Pré TCC Maxwell Melo

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO – MEC 
INSTITUTO FEDERAL DO PIAUÍ 
CAMPUS TERESINA CENTRAL 
DEPARTAMENTO DE INDÚSTRIA, SEGURANÇA E PRODUÇÃO CULTURAL 
COORDENAÇÃO DO CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
Dados do Projeto e do Proponente 
 
 
Título do Projeto 
TCC 
Projeto e implantação do sistema de automação para uma esteira de 
uma máquina de fabricação de blocos de espuma. 
Prof. Orientador 
 
Prof. Dr. Helder Pontes Gomes 
Graduando (a) 
 
Maxwell Martins de Melo 
Palavras Chaves 
(max. 3) 
Automação pneumática. Modelagem computacional. Esteira 
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1. Caracterização do Problema 
 
A automação industrial é uma das áreas que mais avançou nas últimas décadas e continua 
avançando atualmente em grande escala. Novas tecnologias nessa área surgem todos os anos, 
enquanto que outras são aprimoradas, aumentando cada vez mais a gama de possibilidades de 
implementação de recursos na automatização de processos. Essa evolução teve destaque 
industrial somente na segunda metade do século XIX. No entanto sua utilização é anterior a Da 
Vinci que em diversos inventos dominou e usou o ar. No Velho Testamento, são encontradas 
referências ao emprego do ar comprimido: na fundição de prata, ferro, chumbo e estanho. A 
história demonstra que há mais de 2000 anos os técnicos construíam máquinas pneumáticas, 
produzindo energia pneumática por meio de um pistão. Como instrumento de trabalho utilizavam 
um cilindro de madeira dotado de êmbolo. 
No Brasil, o grande impulso e difusão dessas aplicações se deram a partir da década de 60, 
com a chegada da indústria automobilística e o surgimento da chamada “Automação Industrial”. 
[ARIVELTO, 2003, p.7]. Devido a fabricação das peças automotivas serem em série e dispor de 
um grande volume produtivo de operações repetitivas a aplicação de sistemas de automação 
reduziu tanto a mão de obra como os custos de produção, e isto reflete diretamente no custo 
final. 
Nesse sentido, quando se fala em automatismo dentro da indústria, tem-se os meios os 
instrumentos, máquinas, processos de trabalho, ferramentas ou recursos capazes de potencializar, 
reduzir ou até mesmo eliminar a ação humana dentro de um determinado processo produtivo, 
objetivando com isso, é claro, otimização e consequente melhoria da produtividade. 
Segundo Arivelto(2003), os automatismos são classificados de duas formas: 
• Automatismos de potência: destinados a potencializar a magnitude física ou mental à qual o 
elemento humano está sujeito, dentro do ambiente fabril, principalmente quando considerada sua 
exposição diária ao processo reduzindo as possibilidades de fadiga física e/ou mental à qual 
estaria sujeito. 
• Automatismos de guia: são utilizados para guiar movimentos e posicionamentos que precisam 
de mais precisão, como em processes de usinagem. 
Assim, conforme Arivelto(2003), a automação é o conjunto dos automatismos de forma 
organizada e dinâmica, ou seja, suas associações de uma forma otimizada e direcionada à 
consecução dos objetivos do progresso humano. Além disso, de acordo com Marco 
Antônio(2003), um sistema automatizado deve acrescentar à máquina algum tipo de inteligência 
para que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com vantagens econômicas e de 
segurança. 
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Dentro da automação temos sistemas que utilizam a pneumática, que trata do 
comportamento dos gases e seu emprego para transmissão de energia. Todos os gases são 
facilmente compressíveis, e é esta a propriedade que mais os diferencia dos líquidos como meio 
de transmissão de energia. Praticamente qualquer gás pode ser usado num sistema pneumático, 
mas, por razões de disponibilidade e facilidade de obtenção, o ar (mistura de 78% nitrogênio e 
21% oxigênio, aproximadamente), é o mais utilizado. 
No entanto, esse ar utilizado na pneumática não é meramente o que encontramos na 
atmosfera, ele deve possuir uma pressão adequada e ser isento de impurezas e umidade. A 
pressão correta de trabalho deve ser conseguida através de um compressor, que é uma máquina 
responsável por transformar energia mecânica (ou elétrica) em energia pneumática (ar 
comprimido). [PROF.DR. EMÍLIO CARLOS, 2002, p.27]. Sua qualidade é obtida através de 
recursos como purgadores, secadores e filtros. A condução do ar também é importante e é feita 
através de tubulações até o ponto de aplicação, onde executa trabalho útil, seja por expansão, 
seja por aplicação direta de força. Em seguida, é expulso para a atmosfera. Segundo Prof. Dr. 
Emílio Carlos(2002), as tubulações aplicadas em sistemas pneumáticos geralmente são feitas de 
tubos de cobre, latão, aço liga, para as linhas principais. Já as linhas secundárias são feitas de 
mangueiras de borracha ou material sintético. 
Todo sistema de automação, sendo este pneumático ou não, deve, necessariamente, ter seus 
mecanismos de controle. Na atual composição das indústrias e mais ainda no futuro com a 
difusão gradativa da indústria 4.0, que fundamenta-se na ideia de realizar a informatização dos 
processos, para que assim, haja a possibilidade de se criar uma empresa independente e 
inteligente. Por esse essa razão os controles dos sistemas automatizados estão cada vez mais 
modernos e estão relacionados a componentes elétricos e softwares programáveis, como por 
exemplo, o CLP (Controlador Lógico Programável), sendo este um tipo especial de computador 
muito utilizado não somente na indústria, mas em controles de máquinas e processos em 
diferentes aplicações. 
Nessa perspectiva, este trabalho se propôs a projetar e implantar uma melhoria para a 
máquina de fabricação de blocos de espumas existente na indústria Socimol S/A. Esta, 
denominada como Coflex que fabrica blocos cilíndricos e blocos retangulares. Ela possuí três 
subsistemas importantes: Os batedores que se localizam na parte superior e onde é feito a mistura 
dos componentes químicos; A câmara pressurizada para cura do bloco localizada na parte 
inferior, que deve ser bem isolado pois é onde ocorre um alto controle da pressão interna; O 
terceiro componente é a esteira de rolos dividida em duas partes, uma móvel e uma fixa, que 
transporta os blocos de espuma ao final da fabricação. Como ilustrado na imagem abaixo: 
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Figura 1 – Máquina para fabricação de blocos de espuma - Coflex 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte: Autoria Própria (2018) 
 
