desenvolvimento de uma termoformadora...
TRANSCRIPT
HERON MADEIRA DA SILVA
DESENVOLVIMENTO DE UMA
TERMOFORMADORA COMPACTA
PARA PRODUTOS DESCARTAVEIS
Florianópolis, Dezembro de 2013
id31282671 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E
TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
CAMPUS FLORIANÓPOLIS
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE METAL-MECÂNICA
MESTRADO PROFISSIONAL EM MECATRÔNICA
HERON MADEIRA DA SILVA
DESENVOLVIMENTO DE UMA TERMOFORMADORA
COMPACTA PARA PRODUTOS DESCARTÁVEIS
Dissertação submetida ao Instituto Federal de Educação, Ciência e
Tecnologia de Santa Catarina como parte dos requisitos de obtenção do
título de Mestre em Mecatrônica. Professor Orientador: Prof. Milton Pereira, Dr. Eng. Mec.
Florianópolis, Dezembro de 2013
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação
S586d Silva, Heron Madeira da.
Desenvolvimento de uma termoformadora compacta para produtos descartáveis / Heron Madeira da Silva; orientador: Milton Pereira. � Florianópolis : Ed. do Autor, 2013.
142 p : il. ; 21 cm.
Dissertação (Mestrado) � Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina, 2013.
1. Termoformagem. 2. Termormação de plásticos. 3.
Máquina termoformadora. I. Título.
CDD. 22ª ed. 668.49
Bibliotecária Rosângela Westrupp � CRB 14º/364 Biblioteca Central Prof. Eurico Back - UNESC
DESENVOLVIMENTO DE UMA TERMOFORMADORA
COMPACTA PARA PRODUTOS DESCARTÁVEIS
HERON MADEIRA DA SILVA
Esta Dissertação foi julgada adequada para obtenção do Título
de Mestre em Mecatrônica e aprovada em sua forma final pelo
Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica do Instituto
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
Florianópolis, 20 de dezembro de 2013.
Banca Examinadora:
________________________________________ Prof. Milton Pereira, Dr. Eng.Mec.
Presidente � IFSC
________________________________________ Prof. Aurélio da Costa Sabino Netto, Dr. Eng. Mec.
IFSC
________________________________________ Prof. Rodrigo Lima Stoeterau, Dr. Eng. Mec.
Poli - USP
RESUMO
Este trabalho objetiva desenvolver conceitualmente o modelo funcional de uma máquina termoformadora de alta produtividade
para o mercado brasileiro. Apesar de o Brasil já possuir um dos
modelos de máquinas mais produtivas mundialmente em copos descartáveis de polipropileno, observações feitas nos
concorrentes internacionais demonstram uma defasagem do maquinário nacional no que diz respeito à sua velocidade.
Existem várias barreiras tecnológicas a serem vencidas para que se alcançar velocidades mais altas e tempos de ciclo mais
reduzidos. Alterações significativas no projeto do maquinário
trazem consigo um grande risco e custos elevados. Neste cenário, a presente dissertação apresenta a metodologia e as
etapas do projeto de um protótipo de uma máquina
termoformadora com porte menor, onde se possam aplicar alterações funcionais significativas para validação de resultados
em termos de desempenho, redução de consumo energético,
produtividade e vida do equipamento para aplicação posterior
nos equipamentos de grade porte. Inicialmente, foi desenvolvido um projeto informacional para buscar os requisitos e informações
de base para um bom entendimento do escopo do projeto dentro do ciclo de vida do produto. De posse dessas informações o
processo de projeto seguiu para o projeto conceitual, com os desdobramentos das várias funções e dos vários mecanismos
atuantes no processo. Concepções foram geradas e comparadas
entre si, bem como invariavelmente avaliadas pelo crivo das necessidades dos usuários a fim de serem homologadas. Após a
definição do conceito alguns estudos de cunho tecnológico e
para comprovação de viabilidade técnica foram realizados, e
deu-se inicio a fase de modelagem das partes envolvidas. O projeto apontou ainda para critérios no projeto mecânico da
máquina termoformadora de grande porte e obteve dados
suficientes para estabelecer relações de influência direta entre
variáveis do processo, de construção e o ambiente no qual o
maquinário está operando diariamente.
Palavras-chave: Termoformagem; Metodologia de Projeto; Modularidade; Controle Térmico; Análise de Tolerâncias.
ABSTRACT
This dissertation aims to develop conceptually the functional model of a thermoforming machine of high productivity for the Brazilian market. Although Brazil already has one of the most productive machine models worldwide in disposable polypropylene cups, observations made in the international competitors show a lag of national machinery with regard to its speed. There are several technological barriers to be overcome to achieve higher speeds and reduced cycle times. Huge changes in the design of machinery brings with it a high risk and high costs. In this scenario, this work presents the methodology and project stages of an advanced prototype of a thermoforming machine with smaller size, where significant funcional changes can be applied in order to validate the results in terms of performance, energy consumption, productivity and life equipment for subsequent application in large equipment. Initially, a project was developed to fetch the informational requirements necessary for a good understanding of the project scope within the life cycle of the product. With this information, the design process followed for conceptual design, with the unfolding of the various functions and various mechanisms active in the process. Concepts were generated and compared to each other, and invariably evaluated by sieve of users needs in order to be approved. After defining the concept of a technological nature, studies and proof of technical feasibility were carried out, and gave up early the modeling phase of the parties involved. The project also pointed to the mechanical design criteria of large thermoforming machine and obtained sufficient data to establish a relationship of direct influence between process variables, building and the environment in which the machinery is operating daily.
Keywords: Thermoforming, Project Methodology; Modularity; Thermal Control; Tolerance Analysis.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Itens termoformados de parede fina -Copos e pratos...................................................................................................... 13 FIGURA 2 - Baldes termoformados e tanques de combustível.. 14 FIGURA 3 - Resina plástica a ser beneficiada (Pellets). ............ 19 FIGURA 4 - Bobinas extrudadas para termoformagem.............. 20 FIGURA 5 - Contornos da face em contato com o molde. ......... 22 FIGURA 6 - Aparas de termoformagem de copos descartáveis.26 FIGURA 7 - Conceito nacional de termoformagem de descartáveis. ............................................................................... 27 FIGURA 8 - Conceito europeu de termoformagem de descartáveis. ............................................................................... 28 FIGURA 9 - Conceito norte americano de termoformagem de descartáveis. ............................................................................... 29 FIGURA 10 - Entalpia dos polímeros.......................................... 34 FIGURA 11 - Escoamento indesejável durante o aquecimento da
chapa (sag).................................................................................. 36 FIGURA 12 - Etapas do processo de termoformagem............... 37 FIGURA 13 - Etapas do processo de termoformagem na prensa e molde de descartáveis. ............................................................ 38 FIGURA 14 - Corrente de transporte da chapa com pinos de fixação que perfuram a chapa para o transporte pela máquina. 40 FIGURA 15 - Fornos de aquecimento. ....................................... 41 FIGURA 16 - Resistências utilizadas na construção dos fornos de
aquecimento. ............................................................................... 42 FIGURA 17 - Conceitos de preaquecimento utilizados no processamento de copos descartáveis....................................... 42 FIGURA 18 - Funcionamento do contra-chapas. ....................... 43 FIGURA 19 - Falha no funcionamento da placa contra-chapas, com o material externo à cavidade sendo puxado para dentro da
área de conformação do produto durante o pré-estiramento. .... 44 FIGURA 20 - Vantagem do pré-estiramento mecânico dentro do
ciclo de termoformagem.............................................................. 46 FIGURA 21 - Principais componentes do molde. ....................... 48 FIGURA 22 � Diagrama de blocos do controlador PID. ............. 49 FIGURA 23 � Banco de resistências e configuração das zonas de
aquecimento. ............................................................................... 50 FIGURA 24 - � Circuito e zonas de arrefecimento monitoradas por sensores e controladas por registros.................................... 51 FIGURA 25 � Espiral do ciclo de vida do produto. ..................... 59
FIGURA 26 - Função global da máquina termoformadora de
copos descartáveis...................................................................... 79 FIGURA 27 � Segundo nível da estrutura funcional do sistema
técnico da termoformadora de copos descartáveis.................... 79 FIGURA 28 - Concepção A......................................................... 89 FIGURA 29 - Concepção B......................................................... 90 FIGURA 30 - Concepção C......................................................... 92 FIGURA 31 - Concepção D......................................................... 93 FIGURA 32 - Concepção E......................................................... 95 FIGURA 33 - Concepção F. ........................................................ 96 FIGURA 34 - Concepção G. ....................................................... 98 FIGURA 35 - Técnicas de avaliação conceitual. ........................ 99 FIGURA 36 - Diagrama esquemático concepções F e E. ........ 106 FIGURA 37 - Concepção D, E e F............................................ 107 FIGURA 38 - Modelamento da máquina termoformadora para
uso laboratorial.......................................................................... 115 FIGURA 39 - Estufa construída para testes de controle. ......... 116 FIGURA 40 � Teste na estufa do protótipo com controlador
industrial e as curvas de respostas do sistema em malha fechada no Matlab................................................................................... 117 FIGURA 41 � Corte por cisalhamento. ..................................... 118 FIGURA 42 � Falha no cisalhamento. ...................................... 119 FIGURA 43 � Coleta de dados para simulação do caso base. 120 FIGURA 44 � Resistências térmicas atuantes no punção de corte
macho........................................................................................ 120 FIGURA 45 � Variáveis na borda de corte. .............................. 122 FIGURA 46 � Simulação numérica do comportamento térmico.
................................................................................................... 123 FIGURA 47 � Molde 15 cavidades: (a)molde montado; (b) punções de corte macho e fêmea............................................. 124 FIGURA 48 � Orientações para desbaste inicial. ..................... 125 FIGURA 49 � Gabarito de usinagem de punções macho. ....... 125 FIGURA 50 � Orientação para usinagem de acabamento....... 126 FIGURA 51 � Modelamento da prensa. ................................... 127 FIGURA 52 � Modelamento das estufas de aquecimento. ...... 128 FIGURA 53 � Modelamento do transportador da chapa.......... 130 FIGURA 54 � Modelamento da máquina termoformadora....... 131
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Características descritivas dos polímeros para
termoformagem. .......................................................................... 32 TABELA 2 - Características térmicas teóricas genéricas dos
polímeros para termoformagem.................................................. 35 TABELA 3 � Quadro apresentando os principais fabricantes de máquinas de termoformagem (Benchmarking)........................... 57 TABELA 4 � Lista das especificações do produto...................... 75 TABELA 5 � Funções elementares............................................. 80 TABELA 6 � Princípios de solução. ............................................ 83 TABELA 7 � Julgamento de viabilidade................................... 100 TABELA 8 � Disponibilidade de tecnologia. ............................. 101 TABELA 9 � Questões do Passa / Não Passa. ....................... 102 TABELA 10 � Matriz de avaliação. .......................................... 109 TABELA 11 - Módulos da máquina........................................... 114 TABELA 12 - Dados de referência para simulação numérica. . 121
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................... 13 1.1 Objetivos ............................................................................ 16 1.1.1 Objetivo Geral ................................................................. 16 1.1.2 Objetivos Específicos...................................................... 16 1.2 Estrutura do Trabalho ........................................................ 17 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................. 18 2.1 A Termoformagem ............................................................. 18 2.2 Tecnologia de Termoformagem......................................... 20 2.2.1 Comparação entre a Termoformagem e Outros
Processos.................................................................................... 21 2.2.2 A Termoformagem de Produtos Descartáveis ............... 24 2.2.3 Conceito Nacional x Europeu e Norte Americano na Termoformagem de Copos Descartáveis ................................... 26 2.2.4 Considerações sobre Matérias-primas Utilizadas na Termoformagem.......................................................................... 31 2.3 Sequência de Operações no Processo ............................. 36 2.3.1 Fixação e Transporte da Chapa ..................................... 39 2.3.2 Aquecimento de Chapas Finas....................................... 41 2.3.3 Contra-Chapas................................................................ 43 2.3.4 Pré-Estiramento da Chapa ............................................. 45 2.3.5 Moldagem da Chapa em Produto................................... 46 2.3.6 Corte da Chapa e Separação do Produto ...................... 47 2.4 Parâmetros Críticos do Processo ...................................... 49 2.4.1 Controle Térmico nos Fornos de Aquecimento.............. 49 2.4.2 Controle Térmico na Refrigeração do Molde ................. 50 2.4.3 Controle Dimensional...................................................... 52 2.4.4 Automatização do Processo ........................................... 54 3 PROJETO INFORMACIONAL.............................................. 55 3.1 Definição do Escopo do Projeto ........................................ 55 3.2 Produtos Existentes no Mercado....................................... 56 3.3 Normas e Leis que Afetam o Produto................................ 57 3.4 Ciclo de Vida do Produto ................................................... 58 3.5 Levantamento das Necessidades dos Usuários ............... 60 3.6 Levantamento dos Requisitos dos Usuários ..................... 62 3.6.1 Avaliação dos Atributos do Produto ............................... 66 3.7 Levantamento dos Requisitos do Produto......................... 72 3.8 Definição das Especificações do Produto ......................... 75 4 PROJETO CONCEITUAL..................................................... 78 4.1 Estrutura Funcional............................................................ 78
4.2 Princípios de Solução ........................................................ 82 4.3 Combinação dos Princípios de Solução............................ 87 4.3.1 Concepção A .................................................................. 88 4.3.2 Concepção B .................................................................. 89 4.3.3 Concepção C .................................................................. 91 4.3.4 Concepção D .................................................................. 92 4.3.5 Concepção E .................................................................. 94 4.3.6 Concepção F................................................................... 95 4.3.7 Concepção G .................................................................. 97 4.4 Seleção das Concepções Viáveis ..................................... 98 4.4.1 Técnicas de Seleção das Concepções Viáveis ............. 99 4.5 Evoluir em Variantes das Concepções............................ 104 4.6 Avaliar as Concepções .................................................... 108 5 PROJETO PRELIMINAR.................................................... 112 5.1 Modularização do Sistema .............................................. 113 5.2 Gerenciamento Térmico da Máquina Termoformadora .. 115 5.3 Análise Dimensional do Molde ........................................ 123 5.4 Modelamento da Termoformadora .................................. 126 6 CONCLUSÕES ................................................................... 132 REFERÊNCIAS......................................................................... 136 APÊNDICES.............................................................................. 140 APÊNDICE A - Diagrama de Mudge ........................................ 141 APÊNDICE B - QFD.................................................................. 142
13
1 INTRODUÇÃO
A indústria brasileira de copos plásticos descartáveis
constitui-se de menos de 25 empresas, sendo que 8 delas, estão
situadas em Santa Catarina, principalmente nos municípios de
São Ludgero, Içara, Criciúma, Orleans e Urussanga, constituindo
o maior pólo de produção de descartáveis do Brasil (BRDE, 2006). O surgimento deste pólo está relacionado diretamente a
crise na indústria carbonífera que abalou o setor produtivo na
região em meados da década de 70. Segundo ainda BRDE 2006 depois de passadas três décadas do início da formação do pólo,
a tecnologia utilizada e o know how alcançado ao longo do tempo
elevaram a competitividade das indústrias e asseguraram ao aglomerado produtivo e o domínio no segmento de descartáveis
no País, atingindo, em 2002, participação de cerca de 80% na
produção nacional de copos descartáveis. O mercado de produtos termoformados responde por 5,93% de todo material termoplástico consumido no país. Conforme BRDE 2006 o segmento gera, no Brasil, aproximadamente 10 mil empregos diretos e movimenta, anualmente, cerca de R$ 600 milhões.
Estima-se que, atualmente, a produção nacional de copos plásticos descartáveis gire em torno de 96 mil toneladas/ano. Alguns exemplos de produtos termoformados podem ser vistos na Figura 1.
FIGURA 1 - Itens termoformados de parede fina - copos e pratos.
Fonte : Autor (2012).
Todavia, ainda existe um grande mercado de novos produtos com paredes mais espessas e com novos materiais para termoformagem a ser explorado, como por exemplo baldes
14
com volumes maiores e tanques de combustíveis da indústria
automobilística (Figura 2), dentre outros.
FIGURA 2 - Baldes termoformados e tanques de combustível. Fonte: Brown (2012), Wiesche (2003).
Seguindo a tendência mundial de desenvolvimento no
segmento, em 2004, a empresa BRASKEM decidiu inovar com o projeto de desenvolvimento de copos descartáveis em material
PP. A falta de recursos e competências técnicas para o
desenvolvimento e construção de equipamentos de
termoformagem para produção destes copos em polipropileno incentivou a BRASKEM a criar a NTS Máquinas e equipamentos,
uma empresa dedicada que agrega muitos dos recursos e competências necessárias para o desenvolvimento de
tecnologias e construção de novas máquinas para atender aos
novos requisitos. O projeto inicial desenvolvido pela NTS contemplou a
construção de 24 linhas completas para processamento de copos
com capacidade de 200 e 300 ml em um prazo de dois anos. Em
15
2004, era a única máquina do mundo capaz de processar tais
produtos com a produtividade alcançada. Os moldes utilizados nas máquinas também passaram pelo
processo de evolução desde o primeiro modelo até os dias
atuais. Os modelos comercializados no início do projeto (até
2006) eram constituídos de blocos base de alumínio, o que
contribui muito para o desgaste prematuro dos elementos cortantes, uma vez que o bloco de alumínio possui um
coeficiente de dilação diferente das placas bases em aço
carbono. Em contrapartida, uma massa reduzida reduziu significativamente a inércia do movimento de subida e descida da prensa, aumentando a sua velocidade e, consequentemente, a produtividade da linha. O projeto do molde empregado para tal processamento é de propriedade da NTS e está em
desenvolvimento e aprimoramento contínuo. O molde é o gargalo
tecnológico e de processo de maior relevância no
desenvolvimento e aprimoramento do maquinário desenvolvido.
Hoje a NTS fabrica moldes maiores, com bloco base em aço
tratado, com maior resistência ao desgaste, maior resistência
mecânica e mais eficiência na troca térmica. Todavia, ainda
estão aquém da tecnologia Européia na questão eficiência e
troca térmica na borda de corte do produto termoformado. Em 2011 a NTS voltou a inovar, lançando a máquina mais
produtiva do mundo novamente, com 104 cavidades de 200ml, trabalhando a 26 ciclos p/ minuto. Esta nova máquina possui o
maior molde (formação e corte conjugados) para copos
descartáveis do mundo. Apesar de um dos modelos de máquinas mais produtivas
mundialmente em copos descartáveis de polipropileno ser
Brasileira, observações feitas em feiras internacionais demonstram uma defasagem do maquinário nacional em relação
ao equipamento Europeu no que diz respeito à velocidade, o que
impacta diretamente na produtividade. Enquanto na Europa encontram-se máquinas que efetuam até 47 batidas por minuto,
no Brasil o modelo mais produtivo fabricado hoje, atinge no máximo 30 batidas por minuto. Uma das principais razões para
esta defasagem está na tecnologia empregada na refrigeração da borda de corte dos punções de corte no molde.
Esta defasagem tecnológica com relação às máquinas
importadas motivou o desenvolvimento deste trabalho de mestrado, onde se busca dar um salto tecnológico nas máquinas
16
desenvolvidas, não gerando riscos para o projeto em termos de
produtividade e funcionalidade das máquinas atuais. Desta
forma, busca-se o desenvolvimento de um protótipo da máquina
termoformadora com porte menor, onde se possam aplicar alterações funcionais significativas para validar seus resultados
em termos de desempenho em produtividade e vida do equipamento.
A opção por um protótipo de menor porte se justifica pelo alto custo envolvido em uma máquina de grande porte, algo em torno de US$ 640.000,00 (R$ 2,26 Bco Central 11/07/2013). Além disso, uma máquina de grande porte tipicamente ocupa um espaço de 25 x 4 metros, além dos custos que agregam a
operação do modelo de grande porte, que somente no
aquecimento consome mais de 150 Kw de potência e, em
velocidade normal de operação, 580 kg/h de matéria prima em
forma de bobinas previamente processadas, o que também é
uma limitação para a empresa de desenvolvimento.
1.1 Objetivos Os objetivos deste trabalho estão relacionados ao processo
de desenvolvimento de produtos para máquinas automáticas
para produção de produtos termoformados.
1.1.1 Objetivo Geral O objetivo principal deste trabalho é conceber o projeto até
a fase preliminar de uma termoformadora de copos descartáveis
com molde capaz de produzir peças similares às produzidas no
modelo de alta produção comercial de referência.
1.1.2 Objetivos Específicos Foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos: Realizar o projeto informacional da máquina tendo como
referência as máquinas já produzidas e a experiência já
adquirida pela equipe e clientes da NTS;
17
Desenvolver o projeto conceitual da máquina buscando apresentar princípios de solução que tornem o modelo
competitivo e de alta qualidade; Dentro da etapa de projeto preliminar, identificar através
de análises numéricas e resultados experimentais, as
situações críticas no processo de termoformagem de copos descartáveis e afins, visando uma otimização do
gerenciamento térmico do equipamento; Ainda no projeto preliminar, efetuar uma análise de
tolerâncias em partes do molde para otimizar o comportamento térmico do conjunto do molde que interage com o corpo da máquina e com o produto a ser
termoformado em processo; Sugerir uma lógica de controle para o processo produtivo
com base em experimentos com controladores comerciais, parametrizados com dados provenientes de procedimentos analíticos e técnicas de controle de implementação prática
na etapa do molde de corte;
1.2 Estrutura do Trabalho A estrutura deste trabalho prevê no primeiro capítulo a
apresentação do problema, a justificativa, a relevância e os objetivos do trabalho. O segundo capítulo apresenta a revisão
bibliográfica que engloba o processo, o maquinário e suas tendências em termos de tecnologia e aplicação. No terceiro
capítulo é apresentado o projeto informacional que estabelece a
base de dados de projeto. A partir do problema plenamente entendido, o quarto capítulo descreve a busca e a geração da
concepção que atenda da melhor maneira possível esta
necessidade, convergindo no conceito ideal para a solução do problema. No capítulo 5 são apresentados de forma preliminar os
desafios tecnológicos e o modelamento que envolve o desenvolvimento do projeto do protótipo. No capítulo 6 são
apresentados as conclusões do trabalho, bem como sugestões
para continuação e desenvolvimento contínuo do tema.
18
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo tem como objetivo trazer os principais
fundamentos relacionados ao processo de termoformagem e aos equipamentos utilizados na manufatura de copos descartáveis.
Estas informações são importantes para dar uma noção da
complexidade envolvida e também para nortear as decisões de
projeto que serão tomadas.
2.1 A Termoformagem Por definição, a termoformagem é um modo de moldar
chapas poliméricas em formatos predefinidos por uma matriz ou molde, dando forma ao produto desejado no contato da chapa com o contorno das cavidades deste molde através da utilização
de variáveis controladas como calor, refrigeração e pressão, que
tanto pode ser positiva como a vácuo (negativa). Em aplicação industrial, a termoformagem é realizada em
equipamentos automatizados que trabalham ciclicamente. Um rolo com a chapa do material a ser termoformado é alimentado
na máquina termoformadora, que processa este material de maneira sequencial seguindo algumas etapas fundamentais de processamento. As principais etapas do processo consistem na fixação da chapa em um aparato de transporte; o aquecimento da chapa através do forno; a moldagem do produto pela
aplicação de pressão positiva ou vácuo na sua superfície para
aderir contra o molde; o resfriamento do produto no interior do molde; a separação do produto termoformado da chapa que lhe deu origem; e a extração do produto do interior do molde,
habilitando o processo ao novo ciclo. De uma forma mais específica e artesanal segundo Innova
(2012), na termoformagem uma chapa polimérica é aquecida a
uma temperatura pré-determinada na qual o material plástico
amolece, abaixo de sua temperatura de escoamento completo. A mesma é estirada ou esticada mecanicamente para cobrir
inteiramente o contorno do molde e logo é refrigerada na
temperatura na qual o termoplástico passa a ser rígido, retendo
assim a forma do molde.
19
Se aproximando do processo sequencial industrial, de acordo com Penna (2006), o processo consiste em fixar a chapa a um quadro ou trilhos nas laterais, levá-la ao forno, e aquecê-la até que se torne maleável. Depois de atingido o ponto de termoformagem, a chapa é transportada ao molde onde a câmara de conformação é fechada, selando e delimitando a área
de moldagem. Por meio de aplicação mecânica no estiramento,
de vácuo e/ou pressão, a chapa é forçada contra as paredes do molde mais gelado. A peça copia o modelo formando os
contornos da mesmo, ao mesmo tempo em que resfria no interior do molde até atingir um ponto de estabilidade térmica e
dimensional, quando pode ser extraído. Analogamente, Penna (2006) ainda ressalta que em um
conceito mais amplo e genérico, a termoformagem pode ser entendida como sendo uma família de processos que lidam com
a pressão e deformação de plástico flexível em uma forma final predefinida. O processo começa com uma chapa de material emborrachado produzida a partir de:
Resinas líquidas fundidas; Resinas em Pellets ou pó, conforme Figura 3, beneficiado
por: Calandragem (PVC); Filme insuflado Biaxialmente (PE, PP); Extrusão (PP, PS, PET e ABS), ilustrado na Figura 4. Moldagem por compressão com materiais tipo os
celulósicos e Poliamidas de alta temperatura, ou por técnicas de
processamento de plásticos semelhantes.
FIGURA 3 - Resina plástica a ser beneficiada (Pellets).
Fonte: Autor (2012).
A termoformagem parte da chapa já extrudada e bobinada.
O material chega pronto para beneficiamento, proveniente da
20
extrusora. Esta, por sua vez, nada mais é do que um modo de
obtenção de produtos conformados por meio da passagem do
material fundido através de uma matriz, formando assim, após
sua solidificação, um produto de secção transversal constante.
No caso da termoformagem, este perfil transversal constante é
um retângulo largo e fino, onde o plástico é enrolado e
acondicionado em carretéis e bobinas para posterior uso na termoformadora, conforme Figura 4.
FIGURA 4 - Bobinas extrudadas para termoformagem.
Fonte: Autor (2012).
2.2 Tecnologia de Termoformagem A tecnologia de termoformagem de produtos tem evoluído
rapidamente e segundo Throne (1996) conceitos antigos sobre as limitações dos processos estão sendo desafiados diariamente. Illig (2001), comenta ainda que mais inovações foram feitas em
máquinas de termoformagem na década de 1990 do que em todos os anos antes.
As inovações realizadas nas máquinas incluem: Reforço mais confiável para fixação da chapa; Melhoria dos aquecedores; Padrões de distribuição de calor melhorados; Adaptação de sensores infravermelhos para monitorar e
controlar o tempo de permanência da chapa em fornos; Melhoria dos sistemas de fixação do molde; Novos materiais para o aparato mecânico de estiramento
(Plug-Assist); Melhor controle de forças de alongamento e pressões; Melhoria dos punções de corte; e
21
Desenvolvimento de novos materiais de moldes e técnicas de fabricação dos mesmos. Todavia, Throne (1996) ressalta que as inovações não
estão restritas apenas às máquinas e que no inicio dos anos
1990 foram realizados grandes esforços para produzir
uniformidade das propriedades das chapas extrudadas, polímeros mais novos com resistência ao escoamento
aprimorada e maior resistência à oxidação. Associado a técnicas
de moagem das aparas com monitoramento e programas de computador para prever a temperatura da chapa e espessura da parede em determinado ponto da geometria.
No entanto, existem algumas orientações sobre o processo
de termoformagem que são relativamente genéricas, e, são
exatamente estas orientações que diferem a termoformagem dos
outros métodos de processamento de resinas plásticas. O grande desafio ao se projetar máquinas novas consiste
em incorporar as várias melhorias existentes, conciliando buscar
uma evolução ainda maior no processo, visando produtividade e
qualidade final dos produtos manufaturados. Tudo isso, associado à idéia de que os materiais estão em constante desenvolvimento, o que exige que se possua máquinas com
flexibilidade suficiente de operação para se adequarem a novos
conjuntos de parâmetros que estes materiais podem vir a exigir
no futuro.
2.2.1 Comparação entre a Termoformagem e Outros Processos Conforme Illig (2001), qualquer método de processamento
terá sucesso se o produto a ser fabricado for processado em
método com melhor relação entre custo e benefício comparado a
outros. Se os custos não puderem ser diminuídos, a qualidade
deverá ser o diferencial entre os processos. Existem áreas de
aplicação onde a moldagem por injeção, a moldagem por sopro
ou a rotomoldagem competem diretamente com a termoformagem.
