____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura” CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL JOÃO PAULO CASTEQUINI VAGETTI LEANDRO FRANCISCO LOURENÇO DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA GARÇA 2017
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____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
JOÃO PAULO CASTEQUINI VAGETTI
LEANDRO FRANCISCO LOURENÇO
DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA
GARÇA
2017
____________________________________________________________________________ Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
JOÃO PAULO CASTEQUINI VAGETTI
LEANDRO FRANCISCO LOURENÇO
DOSADORA DE GRÃOS AUTOMATIZADA
Artigo Científico apresentado à Faculdade de
Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito
para conclusão do curso de Tecnologia em
Mecatrônica Industrial, examinado pela
seguintecomissão de professores:
Data de aprovação: __/__/_____
__________________________________
Prof° Dr. Ulysses de Barros Fernandes
FATEC – Garça
_____________________________________
FATEC - Garça
_____________________________________
FATEC - Garça
GARÇA
2017
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_________________________ ¹ Alunos do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Fatec – Garça ² Docente da Faculdade de Tecnologia de Garça - Fatec
Resumo – Nos processos produtivos, a automação contribui para que as atividades
contidas em cada processo sejam executadas de maneira ágil e com menor custo de produção.Observando a necessidade da indústria em transportar e dosar grãos em determinadas porções e em diferentes processos,notou-se o problema relacionado à ergonomia, com condições que demandam muito esforço, ocasionando desperdício e estendendo o tempo. Para resolver o problema foi implantada uma dosadora de grãos automatizada, com uso da mecânica, elétrica, pneumática, sensoriamento e controlador lógico programável (CLP). Por possuir configurações de um sistema de malha fechadaé possível reduzir os esforços e riscos ao trabalhador, aumentando a velocidade de produção do processo devido à automação deste e a repetitividade. Como metodologia, foi escolhida a realização de um protótipo, que se constitui em um protótipo, para verificar a se a prática encontra-se fundamentada na teoria. As questões postas refletem a relevância do tema escolhido, pois atende às necessidades da indústria, minimiza o cansaço dos colaboradores e agrega conhecimento à ciência.
Palavras–chave: Automação. Dosadora de Grãos.CLP.
Abstract – In the productive processes, a contributory automation for activities as
activities contained in each process and executed in an agile way and with lower cost of production. Noting the need of the industry to transport and dosage grain in certain portions and in different processes, the problem related to ergonomics was noticed, with conditions that require a lot of effort, causing waste and increasing the time. To solve the problem, we implanted an automated grain dosage with the use of mechanical, electrical, pneumatic, sensing and programmable logic controller (PLC). It is therefore necessary to reduce production and risk to work by increasing the speed of production of the automation process and repeatability. As a methodology, the design of a prototype, which is an experiment, was chosen to verify a practical section in the database. As questions put, reflect the relevance of the chosen theme, because we are in the conditions of industry, we minimize consumers and add knowledge to science.
Keywords: Automation.Grain Meter. PLC
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1. INTRODUÇÃO
Nos processos produtivos, a automação contribui para que as atividades
contidas em cada processosejam executadas de maneira ágil e com menor custo de
produção.
Segundo Rosário (2009, p. 23), a automação é todo processo que realiza de
forma independente empreitas e atividades ou que serve de auxílio em tarefas
cotidianas. Para o autor “as principais vantagens da automação são o aumento da
eficiência dos processos, a diminuição dos custos, o aumento da competitividade e
do nível de exigência, a melhoria da qualidade e, por fim, maior controle e segurança
da operação”.
Em diversas situações, efeitos do cansaço afetam os operários,
comprometendo a capacidade de concentração e possibilitando erros operacionais
em equipamentos. Durante uma jornada de trabalho, processos automatizados
atuam constantemente mantendo um paradigma estipulado. Padrão de qualidade e
uniformidade são os resultados alcançados, evitando perdas ocasionadas por falhas
humanas, gerando economia e aumento da produtividade (SIGHIERIE e NISHINARI,
1973).
As empresas investem em maquinários com alta tecnologia agregada por
meio de interação entre si, na busca por alternativas com retorno em curto prazo,
criando um sistema independente, com a aplicação mínima de mão de obra em
qualquer processo produtivo.
Analisando os principais pontos na automatização de um sistema, enfatiza –
se a repetibilidade de um processo, já que a interferência humana será reduzida,
sendo necessário assegurar sua efetividade por meio de investimento no
equipamento, pesquisas e desenvolvimento.
Observando tanto a necessidade da indústria em transportar e dosar grãos
em determinadas porções em diferentes processos, quanto em consideração de
equipamentos contidos no mercado atual, fatores estes decisivos paraincentivarem a
elaboração de um equipamento de baixo custo que realize abastecimento controlado
e transporteparcial de guarnecimento de grãos.
1.1 Objetivos
Propiciar melhorias no processo do abastecimentode recipientes de grãos,
automatizando e aumentando a precisão pelo volume a ser preenchido, aumentar a
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velocidade da produção com maior segurança, reduzindo os esforços e riscos ao
trabalhador.
