Situação Geradora de Aprendizagem (SGA): Projeto de Automação no Processo de Fabricação

Com o desenvolvimento tecnológico, a automação de processos está cada vez mais presente em nossas vidas. Tarefas que antigamente eram realizadas de forma manual e trabalhosa, hoje são concluídas com apenas alguns toques na tela de um celular. Essa evolução tecnológica somada com a alta disponibilidade da internet são fatores principais que contribuem para a automação dos processos cotidianos, tanto empresariais quando pessoais.

Dizemos que a automação de processos se refere à utilização da tecnologia relacionada a sistemas e processamento de dados em benefício de controles e processos operacionais do cotidiano de uma indústria, empresa ou simplesmente residência, utilizando a automação para substituir atividades que eram desenvolvidas manualmente.

Dessa forma, automatizar um processo visa aumentar a produtividade de um projeto, reduzindo custos operacionais, aumentando o desempenho e gerando vantagens competitivas para a empresa. Como vantagens da automação em empresas, temos:

• redução do tempo e custo de produção;

• gerenciamento de processos, independente da etapa em que se encontra;

• integração de diversos setores dentro da empresa, facilitando a comunicação entre departamentos;

• definição e controle de indicadores de performance;

• realização no monitoramento de resultados em tempo real;

• ajuda a otimizar a tomada de decisões;

• redução do tempo de atividades operacionais;

• geração de relatórios precisos sobre os índices de produtividade da empresa.

Sendo assim, podemos afirmar que a automação de processos é uma tendência de nível global. Cada vez mais processos presentes em nosso estilo de vida ou no setor empresarial serão simplificados e solucionados por essa tecnologia.

Tendo em vista as novas tecnologias voltadas à automação de processos, a empresa, ao qual você integra à equipe de engenheiros, está desenvolvendo projetos para automatizar os processos de fabricação. Um desses projetos está relacionado a implantar uma esteira para transporte de produtos semiacabados visando a automatização da linha de produção.

Agora, é com vocês! Bom trabalho!

TAREFAS: Projeto de Automação no Processo de Fabricação

O desafio proposto a você, e sua equipe, consiste em apresentar um projeto de automação, na linha de produção, visando a implantação de uma esteira para transportes de produtos semiacabados, considerando os aspectos pertinentes às disciplinas desse semestre. Agora que vocês possuem conhecimento dessa missão, elaborem um relatório da análise a ser entregue ao coordenador, contendo obrigatoriamente os passos descritos a seguir, nessa sequência.

Tarefa 1: Processo de produção para o eixo de aço carbono SAE 1045

O eixo é um dos componentes fundamentais da esteira transportadora, e esse elemento é obtido a partir de um processo de usinagem. A usinagem é uma forma de fabricação utilizada para fabricar objetos metálicos ou não. Durante este processo, os operadores cortam materiais para alterar a aparência e forma de um produto, conforme requisito previamente estabelecido. A usinagem serve como uma alternativa a outras formas de processos de produção, incluindo a moldagem e a fundição.

Neste momento do seu trabalho, você e sua equipe deve definir o tipo de processo de usinagem e determinar os parâmetros de usinagem que serão utilizados para produzir o eixo de aço carbono SAE 1045 com 70 mm de diâmetro.

Para isto você deve cumprir as etapas listadas abaixo:

a. Apresentar qual o processo de usinagem utilizado para obtenção do eixo;

b. Definir qual ferramenta será utilizada no processo de acabamento;

c. Determinar uma rotação para operação de acabamento do eixo.

Tarefa 2: Instalação de um conjunto de aquecedores por radiação infravermelha

A fabricação de esteiras transportadoras rotineiramente segue orientações de projeto. Um dos projetos chamou sua atenção e os detalhes estão dispostos a seguir.

Após a modelagem de uma mistura de papel e celulose por vácuo a quente, uma embalagem para ovos, é transportada sobre uma esteira em direção à entrada de um forno a gás, onde é secada até a umidade final desejada. Observa-se que pouca água evapora ao longo deste trecho. Assim, para aumentar a produtividade da linha de produção, é proposta a instalação de um conjunto de aquecedores por radiação infravermelha em conjunto com a esteira transportadora, que fornece um fluxo térmico radiante uniforme de 8000 W/m2. A embalagem possui uma área exposta de 0,0350 m2. Uma representação pode ser observada na figura 1.

Figura 1. Instalação de conjunto de aquecedores por radiação

Fonte: Adaptado de Bergman e Lavine (2019)

Um requisito fundamental para que o projeto siga em frente é o tempo que as embalagens permanecerão na esteira para que seja alcançada a umidade final desejada. Este tempo não pode ser superior a 40 segundos, pois, pode interferir no sincronismo das operações da empresa. Sendo assim:

a) Com base na situação proposta, sua equipe recomendaria a instalação dos aquecedores e consequentemente, o andamento do projeto?

b) Caso sua equipe não de andamento, qual deve ser o valor mínimo de fluxo térmico radiante para que o projeto não seja descartado?

Considere o calor de vaporização da água igual a hfg = 2400 kJ/kg e que a configuração proposta dos aquecedores, consegue reduzir 0,00525 kg de água da embalagem. Demonstre todos os cálculos.

Tarefa 3: Análise da bomba do sistema de lubrificação

Um dos sistemas que compõem a esteira transportadora é o sistema de lubrificação, que visa minimizar o atrito. Atualmente a equipe de inovação está focando na bomba responsável por entregar o fluido lubrificante aos componentes rotativos da esteira. Esta bomba centrífuga é utilizada para bombear 0,009 m3/s de fluído lubrificante, a sua viscosidade e densidade é igual à da água. O fluído entra no rotor axialmente através de um pequeno orifício de 1,26” de diâmetro. A velocidade de entrada é axial e uniforme. O diâmetro de saída do rotor é 3,94” e o escoamento sai do rotor a 9,84 ft/s em relação às pás, que são radiais na saída. A velocidade do rotor é 1750 rpm. A Figura 2 mostra o diagrama de velocidade da bomba utilizada para o sistema de lubrificação.

Figura 2. Diagrama de velocidade

Fonte: Adaptado de Fox et al. (2018)

Visando auferir as características da bomba do sistema de lubrificação, determine:

a) A largura de saída do rotor, b2.

b) O torque de entrada, Teixo.

c) A potência requerida, 𝑊̇𝑚 prevista pela equação de Euler.

Tarefa 4: Seleção do rolamento do mancal

Os tambores transportadores são fundamentais para esteira transportadora pois são responsáveis por uma série de processos, como potência, dobras, desvios e o retorno da correia. Esses tambores são compostos por elementos como corpo, discos laterais e centrais, cubos, elemento de transmissão de torque, eixo, mancais e revestimentos. Logo, é fundamental que o projeto dessa esteira transportadora seja feito de forma correta, e a sua equipe deve iniciar selecionando o rolamento do mancal que será utilizado nesse projeto.

Como dados do projeto, você e sua equipe devem considerar um rolamento com elementos tipo esfera para um milhão de rotações com uma vida útil de 6000 horas a 600 RPM, com uma carga de 5 kN e confiabilidade de 90%. Devido ao eixo utilizado, a medida interna do rolamento deve ser de 70 mm. É importante apresentar os cálculos para a escolha do rolamento e as informações do rolamento escolhido.

Tarefa 5: Equilíbrio estrutural

Ao analisar a esteira, verifica-se que possui dois eixos suportados por dois mancais cada, que o apoia nas extremidades, para a execução de seu movimento. Os mancais atuam como apoios fixos. O eixo é dimensionado para suportar uma carga máxima de 330 kN em toda sua extensão (1 m). A Figura 3 apresenta um esboço do eixo apoiado sobres os mancais e com o carregamento aplicado.

Figura 3. Eixo contido na esteira.

Fonte: elaborada pelos autores.

Nessa abordagem, o eixo se comporta como uma viga bi apoiada. Assim, podemos dizer que vigas são elementos estruturais que oferecem resistência à flexão, que é provocada por carregamentos aplicados. Dessa forma, você e sua equipe deverão:

a) Explicitar as características dos apoios que suportam a estrutura. Ou seja, denominar as reações que eles apresentam e qual a finalidade de cada reação.

b) Calcular as condições de equilíbrio para a viga, apresentando os valores das reações que os apoios oferecem