Algumas das vantagens mais significativas da termoformagem são o custo relativo das ferramentas, os preços
razoáveis das máquinas, e a possibilidade de processamento de
materiais com multicamadas, expandidos e materiais pré-impressos. Além disso, produtos de espessura de paredes
22
extremamente finas podem ser produzidos a partir de materiais de viscosidade alta quando fundidos, o que não ocorre com
moldes do processo de injeção, onde os mesmos requerem
materiais com baixa viscosidade quando derretidos. Contudo, a vantagem mais visível da termoformagem está no fato de se poder atingir altas taxas de produção em produtos de paredes
relativamente finas (partindo de chapas com 0,05 a 15 mm de espessura), utilizando quase qualquer termoplástico ou material
com características termoformáveis semelhantes, e ainda tendo
a possibilidade de reaproveitar todo o rejeito de corte, que é
moído, extrudado e recolocado na máquina. Durante o processo da termoformagem, somente uma face
da chapa deve entrar em contato com o molde. Com isso, somente uma parte do molde será uma réplica do produto e sua geometria, diferentemente da moldagem por injeção, que exige uma cavidade completa no formato desejado. Os contornos da face oposta resultam do estiramento e processo de aplicação de
pressão de ar, conforme ilustrado na Figura 5.
FIGURA 5 - Contornos da face em contato com o molde.
Fonte: Throne (1996).
23
Na termoformagem as pressões de conformação
necessárias são relativamente baixas para operação (até 7 bar),
o que faz com que os custos de moldes sejam mais baixos e os produtos de tamanho relativamente grande sejam fabricados de forma mais econômica. Além disso, são fabricadas peças com
proporções muito pequenas de espessura por área. Para
produtos de parede fina, o tempo de fabricação é muito curto,
tornando o processo econômico para produtos que exigem elevado fator de multiplicação.
Para algumas poucas peças de paredes espessas e
protótipos, os moldes podem ser feitos de madeira, gesso ou outros materiais relativamente baratos e facilmente moldados em estações não automatizadas. Sendo assim, o tempo de fabricação de moldes e, por consequência, o tempo total do ciclo do processo é normalmente muito curto.
A termoformagem é o método mais barato e geralmente é
selecionado para protótipos de produtos e amostras a serem
feitas em outros processos. Segundo Sors et al (2002), a injeção e a conformação
possuem suas vantagens e desvantagens bem definidas, como segue:
Vantagens da injeção: a precisão das peças pode ser
alcançada mais facilmente, na casa dos décimos de
milímetros, permite maior aproveitamento de material, gera menor rejeito; Desvantagens da injeção: as paredes de 0,1 ou 0,2 mm de espessura não podem ser facilmente alcançadas se as
dimensões das peças estiverem próximas dos 100 mm e possuem tempo de ciclo maior quando comparados a termoformagem. Os moldes, máquinas e operação são
complexos e caros, exigem força de fechamento relativamente alta. Inadequado para produção de pequeno
número de peças devido ao custo do investimento; Vantagens da termoformagem: moldes, máquinas e
operações mais simplificadas, menor custo inicial, possibilita menor espessura de parede, produz peças com
grandes superfícies, utiliza múltiplas cavidades dentro da
área de moldagem que varia de 1 a 4 m² por ciclo. A possibilidade para alterações no molde é mais fácil devido muitas vezes ao baixo custo do molde.
24
Desvantagens da termoformagem: cantos com pouca espessura, menor controle nas dimensões das peças (0,5 a
1 mm considerado suficientemente bom o controle dimensional), tem restrições no formato da peça, menor
aproveitamento do material, gerando rejeito a ser reaproveitado na moagem, tempo de ciclo maior, mais de uma fase no mesmo processo (extrusão e termoformagem)
para considerar a peça pronta. Todavia, de acordo com Throne (1996), o processo de termoformagem se diferencia dos outros processos principalmente devido as seguintes características: Da moldagem por injeção, onde o estado inicial de resina é
em pellet ou pó e a injeção é realizada no polímero próximo
ao estado líquido. Da moldagem por Sopro, onde as pressões são
substancialmente mais elevadas do que aqueles empregados na termoformagem e onde o polímero entra de
forma quase líquida entre moldes metálicos casados.
2.2.2 A Termoformagem de Produtos Descartáveis Especificamente sobre o processamento de descartáveis,
Illig (2001) comenta que por definição, basicamente um chapa termoplástica amolecida pelo calor, é forçada contra um molde gelado por meio de pressão, adquirindo o seu formato em
temperatura controlada. Após a permanência do produto no
interior do molde, adotando-se o mesmo como estando dimensional e termicamente estável, o produto é retirado do
molde e destacado da chapa que lhe deu origem. No processo de corte conjugado, onde o produto é
termoformado e destacado da chapa na mesma estação, depois
de cortado e inteiramente separado, está pronto para ser
extraído do interior do molde. Tal processo pode acontecer por ação puramente mecânica (molde basculante / conceito europeu) ou combinada com ação pneumática (conceito nacional). Após a
extração, o produto é encaminhado automaticamente até a
próxima etapa do processo. As diferentes abordagens de
funcionamento do processo serão discutidas em seguida. Por se tratar de um produto que é produzido aos milhares
por minuto, qualquer variação no controle de temperaturas na
25
etapa de termoformagem pode causar perdas enormes de produção em um intervalo relativamente pequeno de tempo.
Também devido à alta taxa de produção, se faz necessário a
automatização completa para a realização das tarefas
posteriores, onde todos os produtos do processo, sem exceção,
necessitam ser orientados no mesmo sentido, enfileirados, empilhados, separados, contados, empacotados e em alguns casos até mesmo, encaixotados e dispostos no pellet de forma parcial ou totalmente automática. Sendo assim, a partir deste ponto, a termoformagem de descartáveis começa a apresentar
grandes limitações, o que a difere dos outros processos com
tempo de ciclo maior e produção menor. Após a retirada dos produtos, os retalhos (chapa sem os
produtos) e aparas retornam ao processo para reutilização. Este
material (Figura 6), deve passar pelo processo de moagem para transformação dos retalhos em pedaços menores (<3mm). Estes
pedaços menores são misturados à matéria prima virgem e
colocados na extrusora para que uma nova chapa possa ser beneficiada. Para produtos descartáveis de polipropileno, se
aceita usualmente um percentual máximo de mistura de 60% do
material moído com 40% do material ainda não processado. Com relação ao descarte dos produtos termoformados, Illig
(2001) ressalta que o reaproveitamento do rejeito do processo de termoformagem tem ganhado grande importância durante os
últimos anos. Também o descarte e a reciclagem dos produtos
descartáveis, tais como embalagens e também componentes de
engenharia é perfeitamente possível e tem sido cada vez mais
explorados. Ainda neste aspecto, Jacobs et al. (2001) comenta que a
termoformagem com subsequente corte das partes produzidas na mesma estação (corte conjugado) é um dos mais
proeminentes métodos para processamento de termoplásticos,
especialmente na indústria de embalagens. No entanto, tem se
mostrado um processo bastante instável por possuir inúmeras
variáveis que podem influenciar significativamente a qualidade do
produto acabado. Consequentemente, o projeto da ferramenta de corte, assim como o dimensionamento da máquina necessita de
um detalhado conhecimento das forças necessárias e dos fatores
que afetam a sua eficiência. A partir dos anos de 1970 alguns conceitos foram
sistematicamente validados e são hoje a base para a produção
26
de descartáveis no mundo. Esta variação de conceito se mostra
presente principalmente no que diz respeito ao conceito de corte, extração e empilhamento conforme segue.
FIGURA 6 - Aparas de termoformagem de copos descartáveis.
Fonte: Autor (2013).
2.2.3 Conceito Nacional x Europeu e Norte Americano na Termoformagem de Copos Descartáveis
Conforme observações realizadas na indústria nacional de
fabricantes de descartáveis até o ano do presente trabalho, no Brasil o conceito mais utilizado na termoformagem de descartáveis permanece inalterado desde a década de 1970. Década em que teve início a implementação e automatização no
seguimento no Brasil. Neste conceito os copos são retirados de
dentro da máquina com um jato de ar que atravessa o interior do molde, sincronizado com a abertura da prensa que os expulsa para o empilhador de forma aleatória, onde são reordenados e
empilhados posteriormente. As principais vantagens deste processo são a velocidade de extração relativamente alta, e a segurança na extração, a qual ocorre mesmo que uma falha no processo de corte ou conformação venha a aparecer, assegurando maior robustez e confiabilidade no processo sobre outros conceitos.
Além disso, a prensa e o molde são mecanicamente mais simples, tanto em termos de projeto, produção e montagem,
quanto em termos de manutenção e operação, uma vez que a
mesma simplesmente abre e fecha para completar o ciclo. Outros conceitos demandam de abertura e giro simultâneos e/ou
27
duas ou três prensas em seqüência para realizar todo o
processo. Neste conceito mais simplificado a prensa do processo
pode ser acionada por um único came em velocidade constante,
uma biela-manivela ou multiplicadores de força para sistemas
mais evoluídos. Outra vantagem crítica está no fato de que este conceito
funciona mesmo com falhas durante a separação do produto, o
que ocorre comumente em se tratando de copos descartáveis
extremamente leves e com espessuras de chapas bastante reduzidas. O conceito nacional é ilustrado na Figura 7.
FIGURA 7 - Conceito nacional de termoformagem de
descartáveis. Fonte: Autor (2012).
Dentre as desvantagens deste conceito, pode-se citar a
lógica do processo, uma vez que os produtos são
desordenadamente retirados de dentro do molde, onde estão
28
previamente ordenados após o corte. Outro ponto é a
automação, que se torna muitas vezes crítica no que diz respeito
ao passo posterior, o empilhamento. Outros fatores de igual relevância são o espaço físico e a mão de obra requerida pelo
empilhamento neste conceito que, via de regra, são maiores do
que o requerido nos conceitos europeu e norte americano, devido a confiabilidade no processo de empilhamento.
Em contrapartida a termoformagem de copos descartáveis
no conceito europeu é, na maioria dos casos, realizada com
prensa e molde basculante (Tilt). Neste caso, a parte inferior do molde, ao invés de simplesmente abrir na vertical e expulsar os
produtos como no conceito nacional, sofre um movimento basculante, ou seja, gira de 70º à 90º (dependendo do modelo de máquina) em relação à posição de corte. Movimento este que extrai os produtos quase na posição horizontal e previamente ordenados, entregando ao empilhador que está posicionado logo
a frente da prensa e empilha os produtos. A figura 8 apresenta o conceito Europeu de termoformagem.
FIGURA 8 - Conceito europeu de termoformagem de
descartáveis. Fonte: Meaf (2012), Illig (2012).
Quando extraídos, os produtos se encaixam diretamente
em um aparato posterior, que tem por função empilhar os copos
extraídos do molde. Este aparato consiste basicamente em uma
matriz espelho do molde de corte, onde as pilhas são
armazenadas, contadas e distribuídas para posterior
empacotamento. Dentre as vantagens deste conceito estão o
29
nível de automatização do processo de empilhamento, o espaço
físico ocupado e o isolamento do processo contra impurezas e
contato humano. Dentre as desvantagens pode-se citar a produtividade restrita pela dinâmica da adição de um movimento
de rotação ao ciclo de abertura e fechamento, a limitação no
peso do produto devido à confiabilidade do processo de corte e extração e consequente adaptação do conceito ao mercado
nacional, e ainda contudo a complexidade mecânica envolvida na operação e manutenção do sistema basculante.
O conceito Norte Americano se difere dos demais no próprio processo de termoformagem, conforme ilustrado na
Figura 9.
FIGURA 9 - Conceito norte americano de termoformagem de
descartáveis. Fonte: Brown (2012).
No conceito Norte Americano a conformação do produto
ocorre em uma estação e o corte ocorre em outra estação.
Normalmente, a estação de conformação dos produtos é de
maior capacidade, porém trabalhando mais lentamente, ao passo
30
que e a estação de corte tem capacidade menor e trabalha com velocidade maior, de forma a aproveitar a maior inércia do
sistema mecânico de acionamento. O empilhamento ocorre no interior do molde de corte, onde as pilhas são armazenadas,
contadas e distribuídas para posterior empacotamento. Dentre as vantagens deste sistema estão, assim como o
conceito europeu, o nível de automatização e consequente
confiabilidade do processo de empilhamento e o isolamento contra impurezas e contato humano.
Outra vantagem muito relevante está na eficiência do
processo, que é mais elevada devido à conformação do produto
ser efetuada separadamente do corte do mesmo. Durante a conformação do produto, as temperaturas do molde estão
adequadas e ajustadas somente para a conformação do produto.
Ao passo que durante o corte, o qual não é refrigerado, o copo é
cortado à temperatura mais próxima da ambiente, uma vez que existe uma sobra de material já conformado indispensável ao
funcionamento do processo, produzindo um armazenamento intermediário relativamente grande entre a estação de
conformação e a estação de corte resfriando naturalmente o
produto antes do corte. As desvantagens deste sistema estão localizadas
basicamente no processo. A cadência das duas estações deve promover um tempo fixo tal que a contração térmica da chapa contendo os produtos durante a passagem no pulmão
intermediário possa estar dentro da mesma medida calculada e
dimensionada de acordo com o centro a centro das cavidades de corte. Quando tal sincronismo não ocorre, o produto não é
cortado no centro onde foi gerado, causando desde problemas de empilhamento até problemas de qualidade no produto
acabado. Outra desvantagem deste conceito está no espaço
físico requerido para tal e no custo dos moldes e estações, além
da manutenção e operação aumentada, pois se trata de duas estações independentes operando em velocidades diferentes.
Sintetizando a comparação, pode-se afirmar com relação
ao conceito, que o nacional é em termos gerais o conceito mais robusto no que diz respeito ao processamento de produtos descartáveis de baixo peso. Produzindo copos descartáveis, o
custo inicial de instalação, a manutenção e a operação também
são menores quando comparados aos conceitos importados,
principalmente devido à simplicidade do processo e do conceito.
31
Atualmente tecnologias mais recentes demonstram que em termos de produção, principalmente devido aos fatores acima
citados, e amparado pelo desenvolvimento contínuo de
tecnologia no setor, nota-se que o produto nacional está melhor
adaptado e produz mais, quando comparado aos produtos e aos conceitos estrangeiros.
Tende-se a visualizar tal diferença quando são comparadas termoformadoras produzidas no Brasil com as mesmas produzidas no Oriente Médio (especialmente Turquia), Ásia
(principalmente China), Rússia e África, onde os conceitos
europeus e Norte americanos são minimamente empregados na
fabricação de descartáveis. O conceito utilizado no Brasil é o
mais simples em termos de operação e manutenção e nota-se nestes países a falta de incentivo ao desenvolvimento em
tecnologia, o que os mantém com o parque fabril e maquinário de
pequeno porte e baixa produtividade, característica inicial (Brasil
na década de 90) deste conceito.
2.2.4 Considerações sobre Matérias-primas Utilizadas na Termoformagem
Segundo Dharia (2006), uma mudança na resistência
mecânica de um material com alteração na taxa de deformação
pela temperatura caracteriza um material que pode ser termoformado. Trata-se, portanto, de uma inter-relação entre
características particulares de cada material, do processo, e da
técnica aplicada para obtenção do produto acabado. A situação
pode ser ainda mais complexa quando ocorre a aplicação de
mais de um material de natureza e comportamentos bastante distintos expostos às variações do processo. Contudo, existem
poucos processos confiáveis para ensaios da quantificação da
termoformabilidade. Características como resistência ao calor, auto extinção da
chama, resistência química, transparência, colorabilidade,
rigidez, entre outros são encontrados em um grupo de materiais
já consolidado e largamente utilizado na indústria, denominado
de grupo dos polímeros. Cada polímero possui suas
características definidas na termoformagem, as quais podem ser
observadas no quadro mostrado na tabela 1, que apresenta os principais polímeros utilizados na termoformagem.
32
TABELA 1 - Características descritivas dos polímeros para
termoformagem.
Fonte: Albuquerque(2001).
Os Polímeros são basicamente classificados em
termoplásticos e termofixos. Os polímeros termoplásticos são
aqueles que frequentemente podem ser fundidos e solidificados repetidas vezes sem modificação significativa nas propriedades
básicas. Nesta classe estão o polietileno (PE), polipropileno (PP),
poliestireno (PS), cloreto de polivinila (PVC), policarbonato (PC) entre outros. Os polímeros termofixos possuem a característica principal que, depois do processo de cura (ligações cruzadas),
não podem ser fundidos ou dissolvidos sem que ocorra
degradação química. Também são conhecidos como
Termoestáveis ou Termorrígidos (Lafrata, 2004). O baquelite, o poliéster insaturado, a borracha vulcanizada, os poliuretanos e a
resina epóxi são componentes que pertencem a esta classe de
polímeros. Os polímeros, de uma forma geral possuem características
bastante semelhantes. Alguns polímeros possuem alguma fase
cristalina em uma dada temperatura, e as taxas de nucleação e
de crescimento do grão de cristalito são fortemente dependentes
33
desta temperatura, o que permite modificar o grau de cristalinidade, a textura ou morfologia do polímero por
transformações térmicas diferenciadas. No processo de
termoformagem, a temperatura é parâmetro básico no
processamento do polímero. Desta forma, podem ocorrer
algumas mudanças entre as várias propriedades do material que
diferem entre si quando em fases diferentes, cristalinas ou não-cristalinas, quando processados. Portanto, o controle da amplitude e da uniformidade da temperatura do material em todas as etapas de processamento por termoformagem é
fundamental para que se obtenha os resultados desejados. Para polímeros que apresentam alguma fase cristalina a
temperatura necessária da chapa antes do início da moldagem,
para que o processo de termoformagem possa ser realizado adequadamente, deve estar numa faixa acima da temperatura de transição vítrea, onde o material fica quebradiço, e um pouco
abaixo da temperatura de fusão cristalina, onde o material fica
muito mole, pastoso e líquido, começa a escoar com maior
facilidade e perde sua rigidez. Em alguns polímeros, esta
temperatura é muito próxima à temperatura de fusão total, o que
implica em uma faixa muito estreita de temperatura a ser controlada para o processamento em termoformagem.
Outro fator importante a ser levando em consideração é
que, para os diferentes polímeros utilizados, a entalpia não é
constante para a faixa de temperatura de trabalho no processamento. Assim, um monitoramento simples da temperatura do material não trará informações suficientes acerca
da condição atual deste material para ser submetido ao processo de termoformagem.
Para o polipropileno, por exemplo, à medida em que é
imposto um aumento constante do fluxo de calor ao material, a temperatura interna do polímero permanece praticamente
constante durante a transformação da fase cristalina, pouco
abaixo da temperatura de fusão cristalina. O calor aumenta a
energia interna do material, mas não gera uma alteração
significativa na sua temperatura. Isto torna muito difícil o controle
do processo apenas pelo monitoramento da temperatura do material. A figura 10 apresenta as curvas características de entalpia de alguns polímeros, e é nítido o comportamento não
linear da curva em algumas regiões de transição para alguns
materiais.
34
FIGURA 10 - Entalpia dos polímeros.
Fonte: (Illig, 2002). Segundo Canevarolo (2002), a temperatura máxima de uso
de um polímero é determinada pela temperatura de
amolecimento. Para polímeros altamente cristalinos, no caso o
PP, esta temperatura está próxima e pouco abaixo da temperatura de fusão cristalina. Se forem utilizadas temperaturas
muito elevadas ou muito próximas da temperatura de fusão
cristalina, já se inicia em larga escala a fusão dos cristais
pequenos, o que impede a estabilização térmica, dimensional e mecânica da chapa antes da sua conformação e transformação
em um produto. Cada polímero possui uma faixa de temperatura ideal para
processamento na termoformagem, conforme mostra a Tabela 2, onde Tg representa a temperatura de transição vítrea, Tm é a
temperatura de fusão da fase cristalina e Td é a temperatura de
decomposição da massa polimérica. Os materiais que apresentam um intervalo maior entre a o
início e o final da fase de fusão cristalina são mais adequados ao processo de termoformagem, uma vez que permitem uma
35
liberdade maior no ajuste da temperatura do material durante o aquecimento da chapa.
TABELA 2 - Características térmicas teóricas genéricas dos
polímeros para termoformagem.
Fonte: D�Oria (1995) apud Turci (2007).
Uma janela de fusão cristalina maior permite à chapa
plástica manter sua resistência mecânica e estabilidade térmica
por maior tempo durante a fusão e "quebra" da rede cristalina. Desta forma evita-se o indesejado estiramento excessivo da chapa nas laterais (sag) antes da entrada no molde, conforme ilustrado na Figura 11. O estiramento excessivo provoca um aquecimento demasiado na parte central da chapa, o que a deixa com variações grandes de temperatura na sua superfície. Isto
reduz significativamente a qualidade dos produtos e a confiabilidade do processo.
De forma geral, se a temperatura da chapa for muito baixa, o polímero é transportado com segurança através do forno para
o molde, porém isto ocasiona acúmulo excessivo de tensão
interna, trazendo problemas no estiramento assistido, conformação, corte, e automação. Por outro lado, se a
temperatura é muito alta, a resistência mecânica da chapa cai abruptamente, podendo causar acidentes na fase de aquecimento e amolecimento da chapa, e favorecendo o efeito causador do sag.
36
FIGURA 11 - Escoamento indesejável durante o aquecimento da
chapa (sag). Fonte: Autor (2012).
Os detalhes sobre o processo efetivo de estiramento e
conformação do material na cavidade do molde serão
apresentados posteriormente. Após ser conformado, o material
deve sofrer um resfriamento num tempo adequado para que possa ser retirado do molde, cortado e encaminhado para a coleta e empilhamento.
O comportamento do material no resfriamento é de
fundamental importância para o processo. O material deve ser
resfriado rapidamente dentro da cavidade para que assuma uma estrutura rígida o suficiente que possibilite sua retirada deste
molde. Este tempo de resfriamento afeta diretamente a produtividade da máquina e é acelerado pela circulação de água
fria dentro de ranhuras e canais que circundam o molde. O controle desta troca de calor é fundamental no ajuste do
processo. Além disso, o ponto crítico está no resfriamento da
região que sofrerá o corte para separar o produto finalizado da chapa de material bruto.
Vários aspectos importantes sobre esta etapa do processo
serão discutidos posteriormente com mais profundidade no texto. De qualquer forma, um conhecimento adequado do
comportamento do material no resfriamento é fundamental para garantir que o processo ocorra de forma adequada e gere produtos com qualidade.
2.3 Sequência de Operações no Processo
37
O processo de termoformagem é realizado de acordo com
uma seqüência de etapas bem definidas, que devem ser
devidamente projetadas e executadas para que se obtenha os resultados pretendidos em termos de produtividade e qualidade final dos produtos no processo. A figura 12 apresenta estas etapas, que serão discutidas com maior detalhamento no
decorrer deste capítulo.
FIGURA 12 - Etapas do processo de termoformagem.
Fonte: Autor (2012). Para o processamento de copos descartáveis e produtos
semelhantes como potes, vasilhames, dentre outros, a figura 13 ilustra graficamente o que ocorre na prensa e molde durante o ciclo de termoformagem deste tipo de produto. Na primeira parte do ciclo ocorre o posicionamento da chapa no interior da prensa pelo alimentador. Logo na sequência, na segunda parte do ciclo
ocorre o fechamento da prensa e a pressurização da câmara do
contra-chapas. Na terceira etapa do ciclo, já com a câmara de
conformação vedada pela ação do contra-chapas se da o pré-estiramento mecânico. Na quarta parte do ciclo a câmara de
conformação é devidamente preenchida, conformando o produto.
Na quinta etapa são esvaziadas as câmaras do contra-chapas e de conformação simultaneamente. Na sexta e sétima etapas
respectivamente a prensa é aberta e o produto é retirado do
molde por um sopro de ar proveniente do expulsor posicionado logo atrás do molde.
No Brasil, a máquina termoformadora mais utilizada para a
fabricação de copos descartáveis utiliza um alimentador
automático para a chapa plástica, que pode variar desde 0,5 a 1
metro de largura e possui em torno de 0,4 mm de espessura. O alimentador entrega a chapa para um transportador apropriado, que a conduz para um forno pré-aquecedor. O transportador
38
garante que a chapa passe continuamente a uma velocidade média de 13 m/min por todo o processo. Uma prensa excêntrica,
onde o molde de conformação e corte fica acoplado, funciona em sincronismo com o alimentador e desenvolve de 20 a 25 ciclos de termoformagem por minuto.
FIGURA 13 - Etapas do processo de termoformagem na prensa
e molde de descartáveis. Fonte: Autor (2012).
A ferramenta para termoformagem de copos descartáveis
consiste em dois blocos de aço construídos de tal maneira que
possam servir de apoio mecânico no momento do corte do
produto bem como refrigerar os insertos que dão forma a cada
copo. A retirando calor da chapa e das paredes dos insertos é
realizada através da passagem de água fria por canais que
circundam as cavidades onde são montados os insertos. Os insertos são usinados internamente conforme a
geometria desejada da superfície externa do produto acabado. A chapa de plástico toma sua forma externa ao entrar em contato
com as paredes do inserto. Este contato é garantido através de
pressão ar insuflada pelo lado de dentro do produto. O contato
da chapa aquecida ao ponto de amolecimento com as paredes do inserto a temperaturas mais baixas pela ação do sistema de
arrefecimento, é mantido por um determinado tempo para
garantir a retirada adequada de calor no tempo desejado. Este resfriamento do material garantirá que o material assuma a forma
39
do molde. A quantidade de calor a ser retirado depende de cada geometria, peso e matéria prima utilizada no processo.
O ponto crítico nesta etapa do processo consiste em
garantir que haja uma retirada suficiente de calor do produto, principalmente na borda superior dos copos termoformados. Pela geometria do molde, esta é a região mais difícil de arrefecer, e é
exatamente nesta região do produto onde deve ser realizada a
etapa de corte do material, quando os copos são separados da
chapa. Pouca retirada de calor significa um material muito �amolecido� no momento do corte por cisalhamento, e isto
dificulta muito a ação e a qualidade do corte. Por outro lado, um
material resfriado em demasia representa uma perda relativamente grande de produtividade. Este é um dos pontos
críticos do processo, e será estudado com mais detalhamento
neste trabalho. Após o corte do material, a prensa é aberta e os copos
termoformados são soprados para fora das cavidades do molde,
caindo desordenadamente sobre uma bandeja de coleta intermediária já em outra maquina, o empilhador.
A etapa final consiste em ordenar, empilhar, contar, separar e empacotar os produtos. Isto deve ser feito sem, ou com a utilização do mínimo contato manual de operadores. Esta é
realizada por uma ou mais máquinas denominadas empilhadores, que são dispostas em fila logo na frente da
termoformadora de tal maneira a orientar o fluxo de produtos do corte e expulsão para a ação de empacotamento.
Esta sequência de operações possui muitas
particularidades e desafios tecnológicos a serem vencidos para que se alcance uma produtividade alta associada a uma qualidade adequada dos produtos. Desta forma, algumas das etapas serão detalhadas a seguir para que se tenha uma melhor
compreensão da complexidade envolvida no processo.
2.3.1 Fixação e Transporte da Chapa Chapas finas, ou seja, com espessuras inferiores a 3 mm,
para processamento dos produtos descartáveis são normalmente
fornecidas em rolos provenientes de extrusoras e alimentadas na entrada de máquinas termoformadoras. As termoformadoras que utilizam chapas finas normalmente são conhecidas como Roll-
40
feed (alimentadas por bobinas) ou Continuous Sheet (termoformadoras contínuas de chapas). Normalmente, a fixação
da chapa no mecanismo de transporte é efetuada por pinos
puxadores de encaixe ou pinos pontiagudos em correntes fechadas, que perfuram a chapa em um intervalo de mais ou menos 25 mm e afastados em 25 mm de cada borda, conforme mostra a Figura 14.
FIGURA 14 - Corrente de transporte da chapa com pinos de
fixação que perfuram a chapa para o transporte pela máquina. Fonte: MEAF (2012).
Devido à alta temperatura nos fornos, necessária para
obtenção da temperatura de conformação em chapas de CPET ou PP, os trilhos são protegidos contra a fonte de aquecimento e
geralmente operam sob refrigeração forçada. Durante o transporte pelo interior da termoformadora, a
chapa atravessa toda a etapa de aquecimento, que possui 4 ou 5 comprimentos do molde, para posteriormente passar pela área
de prensagem e depois pela moagem, onde as bordas, aparas e o excesso entre os produtos são preparados para serem
encaminhados para a extrusora visando seu reaproveitamento no processo. Durante todo o processo a chapa permanece fixada no transportador pelas laterais, sendo destacada somente antes do bobinamento das aparas para moagem.
41
2.3.2 Aquecimento de Chapas Finas Para que o aquecimento da chapa ocorra nos processos de
termoformagem em grande escala, os três princípios de
transferência de calor são utilizados: Condução � quando a chapa é colocada em contato direto com o meio de aquecimento, como uma placa ou rolos de aquecimento; Convecção - quando a chapa é aquecida com ar quente;
e Radiação - quando o calor obtido no espectro de radiação infravermelha é proveniente de fios de metal,
placas de cerâmica, ou gás de combustão. Estes são os
principais meios de aquecimento da chapa nas máquinas
modernas. No conceito mais comum de aquecimento, as chapas finas
são alimentadas em bobinas e normalmente são aquecidas pela
exposição de suas faces a bancos de aquecedores por radiação
infravermelha simultaneamente durante sua passagem pelos fornos antes da moldagem, conforme a figura 15.
FIGURA 15 - Fornos de aquecimento.
Fonte: Autor (2012).
Ainda combinações de aquecimento por radiação e por
convecção (figura 16) são utilizadas em máquinas comerciais de
alta produção e normalmente se utiliza resistências cerâmicas ou
de quartzo para compor cada um dos fornos.
42
FIGURA 16 - Resistências utilizadas na construção dos fornos de
aquecimento. Fonte: Illig (2012) adaptada pelo autor.
Uma prática comum na indústria de produtos descartáveis
consiste em realizar um preaquecimento do material antes da entrada da chapa na termoformadora. Geralmente, este aquecimento é realizado com rolos de contato, o que aumenta a
eficiência do aquecimento, quando comparado com o uso
somente da radiação nos fornos. O processo é mostrado na
figura 17.
FIGURA 17 - Conceitos de preaquecimento utilizados no
processamento de copos descartáveis. Fonte: Meaf (2013).
Para suprir a demanda de aquecimento do processo de
termoformagem, normalmente se encontra nos fornos de aquecimento bancos de resistências que emitem calor na faixa
43
de 25kW/m². Como o consumo de energia é muito alto, é
fundamental que o projeto da máquina e o controle do processo
estejam otimizados para reduzir as perdas.
2.3.3 Contra-Chapas Após o aquecimento a chapa entra na estação de
moldagem, onde o produto é concebido. A chapa é posicionada
no interior do molde e a prensa fecha o molde com a chapa no seu interior. Antes do término do processo de fechamento, o
molde inferior penetra na chapa, cortando-a parcialmente e garantindo que a câmara esteja hermeticamente selada para os
processos de estiramento e moldagem posteriores. Neste momento, a placa contra-chapas é acionada, prendendo com
firmeza a chapa pela borda do produto em cada cavidade do molde superior contra o molde inferior, garantindo a vedação e
impedindo que o material se desloque de fora da área delimitada
para dentro da cavidade do produto durante o estiramento. Uma visualização funcional da câmara de pressão de ar do contra-chapas pode ser observada na Figura 18.
FIGURA 18 - Funcionamento do contra-chapas.
Fonte: Autor (2013).
Podem ocorrer problemas no processo ou é possível gerar
falta de qualidade nos produtos quando a fixação pela placa
contra-chapas não é suficientemente eficaz. Na ocorrência de
uma fixação insuficiente, durante o estiramento do produto o material em excesso pode ser arrastado para dentro da cavidade
44
unitária, alterando o peso do produto e gerando conseqüentes
perdas de eficiência e confiabilidade do processo. O efeito no processo quando a pressão da câmara da placa
contra-chapas está abaixo do normal durante o estiramento pode ser visualizado no produto, conforme a Figura 19.
FIGURA 19 - Falha no funcionamento da placa contra-chapas,
com o material externo à cavidade sendo puxado para dentro da
área de conformação do produto durante o pré-estiramento. Fonte: Eletroforming (2012) adaptado pelo autor.
Uma função secundária, mas não menos importante, da
placa contra-chapas, consiste no auxílio da retirada de calor da
borda de corte, que é a região crítica da ferramenta. Como parte do contato na borda de corte com o plástico quente é realizado
pela placa contra-chapas, parte do calor também é extraída por
ele. Dados recentes práticos da indústria mostram que uma parte
45
significativa do calor na borda de corte pode ser extraída pela
placa contra-chapas, aliviando a carga térmica dos punções e
fazendo com que a eficiência na retirada de calor da borda de
corte seja maior, o que aumenta a produtividade, a confiabilidade e a vida útil do sistema.
2.3.4 Pré-Estiramento da Chapa Com a chapa fixada no interior do molde pelo contra-
chapas, o pré-estiramento já pode ser executado. O Pré-estiramento consiste em esticar e distribuir o material de forma uniforme pelas paredes do molde o máximo possível, dentro de
certos limites práticos operacionais. Na termoformagem de descartáveis, de uma maneira geral,
se utiliza o pré-estiramento assistido mecanicamente para conseguir a distribuição correta do material ao longo da parede
da cavidade e consequentemente do produto. Na Figura 20 é
mostrado o diagrama funcional do ciclo de termoformagem com pré-estiramento mecânico (caso do processamento de copos
descartáveis), em comparação ao processo sem o pré-estiramento (caso do processamento de tampas, pratos e potes menos profundos).
O pré-requisito básico para que o pré-estiramento possa ocorrer dentro do ciclo é que a placa contra chapas esteja
fixando a chapa pela borda do produto. Um mecanismo externo aciona o avanço dos machos ou plugs, fazendo com que todos os dispositivos de plug-assist presos a ela se desloquem, proporcionando o movimento de estiramento no plástico. Cada
uma das cavidades unitárias possui um dispositivos de plug-
assist individual, porém acionado em conjunto. Nas palavras de ILLIG (2001), a distribuição do material
depende basicamente de uma combinação de fatores, como: Coeficiente de atrito entre a matéria prima processada e
o material do dispositivos de plug-assist; Temperatura da chapa no instante do estiramento; Geometria do dispositivos de plug-assist; Distância do dispositivos de plug-assist ao inserto no ponto final do estiramento; Velocidade de estiramento.
46
FIGURA 20 - Vantagem do pré-estiramento mecânico dentro do
ciclo de termoformagem. Fonte: Eletroforming (2012) adaptado pelo autor.
2.3.5 Moldagem da Chapa em Produto Na produção de copos descartáveis, diferentemente da
produção de pratos, somente utiliza-se o vácuo para auxiliar a
47
pressão positiva durante a conformação e após o estiramento em
casos específicos e raros. Como resultado, a chapa fina é
geralmente moldada mais rapidamente devido ao preenchimento rápido da câmara de conformação com a pressão de ar
usualmente, uma vez que o plástico não encontra barreiras para
estirar contra a parede do molde. A manipulação da chapa ou o processo de pré-estiramento
com ar ou com ajuda mecânica dos dispositivos de plug-assist é a forma mais comum de redistribuir uniformemente o plástico em
toda a superfície do molde para minimizar pontos finos. Além
disso, a pressão de conformação tem sido redescoberta, e historicamente a pressão de vapor foi usada para forçar o
material contra superfícies do molde, todavia o ar é usado hoje
substituindo o vapor. A faixa de pressão utilizada na indústria varia de 1,4 à 6 bar
comercialmente, sendo que uma pressão de 14 bar é
considerado o limite superior prático. Maiores pressões de
conformação exigem uma construção dos moldes mais robusta e
isso aumenta o custo do molde e da prensa, e consequentemente o tempo de residência do produto no interior
do molde por questões de perda de eficiência na troca de calor.
2.3.6 Corte da Chapa e Separação do Produto As chapas finas podem ser cortadas no molde ou em
separado, através de dispositivos de corte especialmente
projetados para tal. Mecanismos de came ou biela-manivela são montados em conjunto com o molde e são dimensionados para
garantir eficiência neste processo. O corte, por sua vez, sofre
influências de diversas fontes que atuam diretamente ou
indiretamente no processo de termoformagem. Isto ajuda a explicar o fato pelo qual esta etapa seja considerada o principal gargalo na termoformagem de produtos com parede fina.
No processamento de copos descartáveis no Brasil, o
conceito de corte conjugado é largamente utilizado e consiste
basicamente em puncionar a borda do produto (ainda na chapa) por um conjunto de punções macho e fêmea dispostos e
alinhados um sobre o outro no mesmo molde de conformação.
Esta ação é realizada imediatamente após o término do processo
de conformação do produto.
48
Para que ocorra a separação total dos produtos no puncionamento, a temperatura do polímero na borda do produto
deve estar suficientemente baixa para garantir que o material não
escoe pela folga entre os punções durante a penetração.
Tecnologias mais recentes apontam na direção de aumentar a eficiência da retirada de calor da borda de corte para aumentar
confiabilidade e produtividade ao mesmo tempo. A baixa eficiência na retirada de calor da borda de corte
contribui para um aumento do tempo de residência do produto no
interior do molde, comprometendo a produtividade e também a
confiabilidade do processo. Após a separação do produto o molde abre, expondo os
produtos para expulsão, a qual acontece normalmente próximo
ao ponto morto inferior da prensa. Logo após a expulsão, a chapa previamente aquecida no
forno, avança um passo por ação do alimentador, o molde fecha, e o ciclo reinicia. Um vista geral do molde e de seus principais componentes pode ser obtida na figura 21.
FIGURA 21 - Principais componentes do molde.
Fonte: Autor (2012).
49
2.4 Parâmetros Críticos do Processo Alguns parâmetros do processo de termoformagem são
particularmente críticos e exigem uma atenção especial no
projeto e no controle durante o processo. Alguns deles são
apresentados em seguida.
2.4.1 Controle Térmico nos Fornos de Aquecimento O controle térmico dos fornos de aquecimento utilizados
em termoformadoras pode ser centralizado em módulos de 8
entradas digitais em CLPs ou descentralizado em módulos de
controladores unitários independentes. Na maioria dos casos, a aplicação de módulos de controle PID em bancos de resistências
(zonas) se mostra eficiente para a aplicação, uma vez que não
existe realimentação da temperatura da chapa nos parâmetros
de controle, somente realimentação da temperaturas das
resistências. Um diagrama de blocos que ilustra este controlador, bem como suas partes integrantes é mostrado na figura 22.
FIGURA 22 � Diagrama de blocos do controlador PID.
Fonte: Autor (2013). Sendo assim, o controle de temperaturas se restringe
somente ao controle das temperaturas superficiais das resistências individuais ou coletivas do banco de resistências
através de termopares em resistências específicas denominadas
pilotos. Uma organização típica do banco de resistências nos fornos de aquecimentos pode ser visualizado na figura 23.
50
FIGURA 23 � Banco de resistências e configuração das zonas de
aquecimento. Fonte: Autor (2013).
Um termopar fundido na carcaça da resistência cerâmica
monitora a temperatura da superfície da mesma, sendo
responsável pelo controle do nível de radiação emitida para a chapa durante o aquecimento, que passa a poucos centímetros
da superfície radiante no interior dos fornos. Na maioria dos casos, os dados da resistência piloto são
utilizados para controlar toda a zona ou fileira de aquecimento ao longo dos fornos. Tal configuração depende das necessidades
dimensionais e configurações do molde instalado logo à frente do
aquecimento. Quanto mais controle individual se necessita no molde,
mais controles individuais serão instalados e mais subdivisões no
controle serão adotadas no forno de aquecimento.
2.4.2 Controle Térmico na Refrigeração do Molde O controle de temperatura de refrigeração no molde se dá
através do controle da temperatura do liquido de arrefecimento que passa no interior dos canais de refrigeração. O circuito é
alimentado por bomba e o líquido é arrefecido em refrigerador externo, o qual mantém a temperatura do tanque constante em
valor pré-ajustado utilizando refrigeradores paralelos. À medida
em que a demanda térmica aumenta, mais estágios de
51
compressores paralelos serão utilizados em sequência. O circuito
é subdividido em linhas ou ramais, onde cada ramal remete a
uma fileira longitudinal no molde, conforme visualizado na figura 24.
FIGURA 24 - � Circuito e zonas de arrefecimento monitoradas
por sensores e controladas por registros. Fonte: Autor (2012).
Os respectivos fluxos do líquido de arrefecimento em cada
ramal são controlados por válvulas manuais monitorados por
termopares instalados diretamente no ramal. O ajuste na válvula
é realizado atualmente de forma manual pelo operador e
depende da habilidade manual e conhecimento do processo pelo operador da máquina. Quanto menos fluxo de liquido de arrefecimento, mais quente fica o ramal, e o contrário também
ocorre. Quanto mais fluxo no ramal, mais frias ficam as cavidades na fileira banhada pelo respectivo ramal. Além de se
buscar manter o molde num nível de temperatura ideal para o processo, deve-se evitar uma distribuição não uniforme da
temperatura na placa de cavidades. Caso a temperatura
52
distribuída pela placa de cavidades não esteja dentro de uma
faixa aceitável, pode ocorrer uma variação significativa na
qualidade dos produtos gerados em diferentes regiões do molde, o que é totalmente indesejável.
2.4.3 Controle Dimensional O controle dimensional da chapa se mostra especialmente
importante principalmente na etapa de aquecimento. Dados práticos da indústria de descartáveis no Brasil remetem a um erro máximo admissível no processo de extrusão de 3%.
Isto significa que para o uso de Polipropileno para a fabricação de copos descartáveis de 200ml de 1,4 gramas de
peso, utiliza-se uma chapa de espessura de 0.45 mm. A variação
máxima da espessura permitida na extrusão durante a confecção
da chapa seria de 0,00135 mm. Esta faixa de erro é
relativamente difícil de ser alcançada devido a inúmeras
variações no processo de extrusão e do processo de medição
em tempo real. Para se obter uma chapa que esteja dentro do erro
especificado o processo de extrusão não pode sofrer influências
da temperatura do ar externo. Mesmo as correntes de ar de baixas velocidade incidindo sobre a chapa após a passagem pela
matriz e antes da entrada nos rolos de resfriamento podem ocasionar distorções nos perfis de temperatura e,
consequentemente, variações de espessura devido a contrações
aleatórias. As distorções na espessura da chapa acarretam em
problemas no aquecimento e posterior corte e separação do
produto. Quanto mais fina a chapa, para a mesma exposição à
radiação dos fornos, a temperatura final da chapa tende a subir, comparada com outra de espessura maior.
Se a chapa atravessar sem problemas a etapa de aquecimento nos fornos, poderá ainda trazer problemas na moldagem. A chapa mais quente provoca maior adesão aos dispositivos de plug-assist de estiramento, e maior dificuldade no corte por puncionamento devido ao escoamento nas folgas entre macho e fêmea.
O controle dimensional do molde por sua vez acaba sendo também um parâmetro bastante crítico no processo,
53
principalmente quando se trata de altas taxas de produção.
Quanto maior a produção, maior o molde e consequentemente maiores são as distorções provocadas pelo gradiente brusco de
temperaturas durante o processo. Tanto o projeto quanto a fabricação e montagem devem atingir parâmetros estreitos de qualidade para garantir o bom funcionamento do molde em processo.
Os moldes de grande porte para o mercado nacional possuem peculiaridades e diferenças conceituais com relação
aos projetos internacionais. Tais peculiaridades dirigem o projeto e principalmente a fabricação e montagem deste molde a um nível de qualidade crítico, dificilmente alcançado com métodos
convencionais. Os produtos nacionais são mais leves que os produtos de
referência internacional, o que demanda uma espessura de
chapa muito pequena. Para moldes relativamente largos, a dificuldade de manter a estabilidade mecânica da chapa durante o aquecimento e também de manter sob controle a variação no
aquecimento mostra mais difícil. No estiramento, a dificuldade também aparece. Para uma
chapa muito fina, a temperatura de casca do inserto não deve ser
muito baixa, porque a chapa pode esfriar demais antes da entrada da pressão de conformação. Bem como material do dispositivo de plug-assist deve ter condutividade térmica e
temperatura específica adequadas para não retirar calor da
chapa durante o estiramento. Por fim, no processo de corte, quanto mais fina a chapa,
menor a folga entre a ferramenta macho e fêmea para que a
separação ocorra sem problemas. Este fator da folga acaba
sendo influenciado pela dilatação térmica intensa que ocorre na entre a linha de corte e a zona refrigerada nos punções, a qual pode atingir 40ºC em 20mm de altura. Este fator acaba influenciando sensivelmente no processo de cisalhamento do plástico no momento do corte. Quanto mais quente o plástico no
instante do corte, maior a tendência de escoamento entre as
folgas dos punções. Caso a eficiência no processo de retirada de
calor da borda de corte esteja baixa, o processo demanda maior tempo para o plástico atingir a temperatura mínima para que
ocorra o cisalhamento total do produto. Desta forma, é fundamental que os componentes do molde
sejam produzidos dentro de rigorosas tolerâncias dimensionais e
54
que sejam posteriormente montados no bloco tomando-se o cuidado para manter as relações dimensionais entre os pares de
montagem dentro da ordem de grandeza de tolerâncias
adequada para um correto funcionamento do equipamento.
2.4.4 Automatização do Processo O nível de automatização no processo atual precisa ser
elevado pelo fato de estarmos lidando com produtos alimentícios.
O contato manual com o produto acabado é indesejável em
todas as etapas do processo. Todavia, na medida em que a produção aumenta, manter o nível de automação se torna cada
vez mais difícil. Produções maiores requerem moldes maiores, e moldes
maiores requerem máquinas maiores, e consequentemente
esforços e controles mais elaborados. Em termos de automação do processo, atualmente se faz o
controle de temperatura dos fornos de aquecimento, que tem como base um sistema de controle PID relativamente simples. Utilizando os termopares das resistências pilotos como
referência, o sistema controla a potência e, consequentemente,
as temperaturas nos bancos de resistências de aquecimento da
chapa. A maioria dos sistemas hoje encontrados em máquinas
comerciais utiliza um controle de posicionamento das prensas de conformação e corte utilizadas no processo de termoformagem.
Este sistema de controle utiliza como referência um sinal
proveniente de encoder acoplado diretamente no motor de acionamento do mecanismo de abertura e fechamento da prensa.
Controles de posicionamento, velocidades, acelerações e
torques destes motores são encontrados mundialmente em termoformadoras comerciais de grande porte para processamento de descartáveis. Os controladores são
normalmente compostos por servo-drivers programáveis, com
potência relativamente alta (5 a 50 kW), principalmente devido aos motores, cargas e condições de acelerações e dinâmicas
elevadas envolvidas no processo de fechamento e abertura da prensa e corte dos produtos.
55
3 PROJETO INFORMACIONAL
Este capítulo tem por objetivo apresentar o projeto
informacional da máquina em desenvolvimento. O objetivo básico consiste no estabelecimento das
especificações de projeto do modelo funcional de uma
termoformadora de copos descartáveis para uso laboratorial. São identificadas nesta fase as necessidades dos usuários,
que são convertidas em requisitos dos usuários, para depois
serem classificados e ordenados através da matriz da casa da
qualidade, e posteriormente serem transformados nas especificações meta de projeto.
A fase de projeto informacional é responsável pela captura,
tratamento e síntese das informações sobre o problema ou a
tarefa de projeto, onde a equipe do projeto necessita assimilá-lo e sistematicamente especificá-lo de forma mais detalhada.
Nesta etapa, são observadas as mais diversas informações
qualitativas referentes à construção, viabilidade técnica e
econômica, função e operação do produto em questão. A relação
das necessidades dos usuários é obtida através de pesquisas e
entrevistas com os envolvidos em todas as etapas do ciclo de vida do produto. O levantamento das informações técnicas e das necessidades dos usuários é utilizado basicamente para a
tomada de decisão em alguns dos aspectos inerentes às
condições de projeto e às atividades de monitoramento do
mesmo (Romano, 2003).
3.1 Definição do Escopo do Projeto O projeto caracteriza-se por conceber o modelo funcional
de uma máquina de termoformagem de produtos descartáveis
que vem ao encontro de uma necessidade de projeto de moldes de grande porte para produtos descartáveis.
A máquina deverá ser de pequeno porte (comparado ao
modelo comercial) e instrumentada o suficiente para permitir uma análise mais aprofundada do processo de termoformagem, com
enfoque no molde de formação e corte conjugados. O projeto
deverá seguir os critérios de similaridade na grande maioria dos aspectos, bem como sua instrumentação deverá ser suficiente
56
para disponibilizar o máximo informações possíveis afim de
efetuar diagnósticos confiáveis com o intuito de propor melhorias
no modelo atual de grande porte comercializado até então. Por se tratar de uma máquina industrial, ela é classificada
como um bem de capital na indústria de plásticos descartáveis.
Como se trata de um projeto onde algumas sub-funções estariam
sendo revistas, o conceito de projeto pode ser visualizado como um projeto adaptativo e de evolução, com grande
preponderância de desenhos industriais. Quanto ao volume de fabricação previsto, o projeto limita-
se a fabricar inicialmente um único protótipo do equipamento
apenas e pode então ser considerado como projeto
personalizado. Num levantamento inicial de informações sobre a condução
do projeto, há um desejo implícito de que este projeto não
ultrapasse 15% do valor total dos insumos da máquina de grande
porte (US$ 15.000,00 / R$ 2,26 Bco Central 11/07/2013).
3.2 Produtos Existentes no Mercado Como não foram encontradas evidências de concorrência
no mercado para este tipo específico de máquina, foram
adotados critérios de similaridade em função e tecnologia da
máquina de grande porte utilizada como referência para o
estudo. Foi utilizado basicamente a experiência do autor em
visitação a três feiras internacionais (K 2007, 2010 e 2013) na
Alemanha e feiras nacionais (Feiplastic 2007, 2011 e 2013). A tabela 3 apresenta um quadro comparativo baseado nestas informações e descreve os principais fabricantes de máquinas
existentes no mercado mundial. As tecnologias de fabricação existentes no mercado serão
destacadas no decorrer do trabalho. Dentre as principais barreiras tecnológicas de fabricação encontradas, uma inovação apresentada pela empresas Marbach e Bosh Sprang da Alemanha ainda é algo a ser estudado com mais detalhamento
para uma futura avaliação do seu emprego nos equipamentos
em desenvolvimento. Trata-se da brasagem nos punções de
corte refrigerado, com objetivo de garantir a máxima eficiência de
refrigeração na borda de corte do molde.
57
TABELA 3 � Quadro apresentando os principais fabricantes de
máquinas de termoformagem (Benchmarking). Fabricante Configuração Mat-
Prima
Conceito
Hece (Brasil)
Ø70 / 45 cav x 30
ciclos/min PP Conceito nacional, acionado
com cames e empilhamento sem transferência automática
AMD (Brasil)
Ø70 / 70 cav x 30
ciclos/min PP Conceito nacional, acionado
com biela-manivela e empilhamento automático.
Illig (Alemanha)
Ø80 / 15 cav x 43
ciclos/min APET
Conceito europeu basculado com empilhamento ILLIG que gira 180° inclinado a 20°,
separação com aparato e
transferência fila a fila
horizontalmente. Gabbler / Lily (Alemanha)
Ø70 / 60 cav x 35
ciclos/min PP Conceito europeu basculado
com correia dentada e transferência própria.
Kiefel (Alemanha)
Ø80 / 18 cav x 43
ciclos/min
APET Conceito em teste. Braço
articulado (metade do giro) e aparato de sucção empilhando
na vertical. OMV (Itália)
7 cav margarina retangular x 28 ciclos/min
PP Empilhamento para traz do molde, entre as estufas, em correia. O mecansimo que retirava do molde, colocava o rótulo.
MEAF (Holanda)
Ø70 / 15 cav x 22
ciclos/min PP Conceito Europeu basculado
com empilhamento próprio. AMUT (Itália)
Ø70 / 35 cav x 35
ciclos/min PP Empilhamento Patenteado,
molde basculado em colmeia. Fonte: Autor (2012).
3.3 Normas e Leis que Afetam o Produto As normas e leis que se aplicam a este produto são
aquelas que relacionam a máquinas automáticas e prensas
mecânicas. A NR12 compreende o conjunto de diretrizes básicas que
tratam da segurança na operação do equipamento em
questão, apontando assim para algumas normas
complementares, conforme segue:
58
NBRNM213-1: Segurança de máquinas - Conceitos fundamentais, princípios gerais de projeto - Parte 1: Terminologia básica e metodologia. NBRNM213-2: Segurança de máquinas - Conceitos fundamentais, princípios gerais de projeto - Parte 2: Princípios técnicos e especificações NBR14009: Segurança de máquinas - Princípios para
apreciação de riscos. NBRNM-ISO13852: Segurança de máquinas - Distâncias
de segurança para impedir o acesso a zonas de perigo
pelos membros superiores. NBRNM-ISO13853: Segurança de máquinas - Distâncias
de segurança para impedir o acesso a zonas de perigo
pelos membros inferiores. NBRNM-ISO13854: Segurança de máquinas - Folgas mínimas para evitar esmagamento de partes do corpo
humano. NBR13759: Segurança de máquinas - Equipamentos de parada de emergência - Aspectos funcionais - Princípios
para projeto. NBRNM272: Segurança de máquinas - Proteções - Requisitos gerais para o projeto e construção de proteções
fixas e móveis. NBRNM273: Segurança de máquinas - Dispositivos de intertravamento associados a proteções - Princípios para
projeto e seleção. NBR14154: Segurança de máquinas - Prevenção de
partida inesperada.
3.4 Ciclo de Vida do Produto De posse do conhecimento do tipo de produto a ser
desenvolvido, dos desejos implícitos do projeto, dos produtos
existentes no mercado, da legislação e das tecnologias de ponta
que afetam o produto, pode-se então definir o ciclo de vida deste produto, identificar os seus usuários e levantar dados adicionais
para embasar as decisões de projeto. A identificação das etapas do ciclo de vida do produto e
dos agentes (usuários) envolvidos em cada uma destas etapas
59
foi realizada com base na espiral do ciclo de vida dos produtos mostrada na figura 25.
FIGURA 25 � Espiral do ciclo de vida do produto.
Fonte: Back et al (2008).
Os usuários do produto são divididos em usuários internos,
usuários intermediários e usuários externos. Segundo Back et al (2008), os usuários internos são aqueles envolvidos nas
atividades de planejamento, projeto, gerência, fabricação,
embalagem, montagem, manipulação e transporte do produto.
Os usuários intermediários em sua maioria são responsáveis
pela distribuição, promoção, marketing e vendas do produto. Já a
classe dos usuários externos compreende aqueles que de uma
forma ou outra irão usar ou consumir o produto e, conforme Back et al (2008), devem ter sua expectativa priorizada no projeto.
No caso específico deste protótipo em desenvolvimento, a
definição dos clientes ou usuários do produto deve levar em
consideração tanto aspectos intrínsecos do equipamento como
um protótipo de laboratório, quanto aspectos relacionados à
aplicação da tecnologia no mercado, visto que a função principal
deste equipamento consiste em servir de laboratório para a
implementação de melhorias significativas nos equipamentos de
grande porte que atendem ao mercado. O projeto do protótipo
deve conduzido sempre levando em consideração as
particularidades que serão encontradas pela aplicação no
equipamento de grande porte.
60
No escopo deste projeto, pode-se destacar como usuários
internos na etapa de projeto, os projetistas e desenhistas industriais. Já na etapa de fabricação das peças temos os
operadores de máquinas ferramentas em geral, caldeireiros e
soldadores. Na etapa de aquisição de peças e estocagem de
insumos encontram-se compradores e profissionais de almoxarifado. Por sua vez, a etapa de montagem e embalagem conta com eletricistas, mecânicos e programadores para a
função. Quando o ciclo interno na empresa montadora termina, a
etapa de armazenagem e transporte se faz presente com a equipe de apoio geral, montagem e estoque.
No setor específico não existe preocupação
armazenamento intermediário do produto, uma vez que o produto
é encomendado diretamente pelo cliente ao fabricante e a
entrega se dá na mesma forma. Assim, os usuários
intermediários não são agentes fundamentais no projeto deste
protótipo. Os usuários externos compreendem uma parte importante
para avaliação e retorno da informação do produto, por isso deve
ser considerada de vital importância para o sucesso do produto a
médio e longo prazo. Pode-se destacar para uso e função os
profissionais de desenvolvimento (pesquisadores na área de
termoformagem). Para manutenção, desativação e descarte
pode-se contar com mecânicos e eletricistas.
3.5 Levantamento das Necessidades dos Usuários Segundo Back et al (2008), é comum dizer ou escutar que
a voz do cliente ou usuário final constitui o principal e mais critico
requisito para alcançar a qualidade e competitividade almejada.
Além disso, o alcance da qualidade somente pode ser definida
pelos usuários e estes somente ficam satisfeitos se suas
necessidades ou desejos possam ser atendidos por um preço
que represente valor de uso. Dentre os muitos métodos empregados para efetuar a
busca pelas necessidades dos usuários, um dos mais
recomendados, segundo Back et al (2008) é o método das
entrevistas estruturadas com os usuários do produto. Para
levantamento das necessidades a equipe de projeto define
61
diretamente as necessidades do projeto em questão, auxiliada
por alguns usuários do restante do ciclo de vida do produto. Neste sentido, foram realizadas sete entrevistas com os
usuários internos da empresa que desenvolvem o equipamento.
Para tanto, não foi utilizado nenhum tipo de guia ou estrutura
para a pesquisa e entrevista. Foi dada liberdade aos entrevistados, que se sentiram à vontade para responder
questões do tipo abertas sobre o projeto do protótipo, sem ter que se preocupar com o fato de responder corretamente o que está sendo questionado, o que tende a acontecer no caso de se
aplicar pesquisas estruturadas. Com os resultados da entrevista realizada com esses diferentes envolvidos no ciclo de vida do equipamento, pode-se enumerar as necessidades dos usuário
conforme é apresentado a seguir. a) Projetistas: Ter as velocidades e produção do modelo TE3 (modelo
atualmente entregue pela empresa); Ter os mesmos controles do modelo TE3; Mostrar facilmente as temperaturas e pressões e exportá-las; Ser de fácil montagem e o mais modular possível,
parecida com a modelo TE3; Ser fácil de operar; Ser barata de fabricar; Ocupar pouco espaço; Utilizar componentes comerciais baratos, porque vai ser utilizada esporadicamente durante projetos específicos; Ter refrigeração igual ao modelo TE3 nos canais de
refrigeração das cavidades; Ter peças que se encaixam no padrão de qualidade das
empresas terceirizadas da região. b) Montadores de Termoformadoras: Peças não possuir erros em tolerâncias e ajuste; Possuir arruelas em todos os oblongos de regulagem. c) Operadores de Termoformadoras: Ter controle de pressão do prensa chapas a mão; Ter controle de pressão de formação a mão;
62
Ter controle de pressão e velocidade do pistão de
estiramento (plug-assist), régua (transportador do material), fechamento da prensa; Pode ter aquecimento da chapa por contato; Deve possuir regulagem mecânica e ajuste do corte; Na tela principal de operação deve ter: controle de
aquecimento, ajuste de ciclagem, ajuste de tempos de entrada e saída de contra chapas, formação, expulsão,
régua, corte e bobinamento de aparas, e deve ter ajuste de
refrigeração do molde.
3.6 Levantamento dos Requisitos dos Usuários Back et al (2008) ressalta que para o desenvolvimento do
produto é necessário que as necessidades dos usuários sejam
desdobradas em requisitos dos usuários, utilizando-se uma linguagem mais compacta e apropriada ao entendimento geral da equipe de desenvolvimento. Fonseca (2000) coloca duas recomendações básicas para auxiliar na conversão de
necessidades em requisitos dos usuários: a) frase composta por
um dos verbos ser, estar ou ter, seguido de um ou mais substantivos e b) frase composta por um outro verbo, seguido de um ou mais substantivos, denotando, neste caso, uma possível
função do produto. Aplicando-se estas técnicas as necessidades
dos usuários foram desdobradas em requisitos dos usuários e
separadas de acordo com as etapas do ciclo de vida do produto. A partir das informações básicas das necessidades dos
usuários do projeto, foi estruturada e organizada uma lista de
requisitos dos usuários de acordo com as etapas do ciclo de vida
do produto. a) Projeto: Não deve ser conflitante com patentes que restrinjam parcial ou integralmente a fabricação, a utilização e o
comercio do equipamento; Deve primar pela utilização da energia elétrica no
aquecimento e movimentação / controle do processo; Ter refrigeração igual ao modelo TE3 nos canais de
refrigeração das cavidades.
63
b) Fabricação: Deve primar por facilidade na fabricação, índice
primordial na redução de custos de insumos. Deve primar
por peças fabricadas em máquinas operatrizes
convencionais; Deve possuir peças com tolerância mais aberta possível. c) Aquisição de peças / estocagem Por se tratar de uma máquina piloto, o objetivo é alcançar
o menor dispêndio possível; Ser barata de fabricar; Utilizar componentes comerciais baratos, isto porque que será utilizada esporadicamente durante projetos
específicos; Ter peças que se encaixam no padrão de qualidade das
empresas terceirizadas da região. d) Montagem Deve buscar otimização da modularidade baseado em
critério de montagem e função; Deve ser constituída por módulos a serem montados
separadamente e integrados no final do processo de montagem, facilitando o controle de qualidade, a gestão de
custo, a logística, o estoque intermediário e a montagem; Deve primar por peças que não possam ser invertidas,
utilizando componentes padronizados; Ser de fácil montagem e o mais modular possível,
parecida com a modelo TE3; Peças não possuir erros em tolerâncias e ajuste; Possuir arruelas em todos os oblongos de regulagem. e) Embalagem Deve possuir o mínimo númerode partes salientes, facilitando a embalagem em módulos e definição mais
cúbica possível do espaço de embalagem; Deve possuir partes que se encaixam umas nas outras facilitando a embalagem. f) Armazenamento e transporte
64
Deve possuir indicações de carregamento e centro de
massa, afim de facilitar o transporte. Deve estar contido em espaço físico suficiente para ser transportado por meio
rodoviário (13x2,8x2,3m); Deve estar protegido e preparado para armazenamento por longo período de tempo em inatividade. Deve prever
possíveis saídas e entradas de óleo e lubrificação das
partes que possam oxidar com o tempo sem uso; Ocupar pouco espaço. g) Uso e função Deve possuir as configurações básicas para produção de
produtos descartáveis; Deve alcançar no mínimo a mesma velocidade do
modelo de grande porte; Deve ser o mais eficiente possível na etapa do
aquecimento da chapa; Deve possuir as configurações funcionais do modelo de
grande porte; Deve possuir um centro de comunicação homem-máquina que possibilite o acesso simples a programação
da máquina; O painel de comando deve estar acessível ao operador
em altura e espaço suficiente para operação; Deve possibilitar visualização do processo de
aquecimento da chapa e prensa sem obstruções de
visualização; Deve possuir layout organizado, fiação e tubulações em
lugares predefinidos, identificados e ocultos de preferência; Deve possuir válvulas de segurança para
despressurizarão rápida do circuito pneumático caso haja
parada de emergência; Deve possuir proteções contra incêndio no aquecimento
da chapa em operação e no caso de falta de energia ou ar comprimido; Deve restringir o acesso do operador as partes que possam causar danos físicos; Deve possuir todas as funções necessárias a
operacionalização do processo de fabricação de produtos
descartáveis;
65
Deve seguir as diretrizes operacionais existentes no modelo de grande porte; Deve apresentar de forma clara e objetiva os controle operacionais mínimos necessários para operacionalização
do processo, seguindo diretrizes do modelo de grande porte; Deve possuir cantos arredondados em áreas de acesso
do operador para evitar danos fiscos no contato acidental mais intenso; Deve possuir força suficiente para suportar os esforços
provenientes da transformação do produto descartável que
estiver sendo produzido naquele instante; Deve suportar e promover as velocidades e acelerações
necessárias a alcançar a produção do modelo de grande
porte, contemplando as respectivas inércias e acelerações
envolvidas; Deve contemplar uma área de controle central para reunir
todas as funções elétricas e pneumáticas utilizadas durante
o processo; Deve manter a similaridade em fluxo energético no
aquecimento da chapa e na refrigeração no molde. Deve primar por isolamento para aumentar eficiência de
na parte térmica; Deve contar com sinais de controle provenientes da IHM e seguranças no perímetro operacional; Ter as velocidades e produção do modelo TE3; Ter os mesmos controles do modelo TE3; Mostrar facilmente as temperaturas e pressões e exportá-las; Deve possuir estabilidade térmica suficiente suportada
por controle centralizado, para garantir produção estável de
produtos descartáveis; Ser fácil de operar; Ter controle de pressão do prensa chapas a mão; Ter controle de pressão de formação a mão; Ter controle de pressão e velocidade do pistão de
estiramento, régua, fechamento da prensa; Pode ter aquecimento da chapa por contato; Deve possuir regulagem mecânica e ajuste do corte;
66
Na tela principal de operação deve ter: 1)Controle de aquecimento; 2)Ajuste de ciclagem; 3)Ajuste de tempos de entrada e saída de contra chapas, formação, expulsão,
régua, corte e bobinamento de aparas; 4)Deve ter ajuste de refrigeração do molde. h) Manutenção, desativação e descarte Deve possuir intertravamento de segurança para
manutenções na prensa e molde; Deve evitar a utilização no projeto de componentes que venham a ferir a legislação de proteção do meio ambiente
vigente no caso do descarte do produto; Facilidade de acesso a ferramenta de formação e corte
conjugado e partes que sofrem desgaste como bordas de corte e articulações móveis; Deve possuir maior número de componentes recicláveis
possíveis, ou pelo menos com destino assegurado e
direcionado após uso; Deve possuir proteção contra corrosão e desgaste nas
partes expostas a fluidos e agentes abrasivos / oxidantes. Devem estar protegidas superfícies de contato direto com
a água de refrigeração, o ar ambiente, o manuseio
operacional e o produto a ser transformado / transportado e cortado; Deve possuir itens que na impossibilidade da reciclagem, possam ser descartados com certa facilidade; Deve possuir controle central afim de facilitar manutenção e possíveis atualizações operacionais. Segundo Fonseca (2000), outra ferramenta de auxílio da
transformação das necessidades dos usuários em requisitos
consiste em avaliar os atributos típicos dos sistemas técnicos.
3.6.1 Avaliação dos Atributos do Produto
Ainda auxiliando a transformação das necessidades em
requisitos dos usuários, Fonseca (2000) aconselha a utilização
de atributos típicos de sistemas técnicos, a qual foi aplicada e
seu resultado estratificado no ciclo de vida pode ser visualizado conforme segue.
67
Os fatores de influência no projeto do produto são
denominados atributos e suas propriedades e valores influenciam diretamente a definição da solução a ser desenvolvida. Sendo
assim, o procedimento de determinação de quais os grupos de
elementos que possuem influência sobre a definição do projeto
técnico da máquina se torna necessário nesta fase. A
estruturação proposta por Back et al (2008) foi adotada, pois retrata todos os aspectos aplicáveis de um produto genérico
neste projeto em questão de forma simples e direta.
3.6.1.1 Atributos Gerais Básicos
a) Funcionamento Deve possuir as configurações básicas para produção de
produtos descartáveis; Deve alcançar no mínimo a mesma velocidade do
modelo de grande porte; Deve ser o mais eficiente possível na etapa do
aquecimento da chapa; Deve possuir as configurações funcionais do modelo de
grande porte. b) Ergonômico Deve possuir um centro de comunicação homem-máquina que possibilite o acesso simples a programação
da máquina; O painel de comando deve estar acessível ao operador
em altura e espaço suficiente para operação; Deve possibilitar visualização do processo de
aquecimento da chapa e prensa sem obstruções de
visualização. c) Estético Deve possuir layout organizado, fiação e tubulações em
lugares predefinidos, identificados e ocultos de preferência. d) Econômico
68
Por se tratar de uma máquina piloto sob possível
subvenção econômica publica, o objetivo é alcançar o
menor dispêndio possível. e) Segurança Deve possuir válvulas de segurança para
despressurização rápida do circuito pneumático caso haja
parada de emergência; Deve possuir Inter travamentos de segurança para
manutenções na prensa e molde; Deve possuir proteções contra incêndio no aquecimento da chapa em operação e no caso de falta de energia ou ar
comprimido; Deve restringir o acesso do operador as partes que possam causar danos físicos. f) Confiabilidade A máquina deve funcionar continuamente sem problemas
durante um tempo mínimo especificado para testes seguindo como parâmetro os tempos da máquina de
grande porte (em média seis meses ininterruptamente); g) Legal Deve estar livre de restrições legais. h) Patentes Não deve ser conflitante com patentes que restrinjam
parcial ou integralmente a fabricação, a utilização e o
comercio do equipamento. i) Normalização Deve atender à normas regulamentadoras sobre
máquinas e equipamentos vigentes no país na atualidade. j) Modularidade Deve buscar otimização da modularidade baseado em critério de montagem e função. k) Impacto ambiental
69
Deve evitar a utilização no projeto de componentes que
venham a ferir a legislação de proteção do meio ambiente
vigente no caso do descarte do produto.
3.6.1.2 Atributos do Ciclo de Vida
a) Fabricabilidade Deve primar por facilidade na fabricação, índice
primordial na redução de custos de insumos. Deve primar
por peças fabricadas em máquinas operatrizes
convencionais; Deve possuir peças com tolerância mais aberta possível. b) Montabilidade Deve ser constituída por módulos a serem montados separadamente e integrados no final do processo de montagem, facilitando o controle de qualidade, a gestão de
custo, a logística, o estoque intermediário e a montagem; Deve primar por peças que não possam ser invertidas,
utilizando componentes padronizados. c) Embalabilidade Deve possuir o mínimo númerode partes salientes, facilitando a embalagem em módulos e definição mais
cúbica possível do espaço de embalagem. Deve possuir
partes que se encaixam umas nas outras facilitando a embalagem. d) Transportabilidade Deve possuir indicações de carregamento e centro de
massa, afim de facilitar o transporte. Deve estar contido em espaço físico suficiente para ser transportado por meio
rodoviário (13x2,8x2,3m). e) Armazenabilidade Deve estar protegido e preparado para armazenamento por longo período de tempo em inatividade. Deve prever
possíveis saídas e entradas de óleo e lubrificação das
partes que possam oxidar com o tempo sem uso.
70
f) Comerciabilidade Não está explicita a estratégia de vendas do produto, uma vez que o produto é vendido sob encomenda,
seguindo o que é realizado na máquina de grande porte. g) Função Deve possuir todas as funções necessárias a
operacionalização do processo de fabricação de produtos
descartáveis; Deve seguir as diretrizes operacionais existentes no modelo de grande porte. h) Usabilidade Deve apresentar de forma clara e objetiva os controle operacionais mínimos necessários para operacionalização
do processo, seguindo diretrizes do modelo de grande porte. i) Mantenabilidade Facilidade de acesso a ferramenta de formação e corte
conjugado e partes que sofrem desgaste como bordas de corte e articulações móveis. j) Reciclabilidade Deve possuir maior númerode componentes recicláveis
possíveis, ou pelo menos com destino assegurado e direcionado. k) Descartabilidade Deve possuir itens que na impossibilidade da reciclagem, possam ser descartados com certa facilidade;
3.6.1.3 Atributos Específicos
a) Material / forma Deve possuir cantos arredondados em áreas de acesso
do operador para evitar danos fiscos no contato acidental mais intenso.
71
b) Material / Tipo Deve possuir proteção contra corrosão e desgaste nas
partes expostas a fluidos e agentes abrasivos / oxidantes. Devem estar protegidas superfícies de contato direto com a
água de refrigeração, o ar ambiente, o manuseio
operacional e o produto a ser transformado / transportado e cortado. c) Energético / Força Deve possuir força suficiente para suportar os esforços
provenientes da transformação do produto descartável que
estiver sendo produzido naquele instante. d) Energético / Velocidade Deve suportar e promover as velocidades e acelerações
necessárias a alcançar a produção do modelo de grande
porte, contemplando as respectivas inércias envolvidas. e) Energética / Tipo Deve primar pela utilização da energia elétrica no
aquecimento e movimentação / controle do processo; Deve contemplar uma área de controle central para reunir
todas as funções elétricas e pneumáticas utilizadas durante o processo. f) Energética / Fluxo Deve manter a similaridade em fluxo energético no
aquecimento da chapa e na refrigeração no molde. Deve primar por isolamento para aumentar eficiência de na parte
térmica. g) Controle / Sinal Deve contar com sinais de controle provenientes da IHM e seguranças no perímetro operacional. h) Controle / Estabilidade Deve possuir estabilidade térmica suficiente suportada
por controle centralizado, para garantir produção estável de
produtos descartáveis.
72
i) Controle / Sistemas Deve possuir controle central afim de facilitar manutenção e possíveis atualizações operacionais. Os requisitos dos usuários são elementos fundamentais na
análise de um projeto, pois eles traduzem de forma direta e mais
clara quais são as necessidades dos clientes. A próxima etapa consiste em valorar estes requisitos, de
forma a obter um ordenamento por ordem de importância de
cada um dos requisito para o projeto. É impossível um projeto
atender plenamente a todos os requisitos ao mesmo tempo, visto que vários requisitos são conflitantes entre si. Sendo assim, é
fundamental descobrir quais são as necessidades mais
importantes de serem satisfeitas pelo projeto para que se obtenha um produto de qualidade. Através desta análise será
possível determinar posteriormente quais são os aspectos do
projeto que devem receber a maior atenção e prioridade para
que se consiga um produto mais adequado. Esta análise da ordem de importância dos requisitos dos
usuários é realizada através do emprego de uma ferramenta
chamada de diagrama de Mudge conforme é motrado no anexo A. Nesta ferramenta, cada requisito é comparado com os demais e é estipulada uma hierarquia de prioridade por importância do
requisito para o projeto, resultando assim no ordenamento pretendido.
3.7 Levantamento dos Requisitos do Produto Após definida uma listagem dos requisitos dos usuários, é
necessário que estes sejam transformados em requisitos do
produto, ou seja, o estabelecimento das características de
engenharia do produto. Estas características expressam, conforme Reich (1996)
apud Dias (2012), a "voz da engenharia" e esta atividade de transformação é denominada, conforme Hauser e Clausing
(1988) apud Dias (2012), de tradução dos requisitos dos usuários
em características de engenharia. Segundo Back et al (2008), a palavra tradução significa interpretar cada requisito do usuário e
expressar o resultado em uma linguagem técnica, orientada ao
73
objeto em estudo, denominados requisitos do produto, que devem ser, na medida do possível, parâmetros mensuráveis. O
estudo de tradução para linguagem de engenharia foi realizado nos requisitos do usuário e o resultado forneceu uma série de
requisitos do produtos classificados dentro do ciclo de vida do produto, conforme pode ser visualizado a seguir.
a) Projeto Ser livre de conflitâncias com patentes Utilizar energia elétrica no aquecimento, movimentação e
controle; Ter vazão mínima de 0,6L/s nas cavidades e 0,06 L/s nas facas de refrigeração; Dissipar 220 W por cavidade unitária; Priorizar peças fabricadas em máquinas operatrizes convencionais. b) Fabricação Peças com tolerâncias maiores possíveis. c) Aquisição de peças / estocagem Utilizar componentes comerciais paralelos, deve ser reutilizada durante outros projetos específicos. d) Montagem Ser modular baseado em função e montagem; Possui peças que possam ser invertidas de lado na montagem. e) Embalagem Estruturar de maneira a preparar para o transporte. f) Armazenagem e transporte Ter indicações de carregamento; Estar em espaço máximo de 13x2.8x2.3m; Embalagem deve permitir entrada e saída de lubrificação. g) Uso e função Alcançar produção de 30 ciclos por minuto;
74
Ter o tempo de posicionamento do mecanismo de transporte da chapa t=0,5s; Ter aquecimento da chapa com potencia disponível de
2000 W/m²; Ter o tempo de posicionamento da prensa t=0,5s; Ter o tempo de estiramento da chapa t=0,3s; Ter força de estiramento de 600N por cavidade; Ter força de corte de 6000N por cavidade; Ter sistema de isolamento lateral dos fornos; Ser provida de IHM disposta em local adequado; Ter carenagem permitindo segurança e visualização dos
processos; Ter fiação e tubulações identificados agrupados em locais não visíveis; Ter válvulas de segurança de parada rápida; Ter sistema de proteção contra incêndio nos fornos; Ter sistema de segurança na movimentação dos fornos; Ter cantos arredondados em áreas de entrada e saída de
chapa e produtos; Possuir painel central de controle pneumático e elétrico; Ter controle de temperaturas com overshoting de 1ºC; Ter regulagem mecânica de penetração dos punções; Na tela principal de operação deve ter : Controle de
aquecimento; Ajuste de tempos de entrada e saída de
contra chapas, formação, expulsão, régua,corte e
bobinamento de aparas; Ajuste de velocidades de abertura e fechamento da prensa; Deve ter ajuste de refrigeração do molde; Ter intertravamento para manutenção na prensa; Facilitar o acesso a ferramenta de corte em paradas rápidas; Ter proteção nas superfícies em contato com o manuseio
operacional, o produto e a água de refrigeração. Uma vez definidos os requisitos do produto, deve-se
identificar a prioridade de cada um dos requisitos dentro do processo de desenvolvimento, afim de ir a busca de soluções
que, segundo Back et al (2008), podem atender a um requisito em detrimento de outro se as ações forem de efeitos contrários.
75
Os requisitos de projeto ainda devem ter suas prioridades ordenadas, de forma que o produto atenda às necessidades dos
usuários, valorizando as características que eles consideram
mais importantes. Para isso, a ferramenta matriz da casa da qualidade ou primeira matriz do QFD (Quality Function
Deployment) foi utilizada no estudo. A aplicação destas
ferramentas em detalhes também é descrita no Apêndice B.
3.8 Definição das Especificações do Produto As especificações do projeto são constituídas pelos
requisitos de projeto organizados com sua ordem de prioridade, seus valores metas, formas de avaliação destes valores e
aspectos indesejáveis (Fonseca, 2000). As especificações do
produto são o resultado final do processo de transformação das
necessidades dos usuários e, segundo Back et al (2008), são
freqüentemente citadas como a parte mais importante do
desenvolvimento do produto. As especificações do produto são
mostradas na tabela 4 a seguir. Através das diretrizes acima citadas, o projetista tem
condições de tomar decisões de projeto com um correto
embasamento acerca de que aspectos devem ser mais trabalhados e desenvolvidos em detrimento aos demais, buscando assim um produto final que atenda da melhor maneira possível aos desejos dos usuários. A ordem de prioridade pode ser observada na matriz QFD conforme apresentada no apendice B.
TABELA 4 � Lista das especificações do produto.
Requisito Meta Forma de
Avaliação
Aspectos
Indesejados
Ser livre de conflitâncias
com patentes Sim / Não
Ter conflito Implicações
Jurídicas Energia elétrica p/ aquecim., movimentação
e controle
100% Verificação em
projeto Falta de controle nos processos
Ter vazão adequada nas facas de refrigeração
0,6l/s e 0,06 l/s
Medir vazão Má refrigeração do
molde Dissipar 220 W por cavidade unitária
220 W Medir temp. x vazão
água Tempo de processo aumentado
Peças fabricadas em
máquinas convencionais 100% Contagem de peças Elevação de custo
Peças com tolerâncias Sim / Verificação em Elevação de custo
76
maiores possíveis Não detalhamento Custo do material < U$
15.000,00
Planilha de custos Má qualidade do
sistema
Utilizar componentes comerciais paralelos
100% Verificação das
peças Má qualidade do sistema
Ser modular baseado em função e montagem
Sim / Não
Verificação em
projeto Má montagem e adaptabilidade
Possuir peças simétricas 100% Verificação em
projeto e montagem Comprometer a montagem
Estruturar de maneira a preparar para o transporte
Sim / Não
Verificação em
projeto pontos de transporte
Comprometer a integridade durante o transporte
Ter indicações de
carregamento Sim / Não
Verificação em
projeto pontos de levantamento
Danificar definitivamente o produto
Estar em espaço máximo
de 13x2.8x2.3m Sim / Não
Medir Não cabe em caminhões
Embalagem deve permitir entrada e saída de
lubrificação
Sim / Não
Verificar entrada de lubrificação na
embalagem
Comprometer o produto no armazenamento
Alcançar produção de 30
ciclos por minuto > 30 ciclos/ min
Medir ciclagem Não atingir
produção meta
Tempo de posicionamento do transporte da chapa
< 0,5 s Verificar tempo Comprometer produtividade meta
Ter aquecimento da chapa com potência 2000
W/m²
> 2000 W/m²
Medir potência
elétrica Prejudicar funcionalidade
Tempo de posicionamento da prensa t=0,5s
< 0,5 s Verificar tempo Comprometer a produtividade
Tempo de estiramento da chapa t=0,3s
< 0,3 s Verificar tempo Comprometer a produtividade e qualidade
Ter força de estiramento
de 600N por cavidade > 600 N Depende do
conceito de estiramento
Compromete a funcionalidade da máquina
Ter força de corte de 6000N por cavidade
> 6000 N Depende do mecanismo de corte
Compromete a separação do
descartável Ter sistema de isolamento lateral dos fornos
Sim / Não
Verificar projeto mecânico
Afetar eficiência do
aquecimento
Ser provida de IHM disposta em local adequado
Sim / Não
Verificar projeto de automação
Comprometer a operação
Ter carenagem permitindo segurança e
visualização dos
processos
Sim / Não
Verificar nível de
visualização e
segurança
Comprometer segurança e
operação
77
Ter fiação e tubulações
identificados agrupados em locais não visíveis
Sim/ Não Verificar na montagem
Dificultar manutenção e
piorar segurança Ter válvulas de segurança de parada
rápida
Sim / Não
Verificar no sistema de segurança
Prejudicar sistema de segurança em
manutenção Ter sistema de proteção
contra incêndio nos
fornos
Sim / Não
Verificar no sistema de segurança
Prejudicar sistema de segurança em
operação Ter sistema de segurança
na movimentação dos
fornos
Sim / Não
Verificar no sistema de segurança
Prejudicar sistema de segurança em
operação Cantos arredondados na entrada e saída de chapa
Sim / Não
Verificar projeto Mecânico
Aumenta o risco de acidentes
Painel central de controle pneumático e elétrico
Sim / Não
Verificar projeto mecânico
Facilita manutenção
Controle de temperaturas com overshoting de 1ºC
< 1ºC Medir em operação Compromete segurança e
qualidade Ter regulagem mecânica
de penetração dos
punções.
< 10 mm Medir Compromete setup e troca de moldes
Funções na tela principal Sim/ Não Verificação projeto de automação
Compromete uso, segurança e qualidade
Deve ter ajuste de refrigeração do molde
> 10 ºC Verificar controladores
Compromete controle térmico
Ter intertravamento para manutenção na prensa.
Sim / Não
Verificação em
projeto segurança Tornar a máquina
insegura para manutenção
Facilitar o acesso a ferramenta de corte em paradas rápidas
Sim / Não
Verificar acesso a ferramenta
Dificultar o ajuste e setup de maquina
Ter proteção nas
superfícies em contato
com o manuseio operacional, o produto e a água de refrigeração
100 % Verificar em projeto quanto das superfícies está
protegida
Comprometer a integridade do produto a curto e médio prazo
Fonte:Autor (2012). Com a definição das especificações do produto e suas
metas, o próximo passo consiste em realizar o projeto conceitual do produto, conforme será visto no próximo capítulo.
78
4 PROJETO CONCEITUAL
Este capítulo apresenta o projeto conceitual da máquina
termoformadora de copos descartáveis para uso laboratorial.
Após definir a estrutura funcional do produto, serão apresentados
os princípios de solução para cada função identificada no produto
e então será feita uma combinação destes princípios de solução
visando apresentar soluções viáveis para o projeto. Por fim, as soluções propostas serão analisadas e
comparadas para se chegar a uma solução considerada ideal
para o produto em desenvolvimento.
4.1 Estrutura Funcional O primeiro passo no desenvolvimento do projeto conceitual
consiste no emprego do método da síntese funcional que,
segundo Pahl e Beitz (1996) apud Back et al (2008), compreende os seguintes passos:
Formular o problema ou a destacar a função global do
mesmo; Estabelecer uma estrutura ou um fluxo de funções do
problema ou processo; Pesquisar ou criar os princípios de solução para cada
uma das funções da estrutura; Combinar princípios de solução para cada função da
estrutura; Selecionar as concepções viáveis. A função global ou genérica do sistema é apresentada na
figura 26. Ela apresenta basicamente o objetivo principal a ser alcançado pelo equipamento e as interfaces existentes com o meio externo. Segundo Back et al (2008), dificilmente se consegue visualizar ou encontrar a solução para a função global,
que transforme diretamente entradas em saídas. No caso do projeto em questão não é muito fácil visualizar
a transformação direta de matéria-prima em copo descartável
simplesmente pela aplicação de sinais de controle, energia
elétrica, térmica, pneumática e hidráulica no processo. Todavia,
se a função for decomposta sucessivamente em funções mais
79
simples, parciais até um nível mais elementar, a solução do
problema começa a parecer mais tangível.
FIGURA 26 - Função global da máquina termoformadora de
copos descartáveis. Fonte: Autor (2012).
As etapas envolvidas no processo de termoformagem são
bem delimitadas e conhecidas, como apresentado no Capítulo 2.