Verificara possibilidade da automação do processo da produção flexível com
a célula produtiva proposta e verificar a repetibilidade do processo.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1 Revisão Bibliográfica
As questões pertinentes ao tema passam pela automação no processo de
abastecimento de grãos, uma tecnologia que está inserida no contexto da
Mecatrônica Industrial, fator este que demanda investimentos em abastecimento
derecipientes de armazenamento e o transporte, com uso da mecânica, elétrica,
pneumática, sensoriamento e controlador lógico programável (CLP).
O abastecimento de grãos pode ser feito manualmente o que demanda
esforço, tempo e ocasiona desperdício, ou de forma automática, reduzindo ou
excluindo os problemas.
Carvalho et al.(2011).
[...]no Brasil são dotados de sistemas de abastecimento de ração automáticos, quetêm como objetivo melhorar o processo dedistribuição de ração de forma uniforme, reduzir odesperdício e minimizar o esforço feito pelos tratadores. No entanto, existem aindagalpões antigosequipados com comedouros manuais ou tubulares que demandam maior tempo para opreenchimento total e que exigem grande esforço por parte dos trabalhadores, que necessitamnumperíodo rápido, abastecer todos os comedouros a partir do uso debaldes e tração de diversoscarrinhos de mão cheios de ração.
Pressupondo que a realização do abastecimento de forma manual expõe o
trabalhador à sobrecarga física, desenvolveu a pesquisa relacionada a um dosador
de grãos automatizado.
[...] dosador é um equipamento utilizado para ministrar a quantidade adequada de produto ou ingrediente para um fim específico. Pode ser utilizados na indústria de alimentos, concretos, plásticos, etc., é comum seu uso para preparação de soluções e adição de suplementos, bem como, o reabastecimento de produtos (PRADO e EBEL, 2011 apud VERAS ; NASCIMENTO NETO, 2015).
No entanto, pode-se elaborar um sistema de dosagem com elementos de
integração com configurações, controlar as matérias introduzidas no processo
estabelecendo uma unidade de medida, que pode ser por volume específico.
A pesquisa está fundamentada em leituras de fontes qualitativas, de autores
que se dedicaram a pesquisa, e que contribuíram para as discussões e os
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questionamentos sobre o processo e os resultados que se fazem presentes no
desenvolvimento do trabalho em questão.
A metodologia utilizada é a construção de um protótipo, o qual se constitui em
um experimento atrelado à fundamentação teórica e suas etapas são:
2.1.1Sistema de Coroa e Sem-Fim
Para transmitir potencia e movimento entre eixos reversos, eventualmente
utiliza-se engrenamentos com o sistema sem-fim e coroa. Usualmente o ângulo
formado entre si é de 90°. O sem-fim se equipara a um parafuso de ampliação de
potência e a coroa se assemelha a uma engrenagem comum cilíndrica.
Quando o sem-fim estiver girando livremente em movimentos axiais, a coroa
será posta em movimento de rotação simulando o movimento linear de avanço de
uma cremalheira. Para o autor, com este modo de engrenamento de sem-fim e
coroa adquiri-se grandes razões de redução.
[...] são comuns razões variando entre 3 ½ : 1 até 100 :1, embora os engrenamentos com sem-fim possam ser produzidos para proverem razões de 1:1 até 360 :1. Devido a ação de rosca, os engrenamentos com sem-fim são silenciosos, livres de vibrações e produzem uma velocidade de saída constante livre de pulsações.
As linhas de contato entre sem-fim e os dentes da coroa progridem partindo das extremidades na direção das raízes dos dentes da coroa à medida que estes atravessam o engrenamento (COLLINS,2006).
Na Figura 01, um esboço de um arranjo de engrenamento com coroa e sem-
fim cilíndrico.
Figura 01: Arranjo de engrenamento com coroa e sem-fim
Fonte: Collins (2006).
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Para projetar adequadamente um sistema de engrenamento de coroa e sem-
fim, é necessário seguir uma especificação básica, onde o passo axial do sem-fim
deve ser igual ao passo circular da coroa.
A fabricação de um sem-fim pode ser de uma ou múltiplas roscas, onde é
tratado como “dentes do sem-fim”. Em razões de redução acima de 30:1, utiliza-se
sem-fim com uma rosca, e abaixo de 30:1, as múltiplas roscas são mais comuns. No
entanto a razão de redução é uma função do número de dentes da coroa e do
numero de roscas do sem-fim.
2.1.2 Motores de Corrente Contínua do Tipo Escova
Os motores elétricos são utilizados freqüentemente para o controle de
sistemas que depende de velocidade ou posição de determinado equipamento.
Possuem dois tipos de categorias principais: CC (Corrente Continua) e CA (Corrente
Alternada), sendo o mais utilizado os motores de CC do tipo escova em sistema de
controle moderno.
Um motor CC do tipo escova é essencialmente uma bobina de fio, conhecida
como rotor, que gira livremente no campo de um imã permanente, denominado
como eletroímã.
