MAURICIO CARLOS DE SALES JUNIOR
VINÍCIUS RANGEL CORRÊA
CONTROLE DE TEMPERATURA
DO
FORNO RESISTIVO
Pindamonhangaba-SP
2015
MAURICIO CARLOS DE SALES JUNIOR
VINÍCIUS RANGEL CORRÊA
CONTROLE DE TEMPERATURA
DO
FORNO RESISTIVO
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação do
Curso de Engenharia e Controle de Automação na
Fundação Universitária Vida Cristã – FUNVIC,
como requisito parcial para obtenção do título de
Engenheiro e Controle de Automação.
Orientador: Célio Augusto Machado
Pindamonhangaba-SP
2015
Corrêa, Vinicius Rangel; Sales Jr, Mauricio Carlos
Fornos Resistivos / Corrêa, Vinicius Rangel ; Sales Jr, Mauricio Carlos
/ Pindamonhangaba : FUNVIC Fundação Universitária Vida Cristã, 2015.
26f. : il.
Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia e Controle de Automação)
FUNVIC-SP.
Orientador: Prof. Célio Augusto Machado.
1 Conformação. 2 Extrusão.
I Fornos Resistivos. II Corrêa, Vinicius Rangel; Sales Jr, Mauricio Carlos.
MAURICIO CARLOS DE SALES JUNIOR
VINÍCIUS RANGEL CORRÊA
CONTROLE DE TEMPERATURA
DO FORNO RESISTIVO
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação do
Curso de Engenharia e Controle de Automação na
Fundação Universitária Vida Cristã – FUNVIC,
como requisito parcial para obtenção do título de
Engenheiro e Controle de Automação.
Orientador: Célio Augusto Machado
Data:________________________
Resultado:____________________
BANCA EXAMINADORA
Prof.____________________________________Faculdade de Pindamonhangaba
Assinatura_______________________________
Prof.____________________________________Faculdade de Pindamonhangaba
Assinatura_______________________________
Prof.____________________________________Faculdade de Pindamonhangaba
Assinatura_______________________________
AGRADECIMENTOS
A Deus que nos proporcionou estar todos estes anos na companhia deste corpo
docente que nos ensinou e orientou para que este projeto se realizasse com sucesso.
Aos nossos familiares que sempre estiveram ao nosso lado nos ajudando, apoiando
e incentivando a continuar e não desistir de nossos objetivos profissionais.
Ao Prof. Marcelo Pinheiro Werneck, pela maneira com que orientou coordenou o
curso e nos ajudou para que este se realizasse.
Ao Prof. Célio Augusto Machado pela excelente orientação e ajuda que nos foi
prestada para a realização deste trabalho, onde analisou, corrigiu e reconheceu nosso
esforço e trabalho.
As empresas Novelis S.A e Gerdau S.A pela a colaboração e apoio em nosso
aprendizado do dia a dia, proporcionando a oportunidade de crescimento tecnológico e
profissional.
RESUMO
Com os altos índices de produção de alumínio e metal aço no mundo é evidente que
os processos em um forno resistivo sejam estáveis, pois sem o aquecimento em altas
temperaturas é impossível fundir ou se tratar um material seja para qualquer processo,
sendo assim a ideia de controlar a temperatura do forno resistivo é forte e conhecida em
dias atuais. Com o problema conhecido em relação ao aquecimento de matriz para extrusão
em algumas empresas do ramo, estudou-se e pesquisou-se a necessidade de projetar um
forno resistivo individual de controle similar aos existentes e de baixo custo.
Implementando um processo On/Off que tem um eficiente sistema simples, prático e de
baixo custo, com o auxilio de um Zelio Logic de saídas a relé foi possível elaborar o
programa de controle de malha fechada da temperatura do forno resistivo. Com grande
variedade de produtos extrudados no mundo, o processo de conformação mecânica, como é
chamado, também é um processo de baixo custo e de materiais com altas dimensões,
proporcionando um ótimo acabamento. Com as medições feitas pelo sensor de temperatura
termopar tipo K foi possível desenvolver o controle do processo que envia o sinal recebido
do termopar para o controlador e indicador, que por sua vez da a ordem de aquecimento
para a resistência. Para indústrias com grande capacidade de produção acredita-se que seja
um sistema frágil e que não terá grande duração, mas para uma empresa de pequeno porte
pode ser muito vantajoso. Por fim o trabalho abrirá varias portas de ideias de
aperfeiçoamento tecnológico ao processo existente como, uma melhora no sistema de
resfriamento do forno resistivo, onde é feito por ventilação, mas se estuda futuramente ser
realizado hidraulicamente, controlando e automatizando toda vazão de água.