Sendo assim, a função global foi então desdobrada de acordo
com as recomendações de Focellini (2001), ou seja, o tanto quanto fosse possível. A figura 27 representa o segundo nível da
estrutura funcional.
FIGURA 27 � Segundo nível da estrutura funcional do sistema
técnico da termoformadora de copos descartáveis. Fonte: Autor (2012).
80
O próximo passo consiste em decompor as funções
parciais em funções elementares, menos complexas. Segundo
Back et al (2008), tal estrutura é elaborada principalmente
levando-se em conta a experiência dos projetistas. Deve-se ainda verificar se não existem princípios de solução ou módulos
prontos para executar tal função parcial. Caso exista, não há
necessidade de continuar desdobrado tal função. Uma descrição
completa das funções parciais desdobradas em funções
elementares é mostrada na tabela 5.
TABELA 5 � Funções elementares. Função Descrição Entrada Saída
F1 Guiar Chapa
Necessidade de guiar a chapa para iniciar processo de fixação
Chapa solta e alinhada
Chapa plástica
guiada
F2 Fixar Chapa Fixar a chapa para atravessar o processo
Chapa guiada Chapa fixada no mecanismo de transporte
F3 Transportar a Chapa
Transportar a chapa através da máquina de
termoformagem
Chapa fixada Chapa transportada pela máquina
F3.1 Controlar posição
Controlar passo do transporte da chapa
Posição inicial
da chapa Posição final da
chapa F3.2 Mover a chapa
Arrastar a chapa da posição inicial para a final
Chapa fixa na posição inicial
Chapa fixa na posição final
F4 Aquecer a chapa
Aquecer a chapa da temperatura de entrada na máquina a temperatura de
termoformagem
Chapa fria dentro dos fornos de aquecimento
Chapa quente posicionada dentro do molde
F4.3 Posicionar resistências sob
e sobre chapa
Energia mecânica para
movimentação dos fornos Sinal de inicio de processo
Fornos posicionados sob e sobre a chapa
F4.2 Controlar temperatura dos aquecedores
Controlar temperatura dos fornos
Sinal de temperatura dos fornos
Temperatura dos fornos controlada
F4.3 Aquecer fornos
Aquecer os fornos Energia térmica
Forno aquecido
F5 Fechar a prensa
Fechar a prensa, selando parcialmente a câmara de
conformação
Energia mecânica para a prensa
Prensa fechada e câmara
parcialmente selada
F5.1 Movimentar a prensa para cima
Movimentar a prensa e molde contra a parte fixa com a chapa no seu interior
Energia mecânica para
movimentação
vertical ascendente
Prensa fechada e câmara de
conformação
parcialmente selada.
F5.2 Controlar posicionamento da prensa
Controlar o ponto da parada fechamento da prensa
Sinal de controle de posição
Prensa fechada e posicionada.
81
F6 Fixar Bolacha
Vedar a câmara e fixar a
bolacha evitando falhas no estiramento e na conformação
Chapa posicionada no interior da câmara
Câmara selada e
bolacha fixada
F6.1 Pressionar a chapa
Pressionar o perímetro da
bolacha que da origem ao produto
Chapa aquecida posicionada
Chapa pressionada e travada
F6.2 Controlar força de pressionamento
Controlar a força / pressão
com a qual a chapa é
pressionada
Sinal de pressão na
chapa
Pressão na chapa controlada.
F7 Estirar a bolacha
Estirar a bolacha para distribuir uniformemente o material ao longo da parede do produto
Bolacha fixa pré-aquecida no interior da câmara
Bolacha estirada
F7.1 Empurrar o macho contra a chapa
Empurrar o macho contra a chapa, estirando o produto
Energia mecânica
Macho na posição
final
F7.2 Controlar velocidade de estiramento
Controlar a velocidade com que a bolacha é
estirada
Velocidade do macho de estiramento
Velocidade de estiramento controlada
F8 Conformar o produto
Pressionar a bolacha estirada quente contra a parede do molde gelada
Bolacha estirada
Produto conformado
F8.1 Pressionar a bolacha contra o molde
Pressionar a bolacha estirada contra as paredes do molde gelado
Bolacha aquecida e pré-estirada
Bolacha pressionada contra o molde
F8.2 Controlar a pressão de
conformação
Controlar a pressão da bolacha contra o molde
Sinal de pressão de
conformação
Pressão
controlada
F8.3 Refrigerar o molde
Refrigerar o molde para extrair calor da chapa
Energia de refrigeração
Molde refrigerado
F8.3.1 Controlar vazão da água
de refrigeração
Controlar temperatura e vazão de água que passa no molde
Sinal de temperatura da água
Controle de fluxo de água que
refrigera o molde F9 Cortar o produto
Separar o produto da chapa que lhe deu origem
Produto conformado no molde
Produto cortado e separado da chapa
F10 Abrir prensa
Abrir prensa, liberando o produto já separado da chapa
Energia para movimentação
vertical
Prensa aberta, expondo o produto para expulsão
F10.1 Movimentar a prensa para baixo
Movimentar a prensa e molde contra para o ponto máximo inferior (PMI) do mecanismo
Energia para movimentação
vertical descendente
Prensa aberta e produto e aparas habilitados para extração
F12 Desacoplar a chapa (aparas)
Desacoplar a chapa do mecanismo de transporte após separado o produto
Prensa aberta Aparas desacoplado
F12 Expulsar o produto
Retirada do produto já
separado da chapa do interior do molde
Prensa aberta e produto separado
Produto expulso do interior do molde.
Fonte: Autor (2012).
82
4.2 Princípios de Solução Com a definição da estrutura funcional, o próximo passo
consiste na busca por princípios de solução para cada função da
estrutura funcional. Depois de definida a estrutura funcional, a busca por
princípios de solução para cada função da estrutura deve ser
realizada, segundo Back et al (2008), por um levantamento da literatura técnica, de soluções adotadas em sistemas técnicos
similares existentes, utilizando catálogos, banco de dados com
princípios de solução ou ainda soluções criadas utilizando
métodos como brainstorming, analogias, dentre outros. A forma mais recomendada para apresentar os princípios de solução
consiste em montar uma matriz morfológica. Na primeira coluna
são listadas as funções e, em cada linha, para cada função, são
dispostos e separados em colunas todos os princípios de solução
encontrados, de forma independente, sem se preocupar com as demais linhas da matriz. São preenchidas, para cada linha,
tantas quantas forem as soluções encontradas pra cada função
conforme a matriz morfológica mostrada na tabela 6. Algumas restrições estão presente neste projeto e
dependem de uma análise mais detalhada de custos, durabilidade, rendimento e manutenção. Estes critérios são
adotados para a escolha de algumas funções específicas, como
é o caso dos sensores de temperatura dos fornos, os
termopares, que resistem a temperaturas próximas aos 800ºC
utilizando-se resistências elétricas, e 1200ºC utilizando-se queimadores a gás.
O mesmo também ocorre com o controle de temperatura
do molde. Por se tratar de um sistema com controle lento, optou-se por utilizar a técnica de controle utilizada na indústria de
termoformagem mundialmente consolidada, com o controle da vazão de água que passa por dentro dos canais de refrigeração
do molde e assim da sua temperatura de saída. A água por sua
vez, tem sua temperatura controlada externamente em geladeiras próprias comerciais e adaptadas para tal função.
83
TABELA 6 � Princípios de solução.
F2 - Fixar Chapa F12 - Desacoplar Chapa
Pistão Pneumático
Bocal Corrente Dentada
Pistão Pneumático e Catraca
Corrente Dentada e Motor
F3.2 - Transladar a chapa
Fuso, catraca e Motor
Correias dispostas uma contra a
outra e Motor
Batente Mecânico Ajustável
Sensor de proximidade e CLP
F3.1 - Controlar posição do
transportador F5.2 - Controlar posicionamento da prensa
Malha Fechada / Sensor Linear e CLP
Malha Fechada / Encoder e CLP
F4.1 - Controlar temperatura dos fornos
Malha Fechada / Termopar e CLP
Malha Fechada
Termopar e Controlador Dedicado
84
Malha Fechada - Termopar e Placa Aquisição / Controle
Radiação - Resistências Elétricas
Radiantes
Radiação e Convecção Bicos Queimadores Gás F4.2 -
Aquecer fornos
Convecção - Resistências
Elétricas e Ventiladores
Contato - Resistências Elétricas
Transladar os Fornos
F4.3 - Posicionar resistências
sob e sobre a chapa
Abrir os Fornos
Transladar a Chapa
85
Came e Seguidor com Motor
Joelho Multiplicador de Força com
Motor
Pistão Pneumático com ação
Direta
Joelho Multiplicador de Força com
Pistão
F5.1 - Movimentar a prensa para cima F7.1 - Empurrar o macho contra a chapa (Estirar) F9 - Cortar o produto F10.1 - Movimentar a prensa para cima
Fuso com Motor
Biela-Manivela com motor
Regulador de Vazão de Ar
Malha Fechada - Encoder e CLP F7.2 - Controlar velocidade de estiramento
Regulador de Pressão de Ar
Malha Fechada Sensor Linear e CLP
86
Malha Fechada
PT 100, Controlador Dedicado e Válvula ON/OFF
Malha Fechada
PT100, Controlador Dedicado e Válvula Proporcional
F8.3.1 - Controlar a vazão da
água de
refrigeração
Malha Fechada
PT100, CLP e Válvula ON/OFF
Malha Fechada
PT100, CLP e Válvula
Proporcional
Jato de Ar
Braço mecânico
F11 - Expulsar o produto
Girar molde e empurrar produto
para fora do mesmo
Aspirar Produtos com Vácuo
Fonte: Autor(2013).
A busca por princípios de solução pode gerar listas
enormes de possibilidades. Como o enfoque principal deste projeto consiste em melhorar um processo já existente, não se
buscou ampliar muito a complexidade destes princípios de
solução, visto que não se busca aqui um projeto completamente
87
inovador, mas sim um projeto que tenha condições de ser implementado de forma rápida nos produtos de grande porque
que são comercializados. Após encontrados os princípios de solução alternativos
para cada função, o passo seguinte consiste em buscar as
soluções ou concepções para solucionar o problema global
proposto. Procura-se desta forma, combinar os princípios de
solução de uma linha com os princípios das demais linhas na
matriz morfológica. Desta forma, rapidamente pode-se chegar a um número elevado de concepções alternativas, o que, contudo,
pode tornar exaustiva esta etapa do trabalho, conforme comenta Santana (2005). Ainda assim, nem todas as combinações são
realizáveis ou viáveis técnica e economicamente (Menegatti,
2004). Seguindo este raciocínio, Pahl e Beitz (1996), Ferreira
(1997), Reis (2003), Scalice (2003) e Menegatti (2004) apud Santana(2005) ressaltam que existem alguns critérios
determinantes para o número de combinações geradas. Estes
critérios são: (a) somente combinar sub-funções com princípios
de solução compatíveis; (b) somente procurar por soluções que
atendam a especificação de projeto e às restrições de
orçamento; (c) concentrar em combinações promissoras
estabelecendo as razões de tal preferência, (d) basear-se na estrutura de funções e (e) usar o bom senso.
Seguindo as diretrizes propostas por estes critérios, muitas
combinações propostas foram prontamente descartadas. Segundo Santana (2005), o detalhamento do modelo de
princípio de solução deve ser o suficiente para expressar as
propriedades físico-técnicas que são essenciais ao seu
funcionamento.
4.3 Combinação dos Princípios de Solução Definidas as funções do produto e os princípios de solução
viáveis para cada função, o próximo passo consiste em abstrair
concepções para a máquina, através de uma combinação entre
os vários princípios de solução. Após análises preliminares de limitações do projeto e de
foco no escopo do produto a ser desenvolvido, o estudo resultou na escolha de sete concepções diferentes da máquina a serem
detalhadas.
88
4.3.1 Concepção A
Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por pistão pneumático atuado com eletroválvula
direcional, com velocidade ajustada por regulador de fluxo pneumático e curso regulado por batente mecânico. Não usa
correntes dentadas no transporte da chapa, e sim um pistão
pneumático com catraca, acionado com eletroválvula, ajuste de
velocidade com regulador de fluxo pneumático e regulagem de
curso (posição), com batente mecânico ajustável. Aquecimento
por condução em contato mecânico da chapa com os
aquecedores, através de duas placas com resistências no seu
interior. Ajuste de temperatura dos fornos por controle em malha fechada com controlador dedicado, simples e economicamente viável. Utiliza o conceito de movimentação das estufas, que abre
os fornos em torno de um pino de articulação central. Movimento
vertical da prensa através de joelho multiplicador acionado com
pistão pneumático, com regulagem de posicionamento com
batente ajustável e ajuste de velocidade por válvulas reguladoras
de fluxo pneumáticas. Ajuste de pressão no contra-chapas através de um regulador de pressão pneumático mecânico
externo ao molde, com ajuste de posição realizado por batentes
de fim de curso fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão pneumático, acionado diretamente, com ajuste de
velocidade por válvula reguladora de fluxo pneumática e
regulagem de posição final por batente mecânico ajustável
(volante) acoplado na extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação
de pressão pneumática controlada dentro da câmara de
conformação. O ajuste de pressão se dá por meio de um
regulador de pressão universal. Controle de refrigeração do
molde utilizando PT100 em malha fechada com controladores de temperatura discretos. Acionamento de válvulas ON/OFF que controlam o fluxo médio de água que entra e sai do molde em cada canal de refrigeração. Corte do produto através do
mecanismo joelho multiplicador, acionado por pistão pneumático.
Retirada dos produtos de dentro do molde por expulsão com jato
de ar, atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde. A figura 28 mostra um esquema do conceito.
89
FIGURA 28 - Concepção A.
Fonte: Autor (2012).
4.3.2 Concepção B Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por pistão pneumático atuado com eletro-válvula
direcional, com velocidade ajustada por regulador de fluxo pneumático e curso regulado por batente mecânico. Transporte
da chapa por fuso com catraca, acionado com motor elétrico,
ajuste de velocidade via CLP e inversor de frequência e
regulagem de curso (posição), com sensor de proximidade e
CLP. Aquecimento por condução em contato mecânico da chapa
com os aquecedores, através de duas placas com resistências
no seu interior. Ajuste da temperatura dos fornos por malha fechada com placa de aquisição de dados e controle no
computador, que permite a captura dos dados de aquecimento para posterior análise. Movimentação das estufas que abrem os
fornos em torno de um pino de articulação central. Movimento
vertical da prensa por pistão pneumático com eletro-válvula
acionando diretamente o mecanismo, regulagem de posicionamento com batente ajustável e ajuste de velocidade por
válvulas reguladoras de fluxo pneumáticas. Ajuste de pressão no
90
contra-chapas através de um regulador de pressão pneumático
mecânico externo ao molde, com ajuste de posição realizado por
batentes de fim de curso fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão pneumático, acionado diretamente, com ajuste de
velocidade por válvula reguladora de fluxo pneumática e
regulagem de posição final por batente mecânico ajustável
(volante) acoplado na extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação
de pressão pneumática controlada dentro da câmara de
conformação. O ajuste de pressão se dá por meio de um
regulador de pressão universal. A figura 29 mostra um esquema do conceito proposto.
FIGURA 29 - Concepção B.
Fonte: Autor (2012). Controle de refrigeração do molde por CLP associado a
válvulas proporcionais controlando o fluxo médio de água que
entra e sai do molde em cada canal de refrigeração. Corte do
produto através do mecanismo joelho multiplicador, acionado por
pistão pneumático. Retirada dos produtos de dentro do molde por
91
expulsão com jato de ar, atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde.
4.3.3 Concepção C
Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por bocal e corrente dentada. Transporte da chapa por corrente dentada, acionada com motor elétrico, ajuste de
velocidade via CLP e inversor de frequência e regulagem de
curso (posição), com sensor linear. Aquecimento por convecção,
através de um banco de resistências cerâmicas que recebe um
fluxo de ar em suas paredes e leva o calor até a chapa. Ajuste de temperatura dos fornos de aquecimento por termopar e controle em malha fechada com controlador dedicado, atuando nas resistências elétricas e na velocidade do fluxo de ar incidente
sobre o sistema. Movimentação das estufas com translação
lateral dos fornos. Movimento vertical da prensa pelo princípio de
came seguidor acionando diretamente com motor elétrico
monitorado com encoder, controle de velocidade e posição
efetuado por CLP e driver dedicado. Ajuste de pressão no contra-chapas através de um regulador de pressão pneumático
mecânico externo ao molde, com ajuste de posição realizado por
batentes de fim de curso fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão pneumático, acionado diretamente, com ajuste de
velocidade por válvula reguladora de fluxo pneumática e
regulagem de posição final por batente mecânico ajustável
(volante) acoplado na extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação
de pressão pneumática controlada dentro da câmara de conformação. O ajuste de pressão se dá por meio de um
regulador de pressão universal. Controle de refrigeração do
molde utilizando PT100 em malha fechada com controladores de temperatura discretos. Acionamento de válvulas ON/OFF que
controlam o fluxo médio de água que entra e sai do molde em cada canal de refrigeração. Corte do produto através do
mecanismo da prensa. Retirada dos produtos de dentro do molde por expulsão com braço mecânico, atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde a cada ciclo. A figura 30 mostra um esquema do conceito proposto.
92
FIGURA 30 - Concepção C.
Fonte: Autor (2012).
4.3.4 Concepção D Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por bocal e corrente dentada. Transporte da chapa por corrente dentada, acionada com motor elétrico, ajuste de
velocidade via CLP e inversor de frequência e regulagem de
curso (posição), com encoder no motor, para malha fechada em posição. Aquecimento por radiação, através de um banco de
resistências cerâmicas dispostas em um forno. Ajuste de
temperatura dos fornos de aquecimento com controle em malha fechada com controlador dedicado. Movimentação das estufas
com translação lateral dos fornos. Movimento vertical da prensa
por pistão pneumático com eletro-válvula acionando diretamente
o mecanismo, regulagem de posicionamento com batente ajustável e ajuste de velocidade com válvulas reguladoras de
fluxo pneumáticas. Ajuste de pressão no contra-chapas através
de um regulador de pressão pneumático mecânico externo ao
molde, com ajuste de posição realizado por batentes de fim de
curso fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão
pneumático, acionado diretamente, com ajuste de velocidade por
93
válvula reguladora de fluxo pneumática e regulagem de posição
final por batente mecânico ajustável (volante) acoplado na
extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação de pressão
pneumática controlada dentro da câmara de conformação. O
ajuste de pressão se dá por meio de um regulador de pressão
universal. Controle de refrigeração do molde utilizando PT100 em malha fechada com controladores de temperatura discretos, acionando válvulas ON/OFF que controlam o fluxo médio de
água no molde em cada canal de refrigeração. Corte do produto
através do mecanismo joelho multiplicador, acionado por pistão
pneumático. Retirada dos produtos de dentro do molde por expulsão com jato de ar, atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde. A figura 31 mostra um esquema do conceito proposto.
FIGURA 31 - Concepção D.
Fonte: Autor (2012).
94
4.3.5 Concepção E Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por bocal e corrente dentada. Transporte da chapa por corrente dentada, acionada com motor elétrico, ajuste de
velocidade via CLP e inversor de frequência e regulagem de
curso (posição), com encoder no motor, para malha fechada em posição. Aquecimento por radiação, através de um banco de
resistências cerâmicas dispostas em um forno. Ajuste de temperatura dos fornos de aquecimento com controle em malha fechada com controlador dedicado. Movimentação das estufas
com translação lateral dos fornos. Movimento vertical da prensa
através de joelho multiplicador acionado com pistão pneumático,
com regulagem de posicionamento com batente ajustável e
ajuste de velocidade por válvulas reguladoras de fluxo
pneumáticas. Ajuste de pressão no contra-chapas através de um
regulador de pressão pneumático mecânico externo ao molde,
com ajuste de posição realizado por batentes de fim de curso
fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão pneumático,
acionado diretamente, com ajuste de velocidade por válvula
reguladora de fluxo pneumática e regulagem de posição final por
batente mecânico ajustável (volante) acoplado na extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação de pressão pneumática
controlada dentro da câmara de conformação. O ajuste de
pressão se dá por meio de um regulador de pressão universal. Controle de refrigeração do molde utilizando PT100 em malha fechada com controladores de temperatura discretos, acionando válvulas ON/OFF que controlam o fluxo médio de água no molde em cada canal de refrigeração. Corte do produto através do
mecanismo joelho multiplicador, acionado por pistão pneumático.
Retirada dos produtos de dentro do molde por expulsão com jato
de ar, atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde. A figura 32 mostra um esquema do conceito proposto.
95
FIGURA 32 - Concepção E.
Fonte: Autor (2012).
4.3.6 Concepção F Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por bocal e corrente dentada. Transporte da chapa por corrente dentada, acionada com motor elétrico, ajuste de
velocidade via CLP e inversor de frequência e regulagem de
curso (posição), com encoder no motor, para malha fechada em posição. Aquecimento por radiação, através de um banco de
resistências cerâmicas dispostas em um forno. Ajuste de
temperatura dos fornos de aquecimento com controle em malha fechada com controlador dedicado. Movimentação das estufas
com translação lateral dos fornos.Movimento vertical da prensa
através came seguidor acionando diretamente com motor elétrico
monitorado com encoder, controle de velocidade e posição
efetuado por CLP e driver dedicado. Ajuste de pressão no contra-chapas através de um regulador de pressão pneumático
96
mecânico externo ao molde, com ajuste de posição realizado por
batentes de fim de curso fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão pneumático, acionado diretamente, com ajuste de
velocidade por válvula reguladora de fluxo pneumática e
regulagem de posição final por batente mecânico ajustável
(volante) acoplado na extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação
de pressão pneumática controlada dentro da câmara de
conformação. O ajuste de pressão se dá por meio de um
regulador de pressão universal. Controle de refrigeração do
molde utilizando PT100 em malha fechada com controladores de temperatura discretos, acionando válvulas ON/OFF que
controlam o fluxo médio de água no molde em cada canal de refrigeração. Corte do produto através do mecanismo de subida
e descida da prensa. Retirada dos produtos de dentro do molde por expulsão com jato de ar, atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde. A figura 33 mostra um esquema do conceito proposto.
FIGURA 33 - Concepção F.
Fonte: Autor (2012).
97
4.3.7 Concepção G Termoformadora de laboratório com um sistema de fixação
da chapa por bocal e corrente dentada. Transporte da chapa por corrente dentada, acionada com motor elétrico, ajuste de
velocidade via CLP e inversor de frequência e regulagem de
curso (posição), com encoder no motor, para malha fechada em posição. Aquecimento por radiação e convecção a gás, por meio
de um banco de queimadores dispostos em um forno. Ajuste de temperatura dos fornos de aquecimento com controle em malha fechada com controlador dedicado para queimadores à gás industrial. Movimentação das estufas com translação lateral dos
fornos. Movimento vertical da prensa através came seguidor
acionando diretamente com motor elétrico monitorado com
encoder, controle de velocidade e posição efetuado por CLP e
driver dedicado. Ajuste de pressão no contra-chapas através de
um regulador de pressão pneumático mecânico externo ao
molde, com ajuste de posição realizado por batentes de fim de
curso fixos usinados. Estiramento da bolacha por pistão
pneumático, acionado diretamente, com ajuste de velocidade por válvula reguladora de fluxo pneumática e regulagem de posição
final por batente mecânico ajustável (volante) acoplado na
extremidade oposta da haste passante do cilindro de estiramento. Conformação do produto pela aplicação de pressão
pneumática controlada dentro da câmara de conformação. O
ajuste de pressão se dá por meio de um regulador de pressão
universal. Controle de refrigeração do molde utilizando PT100 em malha fechada com controladores de temperatura discretos, acionando válvulas ON/OFF que controlam o fluxo médio de
água no molde em cada canal de refrigeração. Corte do produto
através do mecanismo de subida e descida da prensa. Retirada
dos produtos de dentro do molde por expulsão com jato de ar,
atravessando o molde e varrendo os produtos para fora do molde. A figura 34 mostra um esquema do conceito proposto.
98
FIGURA 34 - Concepção G.
Fonte: Autor (2012).
4.4 Seleção das Concepções Viáveis A seleção das concepções, segundo Back et al (2008),
ocorre em todas as fases do desenvolvimento do produto, porem na fase conceitual tem consideráveis conseqüências e decisões
errôneas podem tornar-se irreversíveis ou muito dispendiosas
para serem revertidas mais tarde. A metodologia de seleção
deve ser efetuado em duas etapas (Mistree et al., 1995 apud Back et al 2008). Basicamente, comenta Stoll (1999) apud Back et al (2008), que na primeira busca-se uma triagem normalmente qualitativa e na segunda ordena-se pela qualidade baseada em critérios de avaliação quantitativos, sistemáticos e técnicos.
O método de avaliação utilizado neste trabalho foi o
procedimento proposto por Forcellini (2002), composto por quatro técnicas, apresentado na Figura 35.
99
FIGURA 35 - Técnicas de avaliação conceitual.
Fonte: Forcellini (2002).
4.4.1 Técnicas de Seleção das Concepções Viáveis A técnica denominada julgamento da viabilidade, segundo
Santana (2005) é um método de seleção que busca verificar a
possibilidade de construção da concepção em termos
econômicos e tecnológicos. Ela foi baseada na experiência dos
especialistas para determinar se uma concepção é viável ou não.
Para a aplicação da mesma os modelos são classificados em: 1 � Viável: o modelo é viável tecnológica e
economicamente; 2 - Condicionalmente viável: depende da verificação de
alguns aspectos que ficaram pendentes;
100
3 - Inviável: há algum problema de construção ou de custos
que inviabiliza o modelo. Com base nestes critérios, a concepção G foi eliminada,
conforme pode-se observar na tabela 7 a seguir.
TABELA 7 � Julgamento de viabilidade. Observações Nota A Dificuldade para construir a catraca da chapa e tracionador. O
aquecimento por contato pode variar se a temperatura da chapa se eleva muito. O corte do produto gera o maior esforço da prensa. O
joelho multiplicador deve ser bem dimensionado e posicionado.
2
B Dificuldade para construir a catraca da chapa e tracionador. O aquecimento por contato pode variar se a temperatura da chapa se eleva muito. O pistão pneumático da prensa deve ser grande e com vazão suficiente para as acelerações do mecanismo. Este sistema
pode se tornar o gargalo da máquina em termos de velocidade e
produção. O corte do produto gera o maior esforço da prensa, então
o joelho multiplicador deve ser bem dimensionado e posicionado.
2
C Dificuldade para construir o forno de aquecimento hermeticamente fechado e com movimento de deslocamento lateral. A temperatura da chapa pode variar e o processo pode falhar. O controle de temperatura dos fornos deve trabalhar com duas variáveis, o fluxo
de ar e a temperatura das resistências que cedem calor ao ar. O
braço mecânico para retirar os produtos traz riscos adicionais em
caso de falha, pois o molde não fecha com o braço no seu interior.
2
D O pistão pneumático da prensa deve ser grande e com vazão
suficiente para promover as acelerações necessárias do
mecanismo. Este sistema pode se tornar o gargalo da máquina em
termos de velocidade e produção. O corte do produto gera o maior
esforço da prensa, então o joelho multiplicador deve ser bem dimensionado e posicionado.
2
E O corte do produto é o instante de maior esforço da prensa, então o
joelho multiplicador deve ser bem dimensionado e posicionado, exigindo também o movimento da parte superior do molde.
2
F Princípio idêntico ao utilizado em larga escala na indústria de
termoformadoras de grande porte. 1
G Dificuldade para construir o forno de aquecimento hermeticamente fechado e com movimento de deslocamento lateral. A temperatura da chapa pode se tornar instável e o processo pode falhar. A falha
pode provocar incêndios e o risco de acidentes se torna bastante
alto. O controle de temperatura é complicado. Os gases de
exaustão podem se combinar quimicamente com o plástico quente.
3
Fonte: Autor (2013).
A segunda técnica, disponibilidade tecnológica, analisa se
um determinado princípio de solução ou concepção utiliza
101
tecnologias que ainda não se encontram disponíveis ou que
estão em fase de desenvolvimento. Para tanto, Back, Forcellini (2003) e Reis (2003) apud
Santana (2005) propuseram que fossem elaboradas perguntas de forma que uma resposta sim (S) tenha conotação positiva e
uma resposta não (N), conotação negativa no âmbito da
avaliação. Neste trabalho, foram usados os seguintes critérios: 1) Os princípios físicos empregados na concepção
encontram-se plenamente entendidos? 2) A tecnologia pode ser produzida por processos
conhecidos? 3) Os componentes podem ser desenvolvidos sem o uso
de tecnologia complexa ou pouco conhecida? 4) Os parâmetros funcionais críticos são conhecidos? 5) A sensibilidade dos parâmetros operacionais é
conhecida? 6) Os modos de falha são conhecidos ou facilmente
identificáveis? 7) Existe algum tipo de experiência, experimento ou
produto semelhante que responde positivamente às questões anteriores?
O resultado do método disponibilidade tecnológica é
disposto na tabela 8.
TABELA 8 � Disponibilidade de tecnologia. Respostas Concepção
1 2 3 4 5 6 7 Resultado
A N S N S S N N N B N S N S S N N N C N S S N N N N N D S S S N N S N S E S S S N N S S S F S S S S S S S S
Fonte: Autor (2013). As concepções A e B apresentam uma grande vantagem
em relação ao custo do sistema de tracionamento da chapa,
todavia construir um sistema de fixação confiável é um desafio bastante grande, uma vez que a chapa deve ser desprendida
102
quando quente e o sistema deve suportar lateralmente o peso da chapa atravessando os fornos e a conformação. O aquecimento
por contado também pode apresentar instabilidades físicas, pois
se a chapa aquecer muito pode ficar aderida ao forno no transporte. Sendo assim, estas concepções foram eliminadas.
A concepção C apresenta problemas de projeto em termos
de vedação dos fornos, uma vez que os mesmos precisam se
deslocar para fora da área de aquecimento quando o processo é
interrompido. Garantir a vedação hermética é uma tarefa
bastante complexa, pois se trata de altas temperaturas e vedações com elastômeros não é aconselhado. Ainda assim, na
literatura pesquisada não foi encontrado um material maleável o suficiente para se ajustar as folgas durante as movimentações e
que resista a temperatura elevada dos fornos. Também foi
eliminada. Na terceira técnica, chamada de Exame Passa /Não-passa,
as soluções são comparadas com as critérios específicos que
devem basear-se fundamentalmente, segundo Back et al (2008) nas especificações de projeto de produto, que, por sua vez, se
originam das necessidades dos usuários do projeto de produto.
As necessidades são transformadas em questões a serem
aplicadas a cada um dos modelos. Segundo Back (2008), estes critérios devem ser claramente definidos, independentes, não
ambíguos, redigidos positivamente, igualmente aplicáveis a todas
as concepções e que avaliam um único atributo de qualidade. Foram formuladas questões, que devem ser respondidas
com sim ou possivelmente (passa) ou não (não passa) baseados
na generalização das necessidades dos clientes. O resultado é
mostrado na tabela 9.
TABELA 9 � Questões do Passa / Não Passa. P/NP
Perguntas D E F
01 O projeto tem patentes conflitantes? P P P 02 Utiliza energia elétrica no aquecimento, movimentação e
controle? N N P
03 Possui vazão de 0,6L/s de água por cavidade e 0,06L/s
nas facas? P P P
04 Dissipa 220W por cavidade unitária? P P P 05 Prioriza peças fabricadas em maquinas operatrizes
convencionais? P P N
06 Prioriza peças com tolerâncias maiores possíveis? P P N
103
07 Contempla peças comerciais de baixo custo? P P N 08 Apresenta baixo custo (abaixo de U$ 15.000,00)? P P N 09 É modular baseado em função e montagem? P P P 10 Possui peças que possam ser invertidas na montagem? P P P 11 Tem indicações de carregamento? P P P 12 Cabe no espaço máximo de 13x2.8x2.3m)? P P P 13 A Embalagem permite entrada e saída de lubrificação? P P P 14 Alcança produção de 30 ciclos por minuto? N N P 15 O tempo de posicionamento do transporte da chapa não
ultrapassa t=0,5s? P P P
16 Possui aquecimento da chapa com potência 2000 W/m²? P P P 17 O tempo de posicionamento da prensa não ultrapassa
t=0,5s? N N P
18 O tempo de estiramento da chapa não passa t=0,3s? P P P 19 Tem força de estiramento de 600N por cavidade? P P P 20 Tem força de corte de 6000N por cavidade? P P P 21 É provida de expulsor dos produtos? P P P 22 Ter sistema de isolamento lateral dos fornos? N N N 23 É provida de IHM disposta em local adequado? P P P 24 Carenagem é segura e permite visualização dos
processos? P P P
25 A fiação e tubulações identificados estão agrupados em
locais não visíveis? P P P
26 Possui válvulas de segurança de parada rápida? P P P 27 Dispõe de sistema de proteção contra incêndio nos
fornos? P P P
28 Dispõe de sistema de segurança na movimentação dos
fornos? P P P
29 Possui cantos arredondados em áreas de entrada e
saída de chapa e produtos? P P P
30 Possui painel central de controle pneumático e elétrico? P P P 31 Controle de temperaturas não excede overshoting de
1ºC? P P P
32 Tem regulagem mecânica de penetração dos punções? P P P 33 A tela principal de operação possui: Controle de
aquecimento; Ajuste de tempos de entrada e saída de
contra chapas, formação, expulsão, régua, corte e
bobinamento de aparas; Ajuste de velocidades de abertura e fechamento da prensa?
P P P
34 Possui ajuste de refrigeração do molde? P P P Resultado P P P
Fonte: Autor (2013). As concepções que obtiverem poucas respostas �não
passa� são candidatas a ser melhoradas. Respostas �não passa�
104
indicam pontos fracos dos modelos e portanto conduzem os projetistas a melhorarem-nos, ao invés de eliminá-los. Assim, todos os modelos foram aprovados. Os modelos D e E não
priorizam energia elétrica na movimentação da prensa, ao
contrário do modelo F. Com isso, na pergunta 02 receberam
resposta �não passa�. Os modelos D e E por utilizarem pistões
pneumáticos na abertura da prensa receberam "passa" para as perguntas relacionadas a fabricação 05, 06 e 07, ao passo que o
modelo F, por sua característica de empregar um came, recebeu
"não passa". As perguntas 14 e 17 dizem respeito a produção e
estão relacionadas ao tempo de abertura da prensa. Por se tratar de um sistema pneumático os modelos D e E obtiveram "não
passa"como resposta, contudo o modelo F obteve "passa" como resposta devido ao acionamento e controle elétricos. Nenhum
dos conceitos obteve "passa" no enclausuramento lateral dos fornos. Fato este devido a dificuldade de visualização do
processo de aquecimento por parte dos operadores. Além destas
dificuldades, o custo também seria afetado no conceito F, o que
viria de encontro com o objetivo um dos principais requisitos de projeto. Assim, todas as perguntas relacionadas a custo receberam resposta �não passa� para este modelo nesta fase de
desenvolvimento. Como resultado, todos os três modelos de
princípio de solução foram escolhidos como promissores e
passaram para a próxima etapa do projeto.
4.5 Evoluir em Variantes das Concepções Santana (2005) comenta que, para que haja uma melhor
avaliação dos modelos de princípio de solução nas próximas
etapas, eles devem ser evoluídos em concepções. Assim,
critérios relacionados a uso, aparência, produção, custos, entre
outros, podem ser explicitados e levados em consideração na
avaliação e escolha das concepções. Dentre alguns métodos
pesquisados na literatura para a obtenção das variantes de
concepção (Pahl e Beitz, 1996; Reis, 2003; Menegatti, 2004 apud Santana, 2005), foram empregados cálculos aproximados
baseados em suposições simplificadoras e desenhos em escala
simplificados de possíveis leiautes, formas, requisitos espaciais,
compatibilidade entre funções etc.
105
No entanto, a evolução que ocorre é limitada, já que se
trata de uma representação ainda conceitual do sistema. Assim,
detalhes de componentes, como mancais e interfaces de representação, não foram representados, pois ainda não são
fundamentais neste nível do desenvolvimento (Menegatti, 2004 apud Santana,2005).
French (1985) apud Ferreira (1997) comenta que, apesar de limitadas as concepções, estas sejam desenvolvidas ao ponto
onde o meio para realizar cada função principal tenha sido
fixado, assim como os relacionamentos espaciais e estruturais dos principais componentes. Um esquema (modelo de concepção) deve ser suficientemente detalhado para ser possível
inferir sobre custos, pesos e dimensões totais aproximadas, e a
exeqüibilidade deve ser assegurada tanto quanto as
circunstâncias permitam. Um esquema deve ser relativamente explícito com relação a features ou componentes especiais, mas não necessita ir a muitos detalhes com relação à prática
estabelecida. Alguns critérios devem ser seguidos para atingir o nível de
desenvolvimento ideal para as concepções, segundo Ferreira
(1997) apud Santana (2005): Definição das formas dos seus elementos. Deve-se buscar
a definição de perfis aproximados da estrutura do sistema e
formas aproximadas de componentes como parafusos, cubos, entre outros;
Definição dos arranjos dos seus elementos. Explicitar a
configuração dos conjuntos presentes no sistema; Definição das classes de materiais utilizados nos
elementos. Indicar o tipo de material que o sistema será
construído, sem necessidade de especificá-lo; Dimensionamento preliminar (matemático ou intuitivo)
dos principais elementos. Deve-se buscar as dimensões
mais significativas. Outras dimensões devem ser estimadas
e outras, com menores implicações, devem ser deixadas
para o projeto preliminar. A forma de representação adotada nos modelos de
concepção foi o CAD 2D em análise cinemática para avaliação
dos conceitos E e F, já que o conceito D trata da colocação direta
de um cilindro para acionamento do corte. Uma representação
106
simplificada dos resultados das análises cinemáticas dos
conceitos podem ser visualizadas na figura 36.
FIGURA 36 - Diagrama esquemático concepções F e E.
Fonte: Autor (2012).
107
As representadas em CAD 3D dos conceitos também permite que sejam melhor visualizados e compreendidos por toda a equipe de projeto, auxiliando assim em uma melhor avaliação. Aplicando as diretrizes e exemplificações expostas
nos itens anteriores, as concepções D, E e F escolhidas na etapa
anterior foram evoluídos, gerando os conceitos que podem ser observados na figura 37.
FIGURA 37 - Concepção D, E e F.
Fonte: Autor (2012).
108
4.6 Avaliar as Concepções Nesta etapa é aplicada a quarta técnica do procedimento
proposto por Ullman (1992) apud Santana (2005), chamada de Matriz de avaliação, também conhecida como método de Pugh.
Este método, comenta Back et al (2008), permite evidenciar as melhores soluções e identificar as concepções viáveis.
Este método funciona por comparação, adotando-se como referência uma das concepções desenvolvidas, um produto existente, um modelo anterior, um produto concorrente ou ainda, segundo Back et al (2008), parâmetros limites para diferenciar as
soluções viáveis das inviáveis. Reis (2003) apud Santana (2005) sugere ainda que esta escolha deve ser feita pela concepção
onde há menores dúvidas sobre o funcionamento dos princípios
de solução e há maior facilidade de variação de parâmetros
construtivos e funcionais na fase de construção de protótipos. Esta referência é comparada com as demais concepções,
em relação aos requisitos dos produto. Basicamente a concepção que obtiver uma pontuação total
maior que a referência, será escolhida para avançar no projeto,
caso contrário, a própria referência é escolhida, pois subentende-se que tem maior pontuação. Nos casos em que as pontuações
estiverem muito próximas, a equipe de projeto pode optar por
escolher mais de uma concepção. Todavia, Back et al (2008) ainda ressalta que antes de prosseguir com o processo, é
conveniente que as alternativas viáveis sejam analisadas com o objetivo de verificar a possibilidade de melhorar estas concepções e verificar possíveis pontos fracos quando
comparadas com as demais. Desta análise, é possível propor
atualizações na concepção mais adequada para que ela absorva
princípios de solução das demais concepções para torná-la ainda melhor sob o ponto de vista do atendimento aos requisitos de projeto. Para a utilização da ferramenta a concepção F foi usada
como referência conforme mostrado na tabela 10.
109
TABELA 10 � Matriz de avaliação. FASE REQUISITO nota D E
1 Ser livre de conflitos com patentes 50 1 1 2 Utilizar energia elétrica 42 -1 -1 3 Ter vazão dentro dos limites 76 0 0 4 Dissipar 220 W por cavidade unitária 58 0 0
Projeto
5 Priorizar peças simples 23 2 1 Fabricação 6 Tolerâncias maiores possíveis 5 0 0
7 Custo do material menor U$ 15.000,00 80 -1 -1 Aquisição
8 Componentes comerciais paralelos 9 1 1
9 Modular em função e montagem 11 -1 -1 Montagem
10 Possui peças simétricas 4 0 0 Embalagem 11 Facil transporte 12 0 0
12 Ter indicações de carregamento 0 0 0
13 Volume máximo de 13x2.8x2.3m 46 0 0 Armazenagem e Transporte
14 Embalagem deve permitir lubrificação 1 0 0 15 Produção > 30 ciclos por minuto 83 -2 -1
16 Tempo de posicionamento do mecanismo de transporte da chapa t<0,5s.
60 0 0
17 Aquecimento com potência 2000 W/m² 79 0 0 18 Tempo de posicionamento prensa t<0,5s 82 -3 -2 19 Tempo de estiramento da chapa t<0,3s 83 0 0
20 Força de estiramento 600N / cavidade 104 0 0 21 Força de corte de 6000N por cavidade 105 -2 -1 22 Sistema de isolamento lateral dos fornos 15 0 0 23 IHM disposta em local adequado 33 0 0
24 Carenagem segura e transparente 50 0 0 25 Fiação e tubulações organizada 14 0 0 26 Válvulas de segurança de parada rápida 89 -1 -1 27 Sistema de proteção contra incêndio 68 0 0
28 Sistema de segurança na movimentação 52 0 0 29 Cantos arredondados 4 0 0 30 Painel central de controle 19 0 0 31 Controle de temperaturas com + - 1ºC 109 0 0
32 Regulagem mecânica punções 79 0 0
Uso e Função
33 Tela principal adequada 38 0 0 34 Intertravamento para manutenção 76 0 0
35 Facilitar o acesso a ferramenta de corte 27 0 0 Manutenção,
Descarte e Desativação 36 Proteção nas superfícies 27 0 0
TOTAL 1713 -568 -321
Fonte: Autor (2013).
110
Onde: +3 quando o critério é atendido imensamente superior à
referência +2 quando o critério é atendido muito melhor que a
referência +1 quando o critério é atendido melhor que a referência 0 quando o critério é atendido tão bem quanto a
referência -1 quando o critério não é atendido tão bem quanto a
referência -2 quando o critério é atendido muito pior que a
referência -3 quando o critério é atendido imensamente inferior à
referência Conforme se pode observar na Tabela 10, as concepções
D e E obtiveram pontuações totais muito inferiores à referência,
podendo assim ser descartadas. A avaliação foi realizada com
base nos requisitos do produto e na hierarquização obtida
através do diagrama de Mudge. As concepções D e E foram
descartadas principalmente por: Apresentar um adicional de custo para a fabricação de
um platô móvel adicional devido ao mecanismo de corte
estar alojado na parte superior do mecanismo da prensa; Não priorização de energia elétrica na movimentação e
controle dos mecanismos, com posicionamento e velocidades de movimentação da prensa sendo
controlados em malha aberta; Apresentação de risco elevado em não atendimento da
requerida força de corte de 6000 N por cavidade unitária; Movimentação da prensa proporcionada por pistões
pneumáticos, necessitando de válvulas de segurança
homologadas para garantir cumprimento da NR13; A concepção F escolhida também traz vantagens por ser
similar ao modelo comercial nacional mais vendido para transformação de copos descartáveis de polipropileno.
Como a maioria dos controles de posição é realizada
eletronicamente via encoder e CLP diretamente nos motores, uma mesma arquitetura em termos de componentes (drivers e CLP) foi selecionada. Também pode-se salientar que a
111
similaridade em termos de arquitetura, comunicação e
programação que também é mantida com o modelo comercial de
grande porte. Modelo que utiliza Drivers e Inversores já
conhecidos, comunicação baseado em protocolo universal aberto
CANOPEN e programação do CLP e Drivers em linguagem C integrados.
A solução adotada no aquecimento, estiramento, corte e
retirada do produto já são bem conhecidos pela equipe de
projeto. O controle de refrigeração do molde utilizará PT100 em
malha fechada com controladores de temperatura PID discretos. A concepção escolhida, que é a concepção F, apresenta
conceitos de funcionamento bem similares aos equipamentos que já estão em desenvolvimento na empresa. Isto vem a favor
de um dos objetivos do produto, que é de manter similaridade com as máquinas de grande porte. Por outro lado, este resultado
também confirma que as soluções principais utilizadas nas
máquinas maiores estão em conformidade com as melhores
práticas utilizadas. Apesar desta similaridade, o desenvolvimento do protótipo
da máquina de termoformagem para uso em laboratório
apresentará nas próximas etapas alguns desafios tecnológicos a
serem vencidos. Embora o conceito de funcionamento genérico
seja bem conhecido, há um trabalho a ser feito para melhorar o desempenho deste sistema e possibilitar que os resultados obtidos nele sejam transferidos para as máquinas de grande
porte. Conforme apresentado no capítulo 2, de revisão
bibliográfica, a complexidade envolvida no processo de
termoformagem é grande, e o sucesso deste produto dependerá
de uma correta condução das etapas posteriores de projeto.
112
5 PROJETO PRELIMINAR
Este capítulo apresenta ações realizadas no âmbito do
projeto preliminar da máquina termoformadora de copos
descartáveis para uso laboratorial. A partir do conceito escolhido como sendo o mais indicado para a solução do problema, é
necessário fazer avaliações mais aprofundadas acerca da
capacidade técnica necessária para que as funções sejam
adequadamente realizadas, atendendo às expectativas dos clientes.
No capítulo 2, durante a revisão bibliográfica, foi possível
identificar várias dificuldades tecnológicas a serem superadas
para que se possa obter um processo de termoformagem que gere qualidade e produtividade com o menor custo possível
envolvido. Alguns destes temas serão abordados neste capítulo. Segundo Back et al (2008) é no Projeto Preliminar que são
detalhados as dimensões gerais, os materiais e a montagem da
concepção escolhida na fase anterior. Para tanto, devem ser
analisadas detalhadamente todas as informações provenientes
das fases anteriores do projeto, principalmente as especificações
do projeto e a estrutura funcional, que servem agora como base para a complementação desta etapa. Basicamente é a partir
destas informações, que são confeccionados esquemas e desenhos para a determinação do leiaute preliminar.
Conforme Dias (2012), é especialmente na fase de projeto
preliminar que ocorre a concretização das formas e com isso a
ocupação espacial do produto ou sistema e este se torna cada vez mais aparente. É nesta fase também que se define o modo
de interação das peças e componentes na composição final do
produto em desenvolvimento. Ainda assim, a materialização
geométrica do produto deve ser uma concretização da estrutura
funcional do produto, componentes e peças, através de
processos de análise e montagens, e deve contudo, repercutir
aquilo que foi descrito e discutido até então. Para atender tais funções, Back et al (2008) comenta que
se faz necessário nesta fase modelar a concepção, efetuando sua validação, seu dimensionamento e até sua otimização. Para
que este processo se torne possível, é necessário criar modelos
que possam ser abstratos ou experimentais, contudo o uso de
113
diferentes tipos de modelagens, incluindo modelamentos icônicos, analógicos, numéricos e computacionais, também
conhecidos como protótipos virtuais se tornam muito importantes nesta fase do projeto.
Sendo assim, esta etapa reforça a tomada de decisão no
projeto conceitual e permite a avaliação e experimentação parcial dos subsistemas, com suas variáveis de referência e seus efeitos
sobre o conceito escolhido, bem como a determina a melhor combinação de variáveis, comenta Back et al (2008). Com isso nesta etapa, foram realizadas atividades de forma concomitantes, que são a realização da modelagem de cada
subsistema do projeto da máquina, bem como a modelagem de
alguns subsistemas essenciais à continuidade do projeto. Para caracterizar a realização do projeto preliminar deste
trabalho, serão apresentados três estudos, que são a
modularização do sistema, uma avaliação do gerenciamento
térmico da máquina e uma análise dimensional do molde. O projeto preliminar para uma máquina com a complexidade
estudada envolve várias outras análises, mas estas não serão
abordadas no escopo deste trabalho.
5.1 Modularização do Sistema Por se tratar de um equipamento com grande
complexidade e contendo etapas bem definidas de processamento do material até a obtenção do produto final,
torna-se fundamental estudar a modularização do sistema. A modularização será fundamental para a modelagem final
das peças dos subsistemas principais que compõem a máquina. Com um equipamento modular, é possível que cada
subsistema seja isolado e separado para melhor representação e
entendimento. A modularização proposta tomou como base a modularidade já existente em máquinas semelhantes de grande
porte, levando em consideração uma divisão por prioridades
seguindo: função e uso, manutenção, montagem e transporte.
Sendo assim, o projeto completo foi desdobrado em dezessete módulos que compõem os subsistemas principais da máquina,
conforme pode ser visualizado na tabela 11. Cada módulo está vinculado diretamente ou indiretamente
a uma ou mais sub funções da máquina, e esta modularização
114
proposta está também fundamentada nas informações obtidas
nas especificações do projeto informacional, de acordo com a
concepção da máquina obtida no projeto conceitual.
TABELA 11 - Módulos da máquina. Módulo Função
Molde F6 - Fixar Bolacha F8 - Conformar o produto F9 - Cortar o produto
Estrutura da prensa Acionamento principal da prensa
F5 - Fechar a prensa
Módulo de estiramento F7 - Estirar a bolacha Estufa de aquecimento inferior Estufa de aquecimento superior
F4 - Aquecer a chapa
Transportador da chapa F2 - Fixar Chapa F3 - Transportar a Chapa
Mecanismo de locomoção das estufas F4.3 - Posicionar resistências
sob e sobre a chapa Mesa de entrada do material F1 - Guiar Chapa Expulsor F12 - Expulsar o produto
Estrutura principal Auxiliar indiretamente à
F1,F2,F3 e F4 Circuito de água de refrigeração F8.3 - Refrigerar o molde Circuito de ar de conformação F8 - Conformar o produto
Circuito de ar de contra-chapas F8.1 - Pressionar a bolacha contra o molde
Painel elétrico Auxiliar indiretamente Painel pneumático Auxiliar indiretamente Carenagem Auxiliar indiretamente
Fonte: Autor (2013). Cada um destes módulos foi modelado em CAD 3D com o
auxílio do software SolidEdge®. O detalhamento de alguns modulos não pode ser disponibilizado neste trabalho por questões de confidencialidade e também porque alguns sistemas
passam por um processo de solicitação de propriedade intelectual. A figura 38 ilustra o modelamento da máquina
termoformadora do projeto.
115
FIGURA 38 - Modelamento da máquina termoformadora para
uso laboratorial. Fonte: Autor (2008).
Os módulos da prensa, transportador da chapa e estufas e
são mostrados em detalhes individualmente mais adiante no trabalho.
5.2 Gerenciamento Térmico da Máquina Termoformadora O processo de termoformagem é um processo
essencialmente térmico que, para funcionar corretamente,
depende de um correto gerenciamento térmico dos subsistemas
que o complementam. Sendo assim, é fundamental que a chapa de material
plástico receba uma carga uniforme de energia térmica afim que
atinja uma faixa apropriada de temperatura, garantindo condições ideais para o estiramento e posterior conformação da
chapa no formato desejado dos moldes. Para controlar a emissão de radiação de aquecimento, foi
selecionado um controle PID, uma vez que não é admissível no
processo um sobressinal maior que 1ºC nas estufas de
aquecimento e o tempo de resposta é relativamente curto para o
processo, isto é, a mudança de temperatura deve acompanhar a
mudança de velocidade da máquina termoformadora. Caso isto não ocorra, instabilidades térmicas na estufa começam a surgir,
colocando em risco a confiabilidade de todo o processo de termoformagem.
116
Para um melhor entendimento do comportamento térmico
dos fornos de aquecimento, foi construída em tamanho e condições reais nas dependências da empresa a estufa a ser
utilizada posteriormente no protótipo conforme pode ser
observado na figura 39.
FIGURA 39 - Estufa construída para testes de controle.
Fonte: Autor (2008). Similar ao projeto da máquina de grande porte, a mesma
serviu de base para obtenção da função de transferência em
malha aberta, a qual é utilizada como ponto de partida do
modelamento matemático do sistema em malha fechada no
Matlab seguindo um procedimento predefinido na literatura clássica de controle.
O procedimento de sintonia dos parâmetros proporcional,
integral e derivativo no controlador proposto por Ziegler & Nichols foi utilizado na estufa de aquecimento do protótipo. Segundo
Shied e Brito (2011) um sistema térmico é, na grande maioria
dos casos identificado como sendo de 1ª ordem com um certo
atraso, o qual pode ser identificado na prática como sendo o
tempo entre a aplicação do degrau e o início da resposta. Para o
caso atual um atraso de 1s foi considerado no modelamento, todavia na prática este tempo foi quase imperceptível nas leituras
realizadas para levantamento da curva. Seguindo o procedimento sugerido por Ziegler & Nichols e seus dados de referência, todos os três casos foram modelados (P,PI e PID) no
117
matlab e o resultados dos vários testes, inclusive os testes com o
auto ajuste do controlador, podem ser visualizados na figura 40. Pode-se constatar que o auto ajuste do controlador
utilizado na máquina de grande porte está causando uma
instabilidade elevada na temperatura dos fornos durante o processo. Todavia a aproximação com um sistema de 1º ordem,
com somente um controle proporcional com o máximo valor
possível do parâmetro conforme mostra o gráfico, necessita ser
mais amplamente testado para se obter dados probatórios. Uma
implementação inicial mais realista aponta para a utilização de
um controlador PI com parâmetros em torno de 20 e 0,12
respectivamente conforme pode ser visualizado no gráfico.
Todavia a sugestão de um aprimoramento do modelo matemático se faz indispensável nesta fase do processo com o
intuito de minimizar os riscos.
FIGURA 40 � Teste na estufa do protótipo com controlador
industrial e as curvas de respostas do sistema em malha fechada no Matlab.
Fonte: Autor (2013).
118
Além disso, um controle de temperatura no aquecimento dentro da faixa de tolerância é fundamental devido aos gradientes térmicos naturais dentro do ambiente onde a máquina
está instalada. Atualmente, um dos grandes desafios tecnológicos dentro
do processo de termoformagem de copos descartáveis está na
execução do corte do material. A figura 41 esquematiza este corte, que ocorre por cisalhamento.
FIGURA 41 � Corte por cisalhamento.
Fonte: Thomazi (2009) adaptada pelo autor.
Por um lado, é fundamental que haja uma conformidade
geométrica entre a faca e a cavidade de corte, como será
discutido no item seguinte deste capítulo. Por outro lado, o
material só será cortado com qualidade caso esteja numa
temperatura que lhe garanta a rigidez suficiente. Se estiver mais quente do que o necessário, o material flui na folga entre a faca e
a cavidade e o corte não é executado. Caso esteja mais frio do
que o necessário, isto indica que houve uma perda
desnecessária de tempo no processo, o que impacta diretamente na produtividade do equipamento.
Na figura 42 é possível visualizar uma condição de
operação da máquina onde houve falha no corte por
cisalhamento, fazendo assim com que o material não se separe
da chapa, o que gera um desperdício enorme de material, de
energia, baixa produtividade e baixa confiabilidade no processo. Na figura 21, apresentada no capítulo 2, é possível
visualizar os principais componentes do molde e também a
distribuição dos canais de refrigeração da cavidade e da faca. É
importante não só a correta distribuição destes canais no molde, mas também garantir uma retirada uniforme de calor em toda a
ferramenta e dimensionar corretamente cada componente visando um comportamento de transferência de calor que
119
possibilite uma retirada rápida de calor das regiões críticas
garantindo assim a qualidade do produto final. O correto dimensionamento dos componentes foi realizado
com o auxílio de simulação numérica via elementos finitos utilizando o software Femap da Siemens. Uma análise das
principais variáveis de influência na temperatura da borda de
corte foi realizada utilizando dados do próprio processo como
referência.
FIGURA 42 � Falha no cisalhamento.
Fonte: Autor (2012).
Foi escolhido como base para simulação um ensaio prático
com parâmetros usuais de produção industrial nacional de copos
descartáveis de 200 ml com 2,2 g cada, em máquina de grande porte comercial com molde de 104 cavidades operando a 26 ciclos por minuto. Foram obtidos diferentes parâmetros durante
os ensaios, tais como: vazões e temperaturas do ar e da água de
arrefeciemento (entrada) e temperaturas nas bordas de corte (saída) conforme pode ser visualizado na figura 43.
Um medidor tipo venturi foi utilizado obtendo-se a vazão de
ar de expulsão e água de arrefecimento e um datalogger foi utilizado para coleta dos dados provenientes de sensores PT100 na entrada e saída do molde e termopares acoplados na borda
de corte dos punções macho e femea.
120
FIGURA 43 � Coleta de dados para simulação do caso base.
Fonte: Autor (2010). Partindo destes dados definiu-se assim as principais
diretrizes para o estabelecimento das condições de contorno
necessárias a simulação via elementos finitos, bem como as principais resistências térmicas atuantes no punção de corte
macho, as quais ficaram assim definidas:
FIGURA 44 � Resistências térmicas atuantes no punção de
corte macho. Fonte: Autor (2010).
Os parâmetros para os ensaios numéricos puderam ser
definidos a partir da escolha da correlação ideal com a literatura
121
das áreas de mecânica dos fluídos e transferência de calor. O resumo dos dados utilizado como referência na simulação do
caso base pode ser visualizada abaixo na tabela 12.
TABELA 12 - Dados de referência para simulação numérica. Variável Valor
Vazão de água do molde 6 l/s Temperatura sensor entrada água no molde 7,9 ºC Temperatura sensor saída água no molde 8,9 ºC Vazão de água total do molde 6,0 l/s Convecção ranhuras de arrefecimento a água 99194 W/m²K Potencia térmica total por cavidade 241,1 W Vazão de ar total de expulsão 147,1 l/s Convecção expulsão por cavidade 2,59 W/m²K Velocidade abertura do molde 0,17 m/s Convecção abertura molde por cavidade 1,82 W/m²K Convecção ar estagnado p/ formação por cavidade 0,71 W/m²K Convecção média com o ar 1.57 W/m²K Dureza do material do punção 807 Vickers Pressão de contato com o bloco base 80 Mpa Rugosidade de contato com o bloco base 0,237 um (Rq) Condutividade de contato com o bloco base 690183 W/m²K Temperatura sensor 1 borda de corte 48.7 ºC Temperatura sensor 2 borda de corte 47,9 ºC Temperatura sensor 3 borda de corte 48.9 ºC
Fonte: Autor (2010). A figura 45 abaixo ilustra o que ocorre com o punção de
corte macho durante o ciclo de termoformagem: (a) o escoamento de ar ao redor da cavidade de corte durante a abertura e fechamento do molde, (b) o escoamento de ar ao redor da cavidade de corte durante a expulsão dos produtos, (c) o ar estagnado que durante a conformação do produto toma
forma ao redor da cavidade e (d) o escoamento da água ao redor
das ranhuras de refrigeração dos punções macho de corte.
122
FIGURA 45 � Variáveis na borda de corte.
(a) abertura e fechamento do molde; (b) expulsão; (c) ar
estagnado; (d) ranhuras de arrefecimento à água. Fonte: Autor (2010).
A malha modal foi construída seguindo critérios de
relevância e precisão na resposta. Para as superfícies
localizadas próximas ao ponto de estudo, ou seja, a borda de corte, a malha composta por tetraedros simétricos foi construída
com uma distância entre os nós de 1 mm. Já para o restante do
modelo, um malha mais grosseira de 2 mm de espaçamento
entre os nós foi adotada, com o intuito de diminuir o tempo de simulação. As superfícies das condições de contorno e os
resultados para a análise do caso base podem ser visualizados
na figura 46. Nesta simulação fica evidente que a região crítica
para troca de calor é exatamente a região do corte do material. Após várias simulações, chegou-se a algumas conclusões sobre
as variáveis de influencia na temperatura da borda de corte do
molde. Com isso uma condição de geometria da cavidade de
corte com um comportamento de troca de calor muito mais favorável para o processo que a geometria atual está em
desenvolvimento.
123
(a) (b)
FIGURA 46 � Simulação numérica do comportamento térmico. (a)condições de contorno, (b)resultado base.
Fonte: Autor (2011).
Como a máquina em desenvolvimento visa justamente a
aplicação de melhorias para aprimoramento do processo, este é
um dos pontos que deverão ser trabalhados com muita
frequência nesta máquina piloto. Várias geometrias diferenciadas
do conjunto do molde poderão ser testadas e validadas para se buscar as condições mais adequadas ao processo. Além das
simulações, a máquina também receberá um conjunto de
sensores para permitir a comparação entre os resultados
simulados e os resultados reais obtidos na máquina. O intuito é
corrigir e aprimorar o modelo matemático e prever o
comportamento real com o mínimo de erro possível. Este tipo de ensaio traz uma complexidade muito maior
caso necessite ser realizado em uma máquina de produção em
escala e acaba sendo um dos maiores argumentos que justificam este trabalho.
5.3 Análise Dimensional do Molde Conforme foi visto anteriormente, o corte por cisalhamento
de chapas finas a temperaturas elevadas necessita de uma fidelidade dimensional entre a faca e a cavidade. Não é
124
importante somente a relação entre o valor do diâmetro da faca e
o da cavidade, mas também o erro de forma destes
componentes e o seu comportamento com relação às dilatações
sofridas por toda a máquina quando em regime de operação. A figura 47 mostra um molde de formação e corte
conjugado contendo 15 cavidades montado (a) seus punções
individuais de corte macho e fêmea (b).
(a) (b)
FIGURA 47 � Molde 15 cavidades: (a)molde montado; (b) punções de corte macho e fêmea.
Fonte: Autor (2009).
As máquinas de grande porte e alta produtividade operam
com até 104 cavidades de 71mm de diâmetro cada. Isto exige
um procedimento muito criterioso para a montagem do conjunto, associado a componentes fabricados dentro de tolerâncias muito
estreitas. Estas tolerâncias são assim estreitas devido a variação
admitida na folga entre a faca e a cavidade ser muito pequena, numa faixa na ordem de 5 a 15 micrometros segundos dados práticos da indústria nacional. Esta folga é necessária
principalmente quando se processa chapas mais finas, cujo corte é mais difícil, característica do descartável produzido no Brasil.
Se a folga for menor do que a faixa indicada, a força
necessária aplicada pela máquina para o corte será muito alta,
gerando sobrecarga no sistema, desgaste excessivo dos componentes e até o risco de quebra do equipamento. Se a folga for maior do que a indicada, começam a aparecer as falhas de
125
corte no material. A folga deve também ser uniforme em todo o
entorno do encaixe entre cavidade e faca. Uma análise detalhada das tolerâncias envolvidas neste
conjunto foi realizada, culminando principalmente em ações para
orientar as etapas de usinagem destes componentes e da sua posterior montagem no bloco. A figura 48 ilustra estas orientações para usinagem de desbaste inicial do punção macho
antes (a) e depois (b) do alívio de tensões.
(a) (b)
FIGURA 48 � Orientações para desbaste inicial. (a)antes do alívio de tensões; (b)depois do alívio de tensões.
Fonte: Autor (2009). Um gabarito auxiliar de usinagem para diminuir os
problemas causados pelos erros de forma durante o processo de torneamento destas ferramentas foi desenvolvido conforme mostra a figura 49.
FIGURA 49 � Gabarito de usinagem de punções macho.
Fonte: Autor (2009).
126
Depois de devidamente temperadas as peças são
montadas no gabarito e finalizadas conforme procedimento ilustrado na figura 50. Inicialmente é realizado a usinagem do
guia de montagem no bloco base (a) e posteriormente a peça é
montada no gabarito e usinada a linha de corte propriamente dita (b).
(a) (b)
FIGURA 50 � Orientação para usinagem de acabamento (a)usinagem do guia de montagem; (b)usinagem do corte
Fonte: Autor (2009). Os valores das tolerâncias de forma contidos nos novos
procedimentos são considerados segredo industrial, e portanto
não podem ser divulgados na íntegra neste documento. Um objetivo secundário desta análise foi alcançado com a
definição de um conjunto de experimentos a serem executados na máquina de laboratório em desenvolvimento para testar
diversas combinações de pares de componentes. Estes por sua
vez com diferentes dimensões e erros geométricos visando
definir valores padrão para cada máquina conforme o material de processamento e outros fatores de influência.
Esta análise preliminar foi fundamental para o processo de
projeto da termoformadora e já trouxe benefícios diretos para a
fabricação e montagem das máquinas de grande porte.
5.4 Modelamento da Termoformadora Os módulos que determinam e norteiam todo o restante do
projeto da termoformadora podem ser visualizados nas próximas
etapas. Eles tem como premissa básica o projeto conceitual e
servem de base para os outros módulos que a eles se acoplam e
assim fazem a interface.
127
O modelamento da prensa está vinculado diretamente ao
tamanho da área de prensagem e consequentemente ao molde que nela é alocado. Toda a estrutura deve suportar o esforço de
cisalhamento do produto, em conjunto com o esforço de
conformação e contra-chapas no mesmo instante do ciclo. Vale ressaltar que todo o dimensionamento deve ser efetuado tomando-se como base o efeito de fadiga, devido a característica
cíclica alternada do processo. O modelamento do acionamento principal da prensa também está relacionado com o número de
cavidades e com a velocidade de abertura e fechamento da prensa. Este é fixado na base da estrutura da prensa e transmite movimento vertical de abertura e fechamento ao platô móvel, e
consequentemente à parte inferior do molde que nele esta fixado. A potência do motor e do respectivo driver de acionamento está
relacionada com a massa, aceleração linear do sistema, e
basicamente ao esforço de corte demandado pelo processo. A modelagem da prensa e seu acionamento é ilustrado na figura 41.
FIGURA 51 � Modelamento da prensa.
Fonte: Autor (2013).
O modelamento das estufas de aquecimento segue delimitações escolhidas no projeto conceitual e assim, devem
contemplar alojamento para encaixe de resistências cerâmicas
128
radiantes previstas no projeto. Seu tamanho segue um padrão
industrial de no mínimo 3 passes para a estufa inferior e 4 passes para a estufa superior. Sua potência de aquecimento
instalada está diretamente relacionada com a máxima demanda
térmica da estufa, o que por sua vez está ligada a quantidade de
calor requerida para aquecer a vazão mássica de plástico limite
que passa pelo interior dos fornos na máquina termoformadora.
Esta quantidade de calor máxima está delimitada para esta
máquina em questão que trabalha com Polipropileno e demanda
no aquecimento, trabalhando com 30 ciclos por minuto em copos de 2.2g, cerca de 950W por cavidade no aquecimento (quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de
chapa de polipropileno semi-cristalino da temperatura ambiente 20ºC até o ponto de termoformagem 168ºC). A modelagem
destes módulos é ilustrada na figura 52.
FIGURA 52 � Modelamento das estufas de aquecimento.
Fonte: Autor (2013).
129
O transportador da chapa está diretamente ligado à
fixação, ao transporte durante todo o processo, e ao descarte da
chapa após processada. A concepção do transportador segue a
tendência de termoformadoras comerciais mundialmente
conhecidas. Consiste em dois trilhos de transporte refrigerados, um de cada lado da chapa, associados a correntes com aditamentos pontiagudos que perfuram a lateral da chapa fixando e transportando-a, e um acionamento na parte de trás do
mecanismo que, através de engrenagens, movimenta as
correntes. Tem seu comprimento de projeto delimitado pelo tamanho do molde e tamanho das zonas de aquecimento. Sua largura deve se ajustar na largura do molde que será inserido na
máquina, por isso deve possuir uma faixa de regulagem de
largura. Para este ajuste de largura é disposto um fuso com rosca esquerda e um fuso com rosca direita associados a castanhas que efetuam o movimento de abertura e fechamento do mecanismo através de um volante na parte externa. Com o
intuito de minimizar os riscos de incêndios, possui ainda um
sistema de bicos ejetores de ar de segurança direcionados
diretamente sob a chapa, associado a um circuito configurado para que garanta um jato de ar que refrigera a chapa durante a saída das estufas, mesmo que as fontes de energia elétrica e ar
comprimido não estejam mais presentes. Um servomotoredutor SEW foi alocado para efetuar a movimentação e integrar o
controle de posição, associado a um driver externo SEW e recebe comandos do CLP via protocolo CAMOPEN. A modelagem deste módulo é ilustrada na figura 53.
130
FIGURA 53 � Modelamento do transportador da chapa.
Fonte: Autor (2013).
Concomitantemente ao modelamento individual dos módulos descritos ocorreu também a montagem e o ajuste entre
eles na montagem principal da máquina. O modelamento da máquina realizado até então com os módulos descritos podem
ser visualizados na figura 54.
131
FIGURA 54 � Modelamento da máquina termoformadora.
Fonte: Autor (2013).
A respeito do detalhamento do projeto podemos destacar que alguns módulos já compartilham de peças da
termoformadora de grande porte e, com isso já possuem suas
peças previamente detalhadas. O detalhamento também já
ocorreu com as estufas de aquecimento que necessitaram ser concluídas na sua totalidade para efetuar os testes de controle visualizados anteriormente.
Módulos auxiliares, porém não menos importantes, tais
como o expulsor, a carenagem, os painéis elétricos e
pneumáticos, bem como o molde ainda continuam em processo de modelamento na empresa e se estima concluí-los em breve.
132
6 CONCLUSÕES
Sobre o método de projeto utilizado pode-se destacar
principalmente que o processo de projeto de máquinas industriais
segundo a metodologia proposta será bem sucedida desde que
sejam conhecidas de forma clara e objetiva as características do
processo em que o mesmo será aplicado, isto porque somente
depois do pleno entendimento destas informações é possível
identificar na totalidade as variáveis envolvidas e propor a solução mais adequada para o problema proposto.
As informações que alimentaram o projeto foram coletadas
das mais diversas maneiras e das mais diversas fontes. Foram realizadas pesquisas em feiras nacionais e internacionais, entrevistas com usuários de todas as etapas do ciclo de vida do
produto, pesquisas de mercado, de patentes e da legislação
vigente também se fizeram de grande valia na coleta e na
montagem do esqueleto da base de projeto. A feira K, que ocorre a cada três anos em Dusseldorf na
Alemanha, é considerada atualmente a vitrine mundial para
termoformagem e foi visitada pelos participantes deste projeto nas suas quatro últimas edições. Pode-se destacar facilmente dentre as informações coletadas, as que dizem respeito ao entendimento do processo de termoformagem, das causas da melhor eficiência e maior produtividade do maquinário
estrangeiro, bem como das tendências conceituais em máquinas
termoformadoras no mercado nacional e mundial. Ainda assim, mesmo em se lançando um olhar mais crítico sobre a tecnologia
nacional, também se descobriu vantagens e se traduziu de forma mas clara os motivos pelos quais a nossa indústria escolhe e
perpetua conceitos de máquinas que são entendidos
equivocadamente como ultrapassados, mas que se mostram robustos e eficientes ainda hoje no Brasil e em mercados emergentes. Por fim, uma coleta de informações na literatura de
referência da metodologia e do processo permitiu uma
amarração de todas as fontes com intuito de simplificar,
classificar, organizar e hierarquizar todas estas informações
preparando-as para o restante do projeto. De posse destas informações organizadas e hierarquizadas
na casa da qualidade partiu-se então ao projeto conceitual, que
133
se inicia desdobrando em funções cada vez mais elementares a
função global do equipamento ou produto. Neste projeto, algumas funções não foram desdobradas
por já serem amplamente utilizadas a muito tempo e são
consideradas estado da arte para o processo de termoformagem. Foi o caso específico do contra-chapas no interior do molde, onde mesmo podendo ter sua função desdobrada, se optou por utilizá-lo como um módulo pronto, uma vez que seu
funcionamento já está bastante consolidado. De posse da matriz morfológica de soluções técnicas para
as funções se buscou através de mecanismos de abstração em
equipe e pesquisa na literatura, formas de solucionar cada umas das funções desdobradas da função principal.
Foram destacados vários princípios de solução apontados
para resolução dos mecanismos lineares da termoformadora,
como a movimentação da prensa por exemplo. Uma constatação importante durante o trabalho foi que
soluções antes descartadas tendenciosamente pela equipe de
projeto começaram a fazer parte da gama de propostas para a
resolução do problema. A aplicação dos métodos de
brainstorming e da pesquisa em base de dados trouxe também
para a equipe de projeto novos procedimentos que auxiliam nas relações inter-pessoais antes renegadas a segundo plano durante o processo de desenvolvimento.
De posse das várias soluções para cada subfunção, a
elaboração dos conceitos teve inicio e o aglutinamento dos conceitos tomou forma. Justamente nesta fase as ferramentas propostas para a seleção das concepções viáveis sobressaíram,
eliminando as tendências e vícios da equipe de projeto, e
elucidando de forma lógica e objetiva os prós e contras de cada conceito.
Ao fim restou evoluir e recombinar as concepções que
foram mais bem sucedidas e aprimorá-las o máximo possível
afim de eleger a melhor alternativa para prosseguir no projeto. Pode-se destacar nesta fase a concepção F, que diferiu das
outras no mecanismo de abertura e fechamento da prensa. Robustez, simplicidade e eficiência são as marcas deste conceito
e, com base nos requisitos levantados no inicio do projeto, os métodos que se refletem em números, apontaram para a melhor escolha.
134
De posse do conceito mais viável técnica e
economicamente seguiu-se então para a próxima etapa do
projeto, os estudos preliminares. A respeito dos métodos propostos e utilizados para
validação dos estudos realizados deve-se considerar que a utilização do método de elementos finitos (MEF), alimentado com condições de contorno provenientes de cálculos teóricos
combinado a dados e bases práticas, mostrou-se bastante útil no
auxílio de projetos de moldes de termoformagem no quesito aporte térmico.
Ainda no âmbito numérico conseguiu-se destacar como eficiente para sistemas térmicos a metodologia e as propostas
práticas de sintonia dos controladores PID de Ziegler & Nichols,
que aplicadas na planta real resolveram o problema do levantamento do modelo numérico para análise. Dados estes que, aliados à simulação numérica de sistemas no Matlab, se
mostraram de grande valia no processo de projeto do sistema térmico de controle das estufas de aquecimento da máquina.
Não menos importante para o processo de projeto de
moldes de conformação e corte conjugados, a análise de
tolerâncias demonstrou de forma clara e estratificada o que e
como cada parte do processo de fabricação afeta cada parte do
molde considerando o processo de termoformagem. Em última análise, foi possível hierarquizar facilmente
fontes de erros em projetos de máquinas de forma mais coerente
interiorizando metodologias e procedimentos que já estão
largamente consolidados, podendo validar ou não todo um
projeto de produto. Realizadas as etapas anteriores contempladas no projeto
preliminar referentes aos estudos que podem causar significativo impacto no projeto, inicia-se então a modelagem das peças e a
montagem dos módulos que compõe a máquina termoformadora
de pequeno porte. O modelamento se deu em ordem de importância e
impacto no restante do projeto. Iniciou-se com a definição do
molde, seu tamanho e capacidades. A prensa e seus acionamentos foram desenvolvidos tendo como base as informações do molde previamente modelado. As estufas de aquecimento, o mecanismo de transporte da chapa e a mesa de entrada foram modelados posteriormente.
135
A estrutura da máquina, os circuitos auxiliares de
arrefecimento e conformação, bem como a carenagem e partes
de segurança não ficam então contemplados neste trabalho, mas
completam o processo e o projeto do produto termoformadora. O mais importante dentro deste processo de
desenvolvimento do trabalho e do projeto propriamente dito foi poder aplicar no dia a dia os aprendizados obtidos durante o trabalho. Vários métodos e procedimentos de projeto agora são
realizados dentro da empresa sob uma nova óptica, que tem
auxiliado muito na eficiência dos projetos e na intercomunicação
dentro da equipe. Ao término do detalhamento, a máquina terá sua
construção concluída e servirá de laboratório para a implementação de novas soluções na busca de qualidade,
produtividade e eficiência das máquinas produzidas na empresa. Com relação a trabalhos futuros sugere-se:
Uma gama maior de alterações na geometria da cavidade,
tais como o aumento da espessura interna e a inserção de material de maior condutividade térmica, seguindo as tendências do que ocorre no modelo europeu, bem como a implementação de um modelo numérico considerando um número maior de peças visando aprimorar-lo a realidade o máximo possível.
A análise numérica do comportamento térmico dos outros pontos do gargalo como a faca de corte fêmea, o contra-chapas, a distribuição da potência no inserto e o gargalo do
extrator são relevantes e denotam importância no processo
e podem ser trabalhados utilizando o mesmo modelo proposto nas cavidades de corte.
Uma melhor implementação e busca por soluções no
sistema de controle de aquecimento da chapa. Um modelamento matemático mas refinado da planta,
considerando os atrasos individuais de cada zona de aquecimento procurando prever com maior precisão a
diferença mo comportamento das resistências nas bordas
externas e internas do forno de aquecimento. Efetuar um estudo mais aprofundado, utilizando algoritmos
genéticos na busca pelos parâmetros dinâmicos ideais que permitam otimizar o tempo de subida e descida da prensa, aumentando a velocidade da máquina com um todo.
136
REFERÊNCIAS
ALBUQUERQUE, J.A.C. Planeta Plástico. Porto Alegre: Sagra
Luzzatto, p.218-219, 2001. BANCO REGIONAL DE DESENVOLVIMENTO DE EXTERMO SUL. Indústria de copos plásticos descartáveis: breve panorama
da situação atual e das perspectivas do segmento, com ênfase
em Santa Catarina. Florianópolis: BRDE, 2006.12 p. BACK, Nelson et al. Projeto integrado de produtos. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis: Manole, 2008. 601p. BRONW. B-Series Continuous Thermoforming Machine, 2009. Disponível em: http://www.brown-machine.com/continuous/b_series/continuous_b_features.html. Acesso em: 04/02/2012. CANEVAROLO Jr, S.V. Ciência dos polímeros, São Paulo:
Artliber, 2002. 286p. DHARIA, A. Aparato para testes prevê as possibilidades de
moldagem de diferentes tipos de chapas - Plástico Industrial, São
Paulo, v.8, n.95, p.24, 2006. Disponível em: http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/baixarconsulta.asp?codigo=135 Acesso em 04/06/2009. DIAS, A. Projeto Informacional - Departamento de Engenharia Mecânica - UFSC, 2012. Disponível em: http://emc5301.altamir.prof.ufsc.br/aulas/teorica/projetoinformacional.pdf Acesso em 22/10/2013. ELETROFORMING. Termoformadoras e Máquinas para
Embalagens - Tecnologia - Moldes.
137
Disponível em: http://www.eletro-forming.com.br/tecnology.php?sec=TECH01 Acesso em 17/10/2012. FERREIRA, M. G. G. Utilização de modelos para a
representação de produtos no projeto conceitual. 128f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 1997. FONSECA, A. J. H. Sistematização do Processo de Obtenção
das Especificações de Projeto de Produtos Industriais e sua
Implementação Computacional. 180p. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2000. FORCELLINI, F. A. Projeto de produtos, Florianópolis, 2002.
Apostila (Disciplina de Projeto Conceitual) Pós-Graduação em
Engenharia Mecânica, Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Santa Catarina. JACOBS. O.; Wolf-Regett. P.; Dalock. W. A. Test System for Punching of Thermoplastic Foils. Fachhochschule Lubeck, University of Applied Sciences, Lubeck. Germany. 2001. ILLIG, A. Thermoforming - A Practical Guide. Hanser, Munich, 2001. 242p. ILLIG. 3rd Generation Thermoformer Automatic pressure forming machine RDM 78K, 2012. Disponível em: http://www.illig.de/uploads/tx_illig/RDM_70K78K_6-2010_EN_web.pdf Acesso em: 06/05/2013. INNOVA PETROQUIMICA. Manual de termoformagem, 2009. Disponível em: http://www.innova.ind.br/Imagenes/eInnova/Manual_de_Termoformagem.pdf Acesso em 23/11/2011. LAFRATTA, F. H. Uso de fluido refrigerante, temporariamente confinado, em molde rápido para a injeção de termoplásticos.
138
2004. 180 f. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. LEÃO, A.R. Termoformagem: estudo da conformação de chapas
termoplásticas por vácuo com auxílio de contramolde. São Paulo,
SP: [s.n], 2009. 46f. MEAF. Thermoforming, 2012. Disponível em: http://www.meaf.com/products/thermoforming Acesso em: 04/05/2013. MENEGATTI, F.A. Desenvolvimento de um sistema de dosagem de fertilizantes para a agricultura de precisão. 268 f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Mecânica) � Universidade Federal de Santa Catarina,Florianópolis. 2004. PENNA, A.S. Borracha e Plástico. Fundação Centro Tecnológico
de Minas Gerais - CETEC, 2006. Seção sbrt 4184. Disponível em: http://sbrt.ibict.br Acesso em 25/01/2012 ROMANO, L. N. Modelo de Referência para o Processo de
Desenvolvimento de Máquinas Agrícolas. 266p. Tese (Doutorado
em Engenharia Mecânica) � Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2003. SANTANA, F. E. Desenvolvimento de um protótipo para lavação
de lanternas no cultivo de ostras. 114p. Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 2005. SHIED, M. ;BRITO. R. Sistema de auto sintonia para controlador PID aplicado a plantas térmicas. 75f. TCC (Graduação em
Engenharia Industrial Elétrica) - Universidade Tecnológica
Federal do Paraná, Curitiba. 2011. SORS, L; Bardocz, L; Radnoli, I. Plásticos, moldes e matrizes.
Curitiba: Hemus, 2002. 490p.
139
THOMAZI. E. Matrizes de corte, dobra e embutimento. Escola de Educação Profissional de Farroupilha. 2009. THRONE, J.L. Technology of Thermoforming. Hanser Gardner Publications,1996. 882p. TURCI, L. Breve Rassegna sui Processi di Termoformatura, 2007 Disponível em: https://www.ingmoold.unimore.it/CampusOne/VisualizzazioneIngegneria/StreamFile.asp?File=../MaterialeDidattico/Matdidattico5610/Termoformatura_LTurci_2007.pdf. Acesso em: 21/05/2012. WIESCHE, Stefan. Industrial thermoforming simulation of automotive fuel tanks. Kautex Textron GmbH & Co. KG, Forschung und Entwicklung, Kautexstr. Bonn, Germany. 2004.