A câmara, onde acontece o controle de pressão e a cura dos blocos de espuma, contém uma 
porta de pressurização, que funciona com mecanismo de fechamento e abertura por movimento 
de básculo. Devido a essa movimentação não se pode empregar nenhum componente de 
transporte de materiais diretamente ligado a saída da câmara de forma fixa, pois inibiria a 
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movimentação da porta basculante e ocasionaria um choque entre os componentes. Por esse 
motivo foi empregada uma esteira com rolos móvel, conectada a uma esteira fixada no chão, que 
possuí movimento de rotação onde é levantada quando a porta precisa ser fechada e em seguida, 
com a mesma aberta, é abaixada para ser “conectada” a câmara e transportar o material. 
Contudo, essa movimentação é realizada de forma manual por dois operadores, um em cada lado 
da esteira, que a cada ciclo de fabricação descem e abaixam a esteira, manuseando assim um 
grande esforço repetitivo, o que pode causar sérios danos à saúde dos mesmos. 
Tendo em vista essa necessidade, constatou-se que a aplicação de automatismos de 
potência, nesse caso dois atuadores pneumáticos, colocados da esteira móvel um em cada lado, 
terão o papel fundamental
de substituir os dois trabalhadores, melhorando assim a segurança no 
processo de transporte dos blocos de espuma e consequentemente diminuindo o risco de 
acidentes e melhorando a qualidade de vida e de trabalho dos operadores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Objetivos Geral e Específicos 
 
Objetivo Geral: 
 
 O objetivo deste trabalho será projetar e instalar um sistema de automação pneumática 
para movimentação de uma esteira que transporta grandes blocos de espuma. 
 
Objetivos Específicos: 
 Analisar a máquina e seus mecanismos; 
 Aferir, com uma célula de carga, a massa concentrada na extremidade da esteira; 
 Realizar os cálculos através do diagrama de esforços em 3 posições na movimentação dos 
atuadores; 
 Dimensionar os cilindros pneumáticos e a válvula de comando; 
 Dimensionar os componentes estruturais do sistema; 
 Acompanhar a fabricação dos elementos estruturais do sistema; 
 Realizar ensaio de líquido penetrante nas soldas dos elementos estruturais; 
 Supervisionar a instalação do sistema e seus automatismos; 
 Realizar os testes de movimentação com os cilindros aplicados; 
 
 
 
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3. Metodologia e Estratégia de Ação 
 