Quando uma corrente passa pela bobina, a força resultante age na suas
laterais com ângulos de 90º com o campo o fazendo girar. Para a rotação continuar,
quando a bobina pela posição vertical, o sentido da corrente na bobina tem que ser
invertido, isso só é possível com o uso das escovas que fazem contato com o anel
comutador divido que gira com a bobina (BOLTON, 2010).
2.1.3 Sensores Ópticos
São componentes eletrônicos de sinalização e comando que executam
detecção de objetos nem a necessidade do contato mecânico entre eles.
O funcionamento de um sensor óptico é fundamentado em um emissor e
receptor. Um feixe de luz deve alcançar o receptor com uma intensidade suficiente
para fazer com que o sensor comute uma saída conforme demonstrado na Figura
02.
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Figura 02: Princípios de funcionamento
Fonte: Thomazini e Albuquerque (2010).
Um sinal de luz é gerado pelo emissor do sensor em uma determinada
freqüência, assim o receptor é acoplado em um filtro onde considera somente sinais
com a mesma freqüência do emissor. Essa configuração é empregada ao sensor
para minimizar interferências de outras fontes luminosas (THOMAZINI E
ALBUQUERQUE, 2010).
2.1.3.1 Sensor Óptico SICK W12-3
Sensor de Luz de reflexão e supressão do fundo, com dimensão retangular,
alcança uma distancia de comutação de até 350 mm, sua configuração de alcance é
por meio de potenciômetro. Sensor ideal para trajeto de transporte de bandejas
assegura precisamente o posicionamentodestas. Sua tensão de alimentação é de 10
a 30 V com consumo nominal de 100 mA (SICK, 2017). Na Figura 3 é possível
visualizar odiagrama esquemático de ligação.
Figura 03: Sensor SICK W12-3
Fonte: Dos autores
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2.1.4 Controladores lógicos programáveis
Os controladores lógicos programáveis (CLPs) são computadores de tamanho
reduzido projetado para o ambiente industrial, sendo assim são equipamentos
resistentes a toda hostilidade que possa ocorrer numa indústria como altas
temperaturas, umidade, poeira e etc (JUAREZ, 2010).
Segundo Felipe (2010) são ferramentas muito importantes no controle de
processos industriais, pois, processam um grande número de entradas (sensores) e
com essas informações controlam diversas saídas (atuadores), são como cérebros
capazes de tomar uma infinidade de decisões desde que programados para isso,
desde processos simples como o controle de um motor até processos industriais
complexos como uma linha de produção de automóveis, isso torna o CLP
indispensável em qualquer processo industrial moderno. De uma forma bem
grosseira podemos descrever a seqüência lógica de funcionamento de um CLP de
acordo com a Figura 04.
Figura 04: Fluxograma de um processo lógico
Fonte: clpredes.wordpress.com
Todo CLP pode ser dividido em três partes básicas, a fonte de alimentação,
central de processamento da unidade (CPU) e blocos de entradas e saídas E/S (ou
do inglês inputs/outputs I/O). A fonte de alimentação para um CLP normalmente
trata se de uma fonte chaveada de 24Vcc, esta serve para a alimentação dos blocos
de entradas e saídas e a CPU. A CPU pode ter diversas formas se naturezas,
alguns CLPs utilizam micro controlador, que era a forma mais usada antigamente,
mas com o avanço e criação de programas e comandos mais complexos, muitos
CLPs hoje utilizam microprocessadores como os de computadores mudando apenas
a forma de construção.“Os blocos de entradas e saídas são por onde o CLP recebe
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e enviam informações, estas podem ser analógicas ou digitais, existem blocos que
mesclam estes dois tipos de entradas e saídas, um bloco contém normalmente
somente entradas e saídas” (CAMARGO, 2010).
“Para que um CLP atue como tal, é necessário que se tenha uma
programação, esta, normalmente é feita através de um software onde se desenvolve
o programa e depois se faz o download para o equipamento” (CAMARGO, 2010).
2.1.4.1 CLP Allen Bradley Micrologix 1000
O micro controlador CLP Micrologix 1000 controla variedades de aplicações
extensivas em E/S de 32 pontos no mesmo tempo de execução. Possuindo 1k de
memória pré-configurada de programação e um processamento com tempo de
throughpur de 1,5 ms para programas de 500 instruções.
Com uma memória EEPROM instalada retém a lógica ladder e dados no caso
de ausência de energia do controlador, permite a eliminação de backup de bateria.
Vários pontos comuns de entrada permitem a utilização do controlador em
dispositivos de entrada sink ou source e vários pontos comuns de saída oferecem
isolamento em aplicações de saída com várias tensões. Na Figura 05 abaixo o CLP
utilizado.
Figura 05: CLP Allen-BradleyMicroLogix 1000
Fonte: Dos autores
2.1.5 Válvulas Direcionais
Segundo Bolton (2010) os sistemas hidráulicos e pneumáticos usam válvulas
de controle direcional para conduzir a vazão de um fluído através de um sistema.
Sua utilização é aplicada para variar a vazão do fluído, mas apenas abrem ou
fecham completamente, ou seja, são dispositivos on/off.Estas válvulas on/off são