0,75 BL

Ar comprimido

Pressão de trabalho 6 bar

Ar comprimido isento de umidade

Ponto de orvalho padrão por refrigeração +3°C

Instalações tipícas ISO 8573

Classe 1.7.1

5.2 Correia transportadora

Material – Lona 1

Cor – Branca

Carga de trabalho 5 Kgf/cm 1% alongamento

Carga de ruptura 70 Kgf/cm2

Trama rígida

Peso 0,95 kg/m²

Espessura 0,4mm

Superfície lisa

Material P.V.

Montagem em mesa de deslizamento ou roletes plenos.

Diâmetro mínimo da polia 5 -15mm.

Temperatura:

Mínimo – 10°C

Máximo – 80°C

5.3 Motor Elétrico – Dados Técnicos

Motoredutor MKS – Modelo MR3

Potência de 1CV (0,75 KW)

Redução do equipamento = 15

Rotação de entrada (rpm) = 1720

Rotação de saída (rpm) = 178

Potencia de entrada = 0,41

Momento de torção na saída (Nm) = 18

Eixo de saída = Diâmetro 14 x 30

Acoplamento direto no motor elétrico convencional

Óleo para redutor :

Patela – óleo sintético de base Poliglicor para lubrificação longa vida em caixa de engrenagem.

Catalogo Engelub/Verkol lubrificantes.

Figura 10 Fonte: O grupo

5.4 Roletes – Dados Técnicos

PVC-40 diâmetro

Eixo – 12 diâmetro

Injetados em polipropileno

Engrenagens Injetadas

Passo de ½

ASA 40

Z=14

Eixos AÇO SAE 1020

Rolete Carga super leve.

Diâmetro 16 mm

Eixo 6 mm

Capacidade 500 mm

05 a 10Kg

Tubo PVC.

Eixo Aço SAE 1020 (trefilado, tolerância h11), redondo.

Mancal FRM – FL 205

Temperatura de trabalho 50°C

Condições de ambiente limpo

Intervalo para relubrificação 3 anos

Tensor FRM – T205

Temperatura de trabalho 50°C

Condições de ambiente limpo

Intervalo para relubrificação 3 anos

Acabamento tubo PVC natural

Corpo transportador.

Chapa #18,galvanizada

Perfil dobrado

5.5 Componentes Elétricos – Dados Técnicos

Sensor indutivo PNP 3 fios NA Seeka 10~30 VDC MODELO SD-2MX

Quantidade 02

Relé completo modular de interface temporizador COEL

Temporizador Função AG – Pulso na Energização

Alimentação: 24vcc/vca – 110 vca / 220 vca.

Quantidade 02

Inversor de Frequência SIEMENS Micromaster MM 440

Características e Funções

Faixas de tensão 200 - 240 V, +/- 10%, 1 AC (0,16 a 4 CV)

200 - 240 V, +/-, 10%, 3 AC (0,16 a 60 CV)

380 - 480 V, +/- 10 %, 3 AC (0,5 a 350 CV)

500 - 600 V, +/- 10%, 3 AC (1,0 a 125 CV)

Faixas de potência 0,16 a 350 CV (0,12 a 250 kW)

Temperatura de operação 0,16 a 1,0 CV (0,12 a 75 kW) (torque constante):

-10ºC a +50ºC

125 a 250 CV (90 a 200 kW) (torque constante):

0ºC a +40ºC

Controle de processo controlador PID interno (auto-tuning - ajuste automático)

Tipos de controle controle vetorial de FCC® (controle vetorial da corrente de fluxo), característica multiponto, V/f parametrizável), característica V/f

Entradas 6 entradas digitais, 2 entradas analógicas, 1 entrada de sensor PTC/KTY

Saídas 2 saídas analógicas, 3 saídas à relé

Quantidade 01

Fonte de alimentação CONEXEL Power

Cod.C910444.2445

Entrada: 85~264 VCA

120-370VCC

50/ 60 Hz FAL 24cc/5

Temperatura Máxima de Operação : 45º C

Quantidade 01

Quadro de comando CEMAR CS2020-15

Quantidade 01

Conector de passagem SAK 2,5mm UNIP/UNIV 8WA1 011-1DF11 SIEMENS

Quantidade 10

Conector porta fusíveis seccionados ASK 1 CONEXEL 4,0 mm² Código:47456.0

Quantidade 02

Conector Terra EK 2,5N /35 COD. 066106 CONEXEL

Quantidade 02

Trilho p/ fixação rápida de Contactores Código:936604

Marca: CEMAR Medidas: 35mm x 2m - CH-20

Quantidade 0,5 mts.

6 MÉTODO

A esteira transportadora possui uma velocidade máxima de 0,1m/s, possibilitando a seleção de peças com uma capacidade de até 1800 peças por hora.

GRAFCET

Figura 11 Fonte: O grupo

CIRCUITO ELETROPNEUMÁTICO

Figura 12 Fonte: O grupo

Figura 13 Fonte: O grupo

7 APRESENTAÇÃO DO CASO

Com o intuito de selecionar peças por tamanho, uma esteira com capacidade de carga total de 5KG e velocidade máxima de 0,1 m/s foi escolhida onde, as peças entram pelo lado esquerdo e passam pelos sensores de presença para verificar sua altura.

O primeiro sensor, posicionado a 240mm da entrada da esteira detecta peças com altura acima de 100mm. Quando a referida peça passa pelo sensor, esta detecta a presença, enviando um sinal para o relé temporizador K1. Este então, fecha o contato NA que aciona a solenóide Y1 e abre o contato NF da solenóide Y2, desativando o retorno do mesmo, permitindo a passagem de ar para o avanço do cilindro A, que abrirá a portinhola, desviando a peça para seu próximo destino. Após o desvio, o relé retorna ao seu estado inicial, retornando o cilindro ao seu ponto de origem, fechando a portinhola.

Caso a peça seja menor que 100mm, porém maior que 50mm, este então acionará o segundo sensor, enviando um sinal para o cilindro B, desviando a peça para o seu destino conforme o sistema anterior.

Se a peça não tiver um tamanho menor que 50mm, ela passará sem que nenhum sensor acione, seguindo até o fim da esteira.

As peças devem respeitar uma distância de 200mm entre elas.

8 CONCLUSÃO

Comparando com um processo de seleção manual com dispositivo passa/não passa, obtivemos um ganho de produtividade estimado a partir de 20% pois o tempo ciclo para realizar da seleção é em média 2,8s por peça enquanto que, utilizando a esteira, podemos atingir tempos de 2s por peça e esse aumento de produtividade também esta relacionado diretamente a variedade de tamanho de peças trabalhadas simultaneamente. Outro ponto importante é o ganho de confiabilidade pois sua precisão é muito maior.

Sendo um tipo de automação simples, seu custo para a viabilização do projeto é relativamente baixo comparado a outros tipos de automação e desta maneira, trazendo um retorno financeiro rápido.

9 COMENTÁRIOS

A apresentação do caso mostra uma situação padrão, porém a esteira seletora permite ajustes tanto na especificação de altura dos sensores como na velocidade da esteira permitindo desse modo, atingir uma infinidade de produtos com diversas dimensões.

10 REFERENCIAS

MELCONIAN, Sarkis. Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais. Editora: Erica, 12ª Edição. 2002

MAXWELL BOHR – Instrumentação Eletrônica. www.maxwellbohr.com.br

Último acesso: 22 de novembro de 2010 ás 15h00min

Google- Página de pesquisa. www.google.com.br

Último acesso: 26 de novembro de 2010 ás 20h30min

SOUZA, Alessandro J.; OLIVEIRA, Luiz Carlo. Princípios da Automação Industrial. Cadware Industria, São Paulo, volume 03, edição 03, 2006

PATSKO, Luis Fernando. Sensores e Aplicações Industriais. Editora: Érica

Rolmax - Rolamentos e mancais monoblocos e autocompensadores. www.rolmax.com.br

Último acesso: 25 de novembro de 2010 ás 13h00min

Festo – Catálogo técnico - www.festo.com.br

Último acesso: 24 de novembro de 2010 ás 18h00min.