140
APÊNDICES
APÊNDICE A - Diagrama de Mudge. 141
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 A B C SOMA
1 1B 3C 4A 5A 5B 7C 8C 1A 1A 1A 1B 1A 1A 1C 1A 1A 1B 1A 1B 1B 1C 23B 24C 25B 26B 27A 1A 29A 1A 31C 32A 33A 34C 35B 36A 1B 38C 39C 1A 1A 42B 43A 44C 45A 1A 47A 1B 49A 50A 51A 1B 53B 54A 55C 1B 57A 1B 59B 60A 1B 62A 13 11 2 56 2,1% 2
2 3B 2A 2A 6A 7A 8B 2B 2B 2C 2C 2C 2A 2B 2C 2C 2C 2C 2C 2C 2C 23A 24A 25A 2A 2A 2A 2A 2A 31A 2B 2A 34A 2A 2B 2C 38A 39A 2A 2B 42A 2A 44B 45A 2A 47A 48A 2A 2A 2A 2B 53A 2A 55A 2B 2B 2C 2A 2B 2C 2C 18 10 17 133 4,9% 3
3 3C 3C 3A 3A 3B 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3A 24A 3A 3A 3B 3A 3B 3C 3A 3A 3C 34A 3A 3C 3C 38A 39A 3C 3A 3A 3B 3A 3B 3A 3A 3B 3B 3B 3B 3B 3A 3A 3B 3C 3C 3C 3C 3C 3C 3C 16 12 29 197 7,3% 4
4 5A 6B 7B 8B 4A 10A 4A 4A 4C 4B 4C 4B 4B 4A 4A 4A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27B 28A 29A 30A 31C 32C 32B 34C 35B 36B 4A 38C 39C 4A 41A 42A 43A 44C 45C 46B 47B 48A 49C 50C 51C 52A 53C 54C 55B 4A 57C 4A 59B 60B 4A 62A 12 3 2 31 1,1% 1
5 6C 7A 8A 9A 5A 5B 5B 5B 5A 5C 5B 5B 5B 5B 5A 5A 5A 23B 24B 25B 26C 27A 28A 29A 5A 31C 32A 33A 34C 35B 36A 5A 38C 39C 40A 41A 42B 43A 44C 45B 46B 47B 48A 49B 50B 51B 52B 53C 54B 55C 5A 5A 5A 59B 60C 5A 5B 13 9 1 45 1,7% 1
6 6A 6A 6B 6B 6C 6C 6C 6C 6C 6C 6C 6C 6C 6C 6C 6C 23A 24A 25A 26A 6A 6B 6B 6C 31A 6A 6A 34A 35A 6A 6C 38A 39A 6B 41A 42A 6A 44A 45A 6A 47A 6B 6A 6A 6A 6C 6B 6A 55A 6C 6A 6C 6A 60A 6C 6B 15 9 19 137 5,1% 3
7 8A 7A 7B 7C 7C 7C 7C 7C 7C 7C 7C 7B 7C 7C 7C 23A 24B 35A 36B 7A 7A 7A 7A 7A 7A 7A 34A 7A 7A 7C 38A 39B 7A 41A 42A 7A 44A 7A 46A 47A 7B 7A 7A 7A 7C 53A 7A 55A 7C 7A 7C 59A 60A 7C 7C 20 4 18 122 4,5% 3
8 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8C 8A 8C 23A 24A 8B 8A 8A 8B 8C 8C 31A 32A 8B 34A 35A 8A 8C 38A 39A 8A 8A 42A 8A 44B 45A 8A 47A 8A 8A 8A 8A 8B 8A 8A 55A 8C 57A 8A 8A 8A 8C 8B 19 7 19 135 5,0% 3
9 10A 11A 9A 9A 14A 9C 16A 17A 18A 19A 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27C 28B 29B 30A 31C 32C 33C 34C 35C 36A 9A 38C 39C 40A 41C 42C 43C 44C 45C 46B 47C 48A 49C 50C 51C 52B 53C 54A 55C 9A 57B 9A 59C 60C 9B 62B 6 1 1 14 0,5% 1
10 11A 10A 13B 14B 10B 16B 17A 18A 19A 20A 21A 22B 23C 24C 25C 26C 27C 28C 29C 30C 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37C 38C 39C 40B 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48A 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 10A 57C 58A 59C 60C 61A 62A 4 1 0 7 0,3% 1
11 11A 13A 14A 11A 16A 17B 18A 19B 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27C 28C 29C 30C 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37A 38C 39C 40A 41B 42C 43B 44C 45C 46B 47C 45A 49C 50C 51C 52A 53C 54B 55C 11B 57A 11A 59C 60B 11B 62A 5 2 0 11 0,4% 1
12 13A 14A 12A 16B 17A 18B 19A 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27C 28C 29C 30B 31C 32B 33B 34A 35C 36B 12A 38C 39C 40C 41C 42C 43A 44B 45B 46B 47C 48C 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 56C 57C 12A 59C 60C 12A 62C 4 0 0 4 0,1% 1
13 14A 13A 13A 13A 18B 19B 20A 21A 22B 23C 24C 25C 26C 27C 28B 29A 30A 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37A 38C 39C 40C 41C 42C 43B 44C 45C 46B 47C 48B 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 13A 57B 13A 59C 60C 13A 62B 8 1 0 11 0,4% 1
14 14C 14A 14A 14A 19A 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27B 28A 29A 30A 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37A 38C 39C 40C 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48C 49C 50C 51C 52B 53C 54C 55C 14A 57C 14B 59C 60C 14A 62C 9 2 1 20 0,7% 1
15 16C 17C 18C 19C 20C 21C 22C 23C 24C 25C 26C 27C 28C 29C 30C 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37C 38C 39C 40C 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48C 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 56B 57C 58A 59C 60C 61A 62C 0 0 0 0 0,0% 1
16 16A 18A 19B 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27B 28A 29B 30A 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37C 38C 39C 40C 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48B 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 16A 57C 16A 59C 60C 61A 62C 5 2 1 16 0,6% 1
17 18A 19A 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27C 28A 29B 30A 31C 32C 33C 34C 35C 36C 37B 38C 39C 40B 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48B 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 17B 57C 17A 59C 60C 61A 62C 4 2 1 15 0,6% 1
18 19A 20A 21A 22A 23C 24C 25C 26C 27C 28B 29B 30C 31C 32C 33C 34C 35C 36C 18A 38C 39C 40A 31C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48B 49C 50C 51C 52B 53C 54C 55C 18B 57C 18B 59C 60C 18A 62C 7 4 1 24 0,9% 1
19 19B 19A 19A 23C 24C 25C 26C 27C 19A 29A 30A 31C 32C 33C 34C 35C 35C 19B 38C 39C 19A 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48A 49C 50C 51C 52A 53C 54C 55B 19A 57C 19A 59B 60B 19A 62A 13 5 1 33 1,2% 1
20 20A 22A 23C 24C 25C 26C 27C 28A 29A 30A 31C 32C 33B 34C 35C 36C 37A 38C 39C 40A 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48B 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 20B 57A 20B 59C 60C 20C 62B 10 2 2 26 1,0% 1
21 23A 23C 24C 25C 26C 27C 28A 29A 30A 31C 32C 33B 34C 35C 36C 37A 38C 39C 40A 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48B 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 21B 57A 21B 59C 60C 21C 62B 10 2 2 26 1,0% 1
22 23C 24C 25C 26C 27C 22A 29A 30A 31C 32C 33C 34C 35C 35C 22B 38C 39C 22A 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48A 49C 50C 51C 52A 53C 54C 55B 22A 57C 22A 59B 60B 22A 62A 14 3 1 28 1,0% 1
23 24A 23A 23A 23A 23B 23B 23B 31B 32A 23A 34A 23A 36A 23A 38C 39C 23A 41A 42A 23A 44A 23A 23A 47A 23A 23A 23A 23A 23B 23A 23A 23A 23C 23B 23C 23A 23A 23C 23A 25 7 18 136 5,0% 3
24 24B 24A 24A 24B 24B 24B 31B 32A 24A 34A 24A 36A 24A 38C 39C 24A 41A 42A 24A 44A 24A 24A 47A 24A 24A 24A 24A 24B 24A 24A 24A 24C 24B 24C 24A 24A 24C 24A 24 8 19 143 5,3% 3
25 26A 27A 25A 29A 25B 31B 32C 33A 34A 35A 36B 25B 38C 39C 25A 25A 42A 43A 44C 45C 46C 47C 25B 25A 50A 51A 52A 53A 54A 55B 25B 25A 25C 59A 60A 25B 62A 7 7 16 108 4,0% 3
26 26A 26A 26A 26A 31A 32B 26A 34A 26A 36A 26B 38B 39B 26A 41A 42A 26A 44A 45A 46A 47A 26A 26A 26A 26A 26A 53A 54A 55A 26C 57A 28C 26A 60A 26A 62A 17 2 17 108 4,0% 3
27 30A 27A 30A 33C 32C 35B 34C 35A 36A 27A 38C 39C 27A 41A 42B 43A 44B 45B 46A 47C 48A 49A 50A 51A 52A 53B 54A 55A 27A 57A 27A 59A 60A 27A 62A 9 3 12 78 2,9% 2
28 29A 28A 31C 32C 33A 34C 35C 36C 28B 38C 39C 28B 41C 42C 43C 44C 45C 46B 47C 28A 49A 50A 51A 52A 53B 54B 55C 28B 57B 28A 59A 60A 28A 28A 12 6 5 55 2,0% 2
29 29A 31C 32C 33A 34B 35A 36A 29A 38C 39C 29A 41A 42B 43A 44C 45C 46C 29B 29A 49A 50A 51A 52A 53A 29A 55B 29C 57A 29A 59A 60A 29A 29B 18 6 5 61 2,3% 2
30 31C 32C 33C 34C 35A 36C 37A 38C 39C 40A 41C 42C 43B 44B 45C 46C 47C 48A 49C 50C 51C 52C 53C 54C 55C 30A 57A 30A 59B 60C 30A 62B 15 1 4 38 1,4% 1
31 32A 31A 34A 35A 36A 31C 38C 39C 31B 41A 42B 43A 44C 45B 46A 47A 31C 31B 31B 31B 31B 53A 31B 55A 31C 31B 31C 31A 31C 31C 31A 7 10 27 172 6,4% 4
32 32A 34A 35A 36A 32C 38C 39C 32B 41A 42B 43A 44C 45B 46A 47A 32C 32B 32B 32B 32B 53A 32B 55A 32C 32B 32C 32A 32C 32C 32A 9 10 25 164 6,1% 4
33 34A 35A 36A 33C 38C 39C 33B 41A 42B 43A 44C 45B 46A 47A 33C 33B 33B 33B 33B 53A 33B 55A 33C 33B 33C 33A 33C 33C 33A 7 10 19 132 4,9% 3
34 34A 34A 34C 38C 39C 34A 41A 42B 34A 44B 34A 46A 47B 34B 34A 34A 34A 34B 53A 34B 55A 34C 57A 34C 59A 60A 34C 34B 21 5 23 151 5,6% 3
35 35A 35C 38C 39C 35A 41A 42B 35A 44B 35A 46A 47B 35B 35A 35A 35A 35B 53A 35B 55A 35C 57A 35C 59A 60A 35C 35B 17 8 21 146 5,4% 3
36 36C 38C 39C 36A 41A 42B 36A 44B 36A 46A 47B 36B 36A 36A 36A 36B 53A 36B 55A 36C 57A 36C 59A 60A 36C 36B 17 8 16 121 4,5% 3
37 38C 39C 40B 41C 42C 43C 44C 45C 46C 47C 48C 49B 50B 51B 52C 53C 54C 55C 37A 57C 37A 59C 60A 61A 62C 8 1 3 26 1,0% 1
38 38A 38C 38B 38A 38C 38A 38B 38C 38A 38C 38C 38C 38C 38C 38A 38B 38B 38C 38B 38C 38C 38C 38C 38C 10 6 45 253 9,4% 5
39 39A 41A 42B 39A 44B 39A 46A 47B 39B 39A 39A 39A 39B 53A 39B 55A 39C 57A 39C 59A 60A 39C 39B 10 6 34 198 7,3% 4
40 41C 42C 43B 44C 45C 46C 47C 48A 49B 50C 51C 52A 53C 54A 55B 40B 57B 40C 59B 60C 40C 62A 7 4 7 54 2,0% 2
41 42A 41A 44A 41A 41A 47A 41B 41A 41A 41A 52A 53A 41A 41A 41C 41A 41C 59A 41A 41C 41A 27 2 19 128 4,7% 3
42 42B 42A 42B 42A 42A 42B 42B 42B 42B 42B 42A 42A 42B 42C 42C 42C 42C 42C 42C 42C 15 19 25 197 7,3% 4
43 44C 45C 46C 47C 43A 49A 50A 51A 52A 53C 43A 55A 43C 57A 43C 59A 60A 43A 62A 13 4 15 100 3,7% 2
44 44B 44A 47A 44A 44B 44B 44B 44C 53A 44C 44A 44C 44A 44C 44B 44B 44C 44C 10 15 31 210 7,8% 5
45 46A 47B 45B 45A 45A 45A 45B 53A 45B 55A 45C 57A 45C 59A 60A 45C 45B 9 10 24 159 5,9% 4
46 47C 46A 46B 46B 46B 52A 53B 46A 55A 46C 46A 46C 59A 60A 46C 46B 14 11 19 142 5,3% 3
47 47B 47B 47B 47B 47C 47C 47C 47C 47C 47C 47C 47B 47B 47C 47C 13 13 31 207 7,7% 5
48 49A 50A 51A 52A 53C 54A 55C 48C 57B 48B 59B 60B 48B 62A 10 8 5 59 2,2% 2
49 50C 51B 52A 53C 54A 55B 49C 57A 49C 59A 59A 49C 49A 7 3 19 111 4,1% 3
50 50C 50A 53A 50A 50B 50C 50B 50C 50A 50A 50C 50C 11 4 23 138 5,1% 3
51 51A 53A 51A 51A 51C 51A 51C 59A 60A 51C 51B 11 4 20 123 4,5% 3
52 53B 54A 55A 52C 57A 52C 59A 60A 52C 52A 15 4 13 92 3,4% 2
53 53A 53B 53C 53A 53C 53A 53A 53C 53B 21 7 25 167 6,2% 4
54 54A 54C 54A 54C 54A 54A 54C 54A 14 3 18 113 4,2% 3
55 55C 57A 55C 59A 60A 55C 55A 18 7 21 144 5,3% 3
56 57B 56B 59A 60B 61A 62B 0 2 1 11 0,4% 1
57 57C 59A 60A 57C 57A 19 6 13 102 3,8% 3
58 59C 60C 61A 62B 2 0 0 2 0,1% 1
59 60A 59C 59A 21 8 15 120 4,4% 3
60 60C 60B 21 7 16 122 4,5% 3
61 62B 7 8 0 31 1,1% 1
62 12 8 7 71 2,6% 2
2704 100,0%
C - muito mais impotante, 5
TOTAL
Faixa (1-5)
A - um pouco mais impotante, 1
B - mediamente mais importante, 3
Relev
ân
cia
%
id31354640 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com
142 APÊNDICE B - QFD
Pes
o (M
udge
)
Ser
livr
e de
con
flitâ
ncia
s c
om
pate
nte
s
Util
iza
ener
gia
elétr
ica n
o a
quecim
ento
, m
ovim
enta
ção e
contr
ole
.
Tem
vaz
ão d
e 6
L/s
nas c
avid
ades e
0,6
L/s
nas facas d
e r
efr
igera
ção.
Dis
sipa
220
W p
or c
avid
ade
unitá
ria.
Prio
riza
peças fabricadas e
m m
aquin
as o
pera
triz
es c
onvencio
nais
.
Peç
as c
om
tole
rância
s m
aio
res p
ossív
eis
.
Util
izar
com
pone
ntes
com
erci
ais
que
poss
am s
er u
tiliz
ados
dur
ante
out
ros
proj
etos
.
Ser
mod
ular
bas
eado
em
funç
ão e
monta
gem
.
Pos
sui p
eças q
ue p
ossam
ser
invert
idas n
a m
onta
gem
.
Pos
sui p
eças s
em
err
os n
a m
onta
gem
Est
rutu
rar
de m
anei
ra a
pre
para
r pa
ra o
tran
spor
te
Ter
indi
cações d
e c
arr
egam
ento
Est
ar e
m e
spaç
o m
áxim
o d
e 1
3x2.8
x2.3
m)
Em
bala
gem
dev
e pe
rmiti
r en
trad
a e
saíd
a d
e lubrificação.
Alc
ançar
pro
dução d
e 3
0 c
iclo
s p
or
min
uto
.
Ter
o te
mpo
de
posi
cion
amen
to d
o m
ecan
ism
o de
tran
spor
te d
a lâ
min
a t=
0,5
s.
Ter
aqu
ecim
ento
da
lâm
ina c
om
pote
ncia
2000 W
/m².
Ter
o te
mpo
de
posi
cion
amen
to d
a pr
ensa
t=0,
5s.
Ter
o te
mpo
de
estir
amen
to d
a lâ
min
a t=
0,3
s
Ter
forç
a d
e e
stira
mento
de 6
00N
por
cavid
ade.
Ter
forç
a d
e c
ort
e d
e 6
000N
por
cavid
ade.
Ter
sis
tem
a de
isol
amen
to la
tera
l dos
forn
os.
Ser
pro
vida
de
IHM
dis
post
a em
loca
l ade
quad
o.
Ter
car
enag
em p
erm
itind
o se
gura
nça e
vis
ualiz
ação d
os p
rocessos.
Ter
fiaç
ão e
tubula
ções identificados a
gru
pados e
m locais
não v
isív
eis
.
Ter
válv
ula
s d
e s
egura
nça d
e p
ara
da r
ápid
a.
Ter
sis
tem
a de
pro
teção c
ontr
a incêndio
nos forn
os.
Ter
sis
tem
a de
seg
uran
ça n
a m
ovim
enta
ção d
os forn
os.
Ter
can
tos
arre
dond
ados
em
áre
as d
e e
ntr
ada e
saíd
a d
e lâm
ina e
pro
duto
s.
Pos
suir
pain
el c
entr
al d
e co
ntro
le p
neum
ático e
elé
tric
o.
Ter
con
trol
e de
tem
pera
tura
s co
m o
vers
hotin
g de
1ºC
.
Ter
reg
ulag
em m
ecânic
a d
e p
enetr
ação d
os p
unções.
Na
tela
prin
cipa
l de
oper
ação d
eve ter
os c
ontr
ole
s d
a T
F d
e g
rande p
ort
e
1 Não deve ser conflitante com patentes parcial ou integralmente que dificultem a fabricação, a utilização e o comércio; 2 5 3 3 5 3 3 1 0 3 0 0 0 0 0 5 1 3 5 1 5 5 1 3 0 0 3 1 1 0 0 3 0 32 Deve primar pela utilização da energia elétrica no aquecimento e movimentação / controle do processo; 3 0 5 1 1 0 0 3 1 1 0 0 0 0 0 3 3 5 3 3 5 3 5 5 0 0 1 1 1 0 0 5 0 53 Ter refrigeração igual ao modelo TE3 nos canais de refrigeração das cavidades; 4 3 0 5 5 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04 Deve primar por peças fabricadas em máquinas operatrizes convencionais; 1 0 0 5 5 5 5 1 1 1 1 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 0 0 1 0 0 0 0 3 1 0 1 05 Deve possuir peças com tolerância mais aberta possível; 1 0 0 5 1 5 5 1 1 1 1 0 0 0 0 3 3 0 3 3 0 5 0 0 1 0 0 0 0 3 1 0 1 06 Por se tratar de uma máquina piloto, o objetivo é alcançar o menor dispêndio possível; 3 1 3 1 5 5 5 5 1 1 3 1 1 1 1 5 5 3 5 5 5 5 3 3 1 1 5 5 5 5 1 5 1 37 Ser barata de fabricar; 3 0 3 1 3 5 5 5 1 1 1 1 1 1 1 5 5 3 5 5 5 5 3 3 1 1 5 3 3 5 1 5 1 38 Utilizar componentes comerciais baratos, porque que vai ser utilizada esporadicamente durante projetos específicos; 3 1 3 3 3 1 1 5 3 1 0 1 1 1 1 5 5 5 5 5 3 3 5 3 3 1 5 5 5 5 3 5 3 39 Ter peças que se encaixam no padrão de qualidade das empresas terceirizadas da região; 1 0 0 1 1 5 5 1 3 1 1 1 1 1 1 5 3 0 5 3 5 5 0 0 1 1 0 0 0 5 1 0 1 010 Deve buscar otimização da modularidade baseado em critério de montagem e função; 1 0 1 1 1 0 0 3 5 1 1 1 1 3 1 1 1 3 1 1 1 1 3 1 1 1 0 1 1 0 1 5 1 111 Deve ser constituída por módulos a serem montados separadamente e integrados no final do processo de montagem; 1 0 1 1 1 0 0 3 5 0 0 3 3 3 1 1 1 3 1 1 1 1 3 1 3 1 3 3 3 0 3 3 3 112 Deve primar por peças que não possam ser invertidas, utilizando componentes padronizados; 1 0 0 0 0 1 1 3 3 0 3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 013 Ser de fácil montagem e o mais modular possível, parecida com a modelo TE3; 1 0 0 3 5 3 3 5 5 1 1 3 3 5 1 1 1 3 1 1 1 1 3 0 3 1 1 3 3 0 3 3 3 014 Peças não possuir erros em tolerâncias e ajuste; 1 0 0 5 5 3 3 5 0 0 3 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 015 Possuir arruelas em todos os oblongos de regulagem; 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 016 Deve possuir o mínimo numero de partes salientes, a embalagem em módulos e ser mais cúbico possível do espaço de embalagem; 1 0 0 0 0 1 1 0 3 0 0 5 5 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 1 1 0 3 0 3 017 Deve possuir partes que se encaixam umas nas outras facilitando a embalagem; 1 0 0 3 3 0 0 3 5 0 0 5 5 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 018 Deve possuir indicações de carregamento e centro de massa, afim de facilitar o transporte. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 019 Deve estar contido em espaço físico suficiente para ser transportado por meio rodoviário (13x2,8x2,3m); 1 1 0 0 0 0 0 0 5 0 0 5 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 3 3 0 3 0 3 020 Deve estar protegido e preparado para armazenamento por longo período de tempo em inatividade. 1 0 1 0 0 0 0 5 3 0 0 5 5 5 5 1 1 0 3 3 3 3 0 1 0 0 5 0 0 0 0 0 0 121 Deve prever possíveis saídas e entradas de óleo e lubrificação das partes que possam oxidar com o tempo sem uso; 1 0 0 0 0 0 0 5 3 0 0 5 5 5 5 3 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 3 1 1 0 0 0 0 022 Ocupar pouco espaço; 1 0 3 0 0 0 0 1 5 0 0 5 5 5 0 3 0 1 5 0 0 5 0 3 3 1 0 3 3 0 3 3 3 323 Deve possuir as configurações básicas para produção de produtos descartáveis; 3 3 5 5 5 0 0 3 1 0 0 1 1 3 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 3 1 1 0 0 5 0 524 Deve alcançar no mínimo a mesma ciclagem do modelo de grande porte; 3 3 5 5 5 0 0 3 1 1 3 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 3 5 0 0 3 1 1 0 0 5 0 525 Deve ser o mais eficiente possível na etapa do aquecimento da lâmina; 3 5 5 0 1 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 0 3 3 0 0 5 0 526 Deve possuir as configurações funcionais do modelo de grande porte; 3 3 5 3 5 3 3 3 3 0 1 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 3 5 1 0 3 1 1 1 1 5 1 527 Deve possuir um centro de comunicação homem-máquina que possibilite o acesso simples a programação da máquina; 2 1 5 0 0 1 1 5 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 5 3 1 0 0 0 0 3 3 3 528 O painel de comando deve estar acessível ao operador em altura e espaço suficiente para operação; 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 5 5 0 5 5 5 5 0 1 5 0 0 0 0 1 5 5 5 129 Deve possibilitar visualização do processo de aquecimento da lâmina e prensa sem obstruções de visualização; 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 3 3 5 3 3 3 3 5 0 5 0 0 5 5 1 5 5 5 030 Deve possuir layout organizado, fiação e tubulações em lugares predefinidos, identificados e ocultos de preferência; 1 0 1 3 3 0 0 0 1 0 0 3 3 3 5 0 0 1 0 0 0 0 1 1 5 5 3 1 1 3 5 5 5 131 Deve possuir válvulas de segurança para despressurização rápida do circuito pneumático caso haja parada de emergência; 4 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 0 1 5 5 5 0 0 0 0 032 Deve possuir proteções contra incêndio no aquecimento da lâmina em operação e no caso de falta de energia ou ar comprimido; 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 1 1 5 5 5 1 1 1 1 033 Deve restringir o acesso do operador as partes que possam causar danos físicos; 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 5 1 5 5 5 5 5 5 5 034 Deve possuir todas as funções necessárias a operacionalização do processo de fabricação de produtos descartáveis; 3 3 3 5 5 1 1 3 1 0 0 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 3 3 1 0 5 3 3 1 1 1 1 335 Deve seguir as diretrizes operacionais existentes no modelo de grande porte; 3 0 3 5 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1 0 5 5 3 5 5 5 5 3 3 1 0 5 3 3 1 1 1 1 336 Deve apresentar de forma clara e objetiva os controle operacionais mínimos necessários para operacionalização do processo; 3 3 5 0 1 1 1 3 0 0 0 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 3 5 3 0 0 0 0 1 3 3 3 537 Deve possuir cantos arredondados em áreas de acesso do operador para evitar danos fiscos no contato acidental mais intenso; 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 5 0 0 0 5 1 1 1 038 Deve possuir força suficiente para suportar a transformação do produto descartável que estiver sendo produzido naquele instante; 5 1 0 3 3 1 1 3 1 0 0 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 3 0 0 0 3 1 1 0 0 0 0 039 Deve prover as velocidades e acelerações respeitando as inéricas para alcançar a produção do modelo de grande porte; 4 3 1 3 5 1 1 3 1 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 1 0 0 5 1 1 0 0 0 0 140 Deve contemplar uma área de controle central para reunir todas as funções elétricas e pneumáticas utilizadas durante o processo; 2 1 5 1 1 0 0 3 1 0 0 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 5 3 1 5 1 1 3 3 3 3 541 Deve primar por isolamento para aumentar eficiência de na parte térmica; 3 5 5 5 5 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 5 3 3 3 3 5 5 5 0 0 1 1 5 5 5 5 542 Deve manter a similaridade em fluxo energético no aquecimento da lâmina e na refrigeração no ferramental. 4 5 5 5 5 0 0 3 1 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 543 Deve contar com sinais de controle provenientes da IHM e seguranças no perímetro operacional; 2 0 5 0 1 0 0 5 0 0 0 0 0 0 0 5 5 1 5 5 5 5 1 5 5 1 1 5 3 0 5 5 5 544 Ter as velocidades e produção do modelo TE3; 5 3 3 5 5 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 3 0 0 5 0 0 0 0 0 0 345 Ter os mesmos controles do modelo TE3; 4 0 3 5 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 5 5 3 5 5 5 5 3 3 0 0 5 0 0 0 0 0 0 346 Mostrar facilmente as temperaturas e pressões e exportá-las; 3 1 3 5 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 3 1 5 1 1 1 1 5 3 0 1 0 1 0 0 0 0 0 347 Deve possuir estabilidade térmica suficiente suportada por controle centralizado, para garantir produção estável do descartáveis; 5 3 5 5 3 0 0 3 0 0 0 1 1 1 3 3 3 5 3 3 3 3 5 5 0 0 0 5 5 0 0 5 5 548 Ser fácil de operar; 2 0 1 1 1 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 1 0 0 3 1 1 0 0 5 5 149 Ter controle de pressão do prensa chapas a mão; 3 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 5 1 3 0 0 0 5 5 5 050 Ter controle de pressão de formação a mão; 3 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 5 1 3 0 0 0 5 5 5 051 Ter controle de pressão e velocidade do pistão de estiramento, régua, fechamento da prensa; 3 0 1 3 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 1 5 1 3 0 0 0 5 3 3 152 Pode ter aquecimento da lâmina por contato; 2 1 1 0 3 0 0 3 1 0 0 0 0 0 0 3 3 5 3 3 3 3 5 1 3 1 0 5 5 1 3 5 5 153 Deve possuir regulagem mecânica e ajuste do corte; 4 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 0 5 5 5 5 0 0 3 1 5 0 1 1 3 3 3 054 régua, corte e bobinamento de aparas e ajuste de refrigeração do molde; 3 0 3 3 3 0 0 3 1 0 0 0 0 0 0 5 5 0 5 5 5 5 0 3 3 1 1 1 1 0 3 3 3 355 Deve possuir intertravamento de segurança para manutenções na prensa e ferramental; 3 0 0 1 1 0 0 3 0 0 0 0 0 0 1 5 5 0 5 5 5 5 0 0 5 1 5 0 0 1 5 5 5 056 Deve evitar componentes que venham a ferir a legislação de proteção do meio ambiente vigente no caso do descarte do produto; 1 0 0 0 0 1 1 3 0 0 0 1 1 1 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 057 Facilidade de acesso ao molde e partes que sofrem desgaste como bordas de corte e articulações móveis; 3 0 0 0 3 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 3 3 3 3 0 0 3 0 1 0 0 1 3 3 3 058 Deve possuir maior número de componentes recicláveis possíveis, ou pelo menos com destino assegurado e direcionado; 1 0 0 0 1 3 3 3 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5 0 0 1 1 1 059 Deve possuir proteção contra corrosão e desgaste nas partes expostas a fluidos e agentes abrasivos/oxidantes. 3 0 0 5 1 3 3 3 0 0 0 0 0 0 5 3 3 0 3 3 3 3 0 0 0 0 3 1 1 0 0 0 0 060
Devem estar protegidas superfícies de contato direto com a água de refrigeração, o ar ambiente, o manuseio operacional e o produto a sertransformado; 3 0 0 3 5 1 1 0 0 0 0 0 0 0 5 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 3 0 0 3 1 1 1 0
61 Deve possuir itens que na impossibilidade da reciclagem, possam ser descartados com certa facilidade; 1 0 0 0 0 3 3 3 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 3 0 0 0 0 0 062 Deve possuir controle central afim de facilitar manutenção e possíveis atualizações operacionais; 2 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 3 0 5 0 0 3 3 3 3 0
Importância Absoluta 184 284 335 333 148 148 352 107 29 38 73 73 92 101 518 502 317 509 504 511 535 310 293 242 70 360 246 230 147 242 376 275 284
Percentual Importância
1,93%
2,99%
3,52%
3,50%
1,56%
1,56%
3,70%
1,13%
0,30%
0,40%
0,77%
0,77%
0,97%
1,06%
5,45%
5,28%
3,33%
5,35%
5,30%
5,37%
5,63%
3,26%
3,08%
2,54%
0,74%
3,79%
2,59%
2,42%
1,55%
2,54%
3,95%
2,89%
2,99%
Manutenção,
Desativação e
Descarte
Necessid
ad
es d
o C
lien
te
Especificações do Produto
Projeto
Fabricação
Estocagem
Montagem
Embalagem
Armazenamento e Transporte
Uso e Função
id31389281 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com