Palavras chaves: controle de temperatura, Zelio Logic, termopar tipo K.
ABSTRACT
In the case of aluminum and steel engraving production rates in the world is evident
that the processes in a resistive furnace to be stable, because without heating at high
temperatures is impossible to melt or treating a material is any process, so the idea of the
temperature control resistive oven is strong and known today. With the known problem
regarding the matrix heating for extrusion in some companies in the industry, he studied
and researched the need to design an individual resistive furnace similar to existing control
and low cost. Implementing an On / Off process that has an effective simple, practical and
cost-effective system with the help of a Zelio Logic relay outputs was possible to develop
the closed-loop control program of the resistive oven temperature. With wide range of
extruded products in the world, the mechanical forming process, as it is called, is also a
process of low-cost materials with high dimensions, providing a great finish. With
measurements made by K-type thermocouple temperature sensor was possible to develop a
control process which sends the signal received from the thermocouple to the controller
and indicator, which in turn gives the order to the heating resistance. For industries with
large production capacity is believed to be a fragile system and does not have great length,
but for a small business can be very advantageous. Finally the work opens several doors
for technological improvement ideas to the existing process as an improved cooling system
resistive oven, where it is made for ventilation, but if future studies be carried out
hydraulically, controlling and automating the entire flow of water.
Key words: temperature control, Zelio Logic, K-type thermocouple
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 1
2. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................... 2
2.1 CONFORMAÇÃO .................................................................................... 2
2.2 EXTRUSÃO ............................................................................................. 3
3. MÉTODO .............................................................................................................. 5
3.1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ...................................... 5
3.2 SENSOR INDUTIVO .............................................................................. 6
3.3 TERMOPAR ............................................................................................ 7
3.4 MOTOR DE PASSO ................................................................................ 8
3.5 CONTROLADOR E INDICADOR DE TEMPERATURA ...................... 9
3.6 RESISTÊNCIA ...................................................................................... 10
3.7 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO INICIAL ............................. 11
3.8 MONTAGEM E TESTES DO PROTÓTIPO INICIAL .......................... 11
3.9 PROBLEMAS VERIFICADOS E SOLUÇÕES PROPOSTAS .............. 12
3.10 PROJETO MECÂNICO ....................................................................... 12
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................... 16
5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 17
6. REFERÊNCIAS ................................................................................................... 18
3
3
3
3
3
3
3
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1- Exemplo de extrusão .............................................................................. 3
FIGURA 2- Materiais extrudados .............................................................................. 4
FIGURA 3- Processo de extrusão .............................................................................. 5
FIGURA 4- Funcionamento do controle on/off ................................................................. 5
FIGURA 5- CLP Zelio .............................................................................................. 6
FIGURA 6- Tipos de Sensores .................................................................................. 7
FIGURA 7- Motor de Passo ...................................................................................... 9
FIGURA 8- Controlador e indicador de temperatura ................................................ 10
FIGURA 9- Resistência elétrica ............................................................................... 11
FIGURA 10- Diagrama de blocos ............................................................................ 11
FIGURA 11- Fluxograma da lógica do clp .............................................................. 13
FIGURA 12- Desenho da caixa de controle de temperatura ..................................... 13
FIGURA 13- Desenho da caixa do Forno Resistivo ................................................. 13
FIGURA 14- Projeto Final ...................................................................................... 13
LISTA DE TABELAS
TABELA 1- Termopar tipo K .................................................................................... 8
TABELA 2- Termopar tipo K .................................................................................... 8
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
1
1. INTRODUÇÃO
Sabe-se que em nossos dias atuais o forno elétrico resistivo é um dos equipamentos
eletrotérmicos mais conhecidos e utilizados na indústria e em processos de extrusão de
alumínio para aquecimento de matrizes. O desenvolvimento de novas ligas metálicas
proporcionou a construção de elementos resistivos capazes de suportar temperaturas mais
elevadas, no processo de extrusão controlamos uma temperatura entre 400ºC a 650ºC.
Um forno elétrico é constituído basicamente de uma câmara de aquecimento, um
conjunto de resistências elétricas e uma carcaça metálica. A câmara de aquecimento tem
um papel importante, uma vez que ela determina as perdas de calor. Por essa razão elas
devem ser feitas com materiais refratários e isolantes térmicos. As resistências elétricas
determinam a temperatura máxima de operação do forno elétrico (GUERRA, 2006).