 
 Serão realizadas inicialmente avaliações de aspecto global da esteira móvel, entre elas 
aferir suas dimensões para que se possa realizar seu desenho em 3D utilizando o software 
SolidWorks. Em seguida com uma célula de carga será feito uma estimativa de carga na 
extremidade da esteira móvel, pois devido à programação da fábrica não é possível remover a 
esteira e determinar o peso com uma balança. Como a esteira funciona como um braço de força, 
é possível calcular a carga em qualquer ponto da esteira, pois o momento das forças serão os 
mesmos por ter o mesmo centro de rotação, nisso é possível determinar o carregamento a ser 
vencido no ponto de fixação escolhido onde será presa a extremidade do atuador. 
 Após tal refinamento de carga serão feitas simulações de posições no software 
SolidWorks, onde será possível aplicar o posicionamento dos dois cilindros pneumáticos. Nesse 
sentido, foram escolhidas três posições em disposição 2D dentro da movimentação geral que os 
atuadores iram realizar, para que através de um diagrama de forças, possam ser obtidas as 
componentes verticais e horizontais dos esforços. Com isso, se tornará possível estimar o 
máximo carregamento e assim dimensionar o atuador pneumático mais adequado para vencer os 
esforços de reação. Posteriormente será praticável o dimensionamento da válvula necessária para 
comandar os atuadores. Com isso será efetuado o levantamento de custo de cada componente 
aplicado no projeto. 
Com os esforços definidos, as dimensões dos atuadores e suas posições escolhidas 
determinadas, estará possível pré dimensionar, com uso do SolidWorks, os elementos estruturais 
necessários para fixar os atuadores pneumáticos e torna-los componentes estruturais da máquina. 
Em seguida terão que ser feitas as simulações com os elementos estruturais para determinar o 
material a ser aplicado e suas dimensões. Após isso as peças serão fabricadas no setor de 
manutenção da Socimol S/A. Despois de finalizadas, será realizado o ensaio de líquido 
penetrante nas soldas dos componentes estruturais para que se possa validar a resistência dos 
cordões de solda. Em seguida terá que se programar a instalação do sistema, iniciando pelas 
estruturas de suporte dos atuadores pneumáticos. Logo após será feito a ligação das mangueiras 
de ar comprimido e a instalação da válvula no quadro de válvulas que será conectada dentro da 
programação do CLP da máquina. Após todo o processo de instalação será possível realizar os 
primeiros testes do funcionamento do sistema para que se possa garantir todo o funcionamento 
do sistema. 
 
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4. Resultados e Impactos Esperados 
 
 Tendo em vista a grande eficiência, simplicidade, baixo custo de manutenção e operação que 
caracteriza um sistema de automação pneumático. Espera-se que os automatismos aplicados na 
esteira móvel da máquina Coflex possam suceder os dois operadores, que podem ser realocados 
a outras atividades e removendo também o trabalho manual de movimentação da esteira, que por 
ser um procedimento de grande esforço e realizado diversas vezes durante a fabricação dos 
blocos de espuma, melhore significativamente as condições de trabalho e de segurança dos 
funcionários da Socimol S/A. Um projeto dessa natureza é de grande importância para a imagem 
da empresa que visa aplicar em seus setores processos cada vez mais seguros e modernos, 
mostrando assim que trabalha de forma séria e dentro dos padrões normativos de segurança. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. Cronograma de Execução 
 
Título: Projeto e implantação do sistema de automação para uma esteira de uma máquina de 
fabricação de blocos de espuma. 
Período: 
Graduando: Maxwell Martins de Melo 
Orientador(a): Prof. Dr. Helder Pontes Gomes 
 
Cronograma 
Atividades Setembro 
2018 
Outubro 
2018 
Novembro 
2018 
Dezembro 
2018 
Janeiro 
2019 
Fevereiro 
2019 
Escolha do Orientador; 
Levantamento 
bibliográfico 
x x x x x x 
Entrega do Pré-Projeto 
(19/10/2018) 
 x 
Análise do projeto x 
Coleta do carregamento 
com a célula de carga 
 x 
Realização dos cálculos 
através do diagrama de 
esforços 
 x 
Dimensionamento dos 
cilindros pneumático e 
da válvula 
 x 
Dimensionamento dos 
elementos estruturais de 
fixação dos atuadores 
 x 
Acompanhar a 
fabricação dos elementos 
estruturais 
 x 
Realização do ensaio de 
líquido penetrante 
 x 
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Supervisionar a 
fabricação do sistema 
 x 
Realização dos primeiros 
testes 
 x 
Entrega do TCC 
impresso e encadernado 
em 3 vias (15 dias antes 
da apresentação) 
 x 
Defesa do TCC x 
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6. Referências Bibliográficas 
 
FIALHO, Arivelto Bustamante, Automação Pneumática: Projetos, Dimensionamento e Análise 
de Circuitos/Arivelto Bustamante Fialho. -- São Paulo : Érica, 2003. 
 
RIBEIRO, Marco Antônio, Fundamentos da Automação/ Marco Antônio Ribeiro. -- Salvador, 
2003. 
 
SILVA, Emílio Carlos Nelli, PMR 2481 - SISTEMAS FLUIDOMECÂNICOS/ Prof. Dr. Emílio 
Carlos Nelli Silva. – São Paulo, 2002. 
 
VANTAGENS DA AUTOMAÇÃO ELETROPNEUMÁTICA, disponível em: 
http://www.tecniar.com.br/noticias/vantagens-da-automacao-eletro-pneumatica/, acesso em: 
12/10/2018. 
 
CURIODIDADES SOBRE HISTÓRIA DA AUTOMAÇÃO, disponível em: 
http://www.tecmiar.com.br/notícias/curiosidades-sobre-história-da-automação-pneumática/, acesso 
em: 11/10/2018. 
 
O QUE É CLP, disponível em: http://saladaautomacao.com.br/clp/, acesso em: 12/10/2018. 
 
O QUE É INDÚSTRIA 4.0 E 0 FUTURO DAS EMPRESAS?, disponível em: 
http://www.sispro.com.br/blog/gestao-empresarial/o-que-e-industria-4-0/, acesso em: 12/10/2018.