Controla-se a temperatura do forno elétrico usando um sensor de temperatura,
geralmente um termopar, a partir desta medição que é feita do valor desejado ou de
referência, pode-se enviar para um indicador de temperatura que por sua vez e suas
características transforma este sinal analógico para digital.
A maioria dos processos que utilizam forno a resistivo requer em uma grande
precisão na temperatura do aquecimento, no processo de extrusão, por exemplo, é de muita
importância que também se mantenha a temperatura desejada para que não haja retrabalhos
no processo. Portanto, a temperatura desejada deve ter uma taxa de variação constante até
atingir o valor desejado de regime permanente, ou seja, o sinal de referência deve ser um
sinal do tipo rampa até que o forno atinja a temperatura final desejada, quando se mantem
em um valor constante (GUERRA, 2006).
O estudo será feito com o intuito de encontrar uma maneira mais rápida e com um
custo baixo, para estar otimizando o processo de aquecimento das matrizes, pois os fornos
aquecem em torno de vinte matrizes de uma vez, levando em torno de oito horas para
atingirem a temperatura ideal, com isso em certos processos que a utilização das matrizes é
muito rápida, gera a paralização do processo, pois não há tempo de aquecer todas
rapidamente.
Como no forno são aquecidas várias matrizes ao mesmo tempo, retirando uma
matriz quente e colocando-se outra fria, prejudicando o aquecimento das outras, decidiu-se,
por esse motivo, desenvolver esse projeto com o objetivo de aquecer uma matriz de cada
2
vez em um forno separado para ganhar tempo de aquecimento, economizando potência,
pois será também um aquecimento através de resistências, com isso aquecendo uma matriz
de cada vez, enquanto as outras continuaram no forno maior, pois uma única levaria em
torno de 45 minutos de aquecimento, e com isso não pararia o sistema.
2. REVISÃO DA LITERATURA
Sabe-se que o alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre e
um dos mais utilizados, sendo também o metal mais jovem nas indústrias em geral.
Mesmo utilizado antes de Cristo, o alumínio começou a ser produzido
comercialmente há cerca de 150 anos. Sua produção atual supera a soma de todos
os outros metais não ferrosos. Esses dados já mostram a importância do alumínio
para o nosso dia a dia. Antes de ser descoberto como metal isolado, o alumínio
acompanhou a evolução das civilizações. Sua cronologia mostra que, mesmo nas
civilizações mais antigas, o metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos
mais diferentes artefatos. Hoje, os Estados Unidos e o Canadá são os maiores
produtores mundiais de alumínio. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de
bauxita em seu território, dependendo exclusivamente da importação
(LATAPACK, 2011, p.1).
O Brasil possui a terceira maior reserva do mundo do minério bauxita, reserva esta
localizada na região amazônica, além da Amazônia, o alumínio pode ser encontrado no
sudeste do Brasil, este minério é o mais importante para a produção de alumínio, contendo
de 35% a 55% de óxido de alumínio. Conclui-se com tudo isso que somos como Brasil o
maior reciclador de alumínio do mundo, onde 98% de todo alumínio produzido volta para
os fornos para serem fundidos novamente e se transformarem em um novo alumino
(NANI, 2004).
2.1 CONFORMAÇÃO
Segundo (LIMA, 2006, p.22): “A conformação é a categoria que envolve todos os
processos na qual a matéria-prima no estado líquido, plástico ou sólido, com ou sem a
presença de calor, é submetida a algum tipo de esforço ou ação que venha a alterar sua
geometria inicial em outra diferente”. Alguns dos materiais que se aplicam a extrusão são
os metais, polímeros, cerâmica e vidro, também chamado de extrusão a frio, esse processo
3
aumenta a resistência do material, melhora o acabamento superficial e permite tolerâncias
dimensionais mais estreitas.
2.2 EXTRUSÃO
Entende-se que extrusão é um dos meios de conformação de metais que possuem
grandes tamanhos, como tubos, barras e perfis que necessitem de um controle dimensional
exato. Primeiramente o alumínio é aquecido para ficar maleável, em seguida é lubrificado,
processo que ajudara em sua extrusão, logo após com a pressão que é exercida por alguma
força externa esse alumínio aquecido é prensado em um bloco que possui a matriz de
conformação, passando pela matriz este já sai com o formato que foi estabelecido pela
matriz, seja barras desenhadas, perfis específicos ou chapas dimensionadas, todos com
dimensões grandes, ou seja, com comprimentos grandes (SAAD, 2015 ).
Conforme (ABAL, 1997): “É um processo de transformação termomecânica no
qual um tarugo de metal é reduzido em sua seção transversal quando forçado a fluir através
do orifício de uma matriz (ferramenta), sob o efeito de altas pressões e temperatura”.
Figura 1: Exemplo de Extrusão
4
Figura 2 – Materiais extrudados
Fonte: SAAD, 2013
O alumínio é um metal acima de tudo leve em comparação com outros aços, sendo
assim muito utilizado para construções de materiais e equipamentos que requerem
resistência com peso mínimo, um exemplo diário disso são os utensílios de cozinha, grande
parte é feito em alumínio, pois além de obter bonito acabamento são leve, muito alumínio
utilizado também nas duas guerras mundiais, onde já se necessitava de menos peso para
construções de peças de aviões.
Utilizado comercialmente desde o século XIX, foi na Segunda Guerra Mundial que
o processo de extrusão passou pelo primeiro incremento. Os perfis extrudados de
alumínio eram produzidos em grande quantidade para aplicação em componentes
aeronáuticos (OBA, 2004, p.1).
Na figura 3 é ilustrado um processo de extrusão, onde o material ou tarugo de
alumínio recebe uma pressão, uma força em direção da matriz, passando no molde, furo da
matriz. O material desejado sai do outro lado na mesa de esticar e recebe corte determinado
para o material, recebe depois um tratamento térmico específico, inspeção e embalagem,
(FARIA, 2010).
Figura 3– Processo de extrusão
Fonte: FARIA, 2011.
5
3. MÉTODO
Conforme os requisitos especificados para o controle de temperatura do forno
resistivo, foi utilizado o CLP Zelio, controlador de temperatura, sensores indutivos e um
motor de passo. Na proposta apresentada, definiu-se que o controle de temperatura será do
tipo on/off, por um controlador e indicador de temperatura e a leitura por um termopar tipo
“K”. A escolha por estes componentes se deu pelos seguintes motivos: baixo custo,
facilidade de obtenção de informações: o fabricante disponibiliza farta documentação,
além de possuir informações na internet, na figura 4 ilustra através de um gráfico os pulsos
do on/off e a curva da potência.
Figura 4 – Gráfico On/off
3.1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRMÁVEL
O (Controlador Lógico Programável) CLP, nasceu em 1968 dentro de uma indústria
automobilística General Motors liderado pelo engenheiro Richard Morley, como tinham
grandes dificuldades de fazer mudanças lógicas nos painéis de controles resolveram criar
um equipamento flexível para substituir fisicamente alguns componentes elétricos, os
CLPs são menores e mais fácil de instalar, suprindo a necessidade de muitas indústrias.
Sabe-se que hoje em dia a maioria das plantas industriais utiliza o CLP para fazer o
controle das máquinas, por ter uma operação mais segura e ser economicamente viável,
pois existem diversos tamanhos e complexidade diferentes. Os CLP’s tem como uma
grande vantagem monitorar as plantas em tempos reais, podendo ser conectados a
Supervisórios e (Interface Homem Máquina) IHM via rede. Quando ocorrer uma falha é
6
mais fácil e rápido de resolver, pois pode ser alterada a linha de montagem sem que tenha
que fazer grandes modificações elétricas e mecânicas. A linguagem normalmente utilizada
é a ladder ou lógica de relé, onde são utilizadas bobinas, temporizadores, contatores, entre
outros. (FRANCHI, CAMARGO, 2009).
Figura 5 – CLP Zelio
Fonte: SCHNEIDER
Tendo em vista as características do Zelio logic e a quantidade de entradas e saídas
necessárias para a automatização do controle de temperatura do forno resistivo, implantou-
se este CLP, posicionando na parte superior direita do painel elétrico foi interligado os
sinais de entrada e saída do processo, ocasionando ganho de espaço no painel, descartando
custo com a compra de grandes painéis para confecção do comando elétrico e eletrônico.
3.2 SENSOR INDUTIVO
Os sensores de proximidades podem ser divididos em quatro tipos: indutivo,
capacitivo, óptico e ultrassônico, os sinais de saídas podem ser digitais ou analógicos. Os
sinais digitais quando atuados geram um pulso, como exemplo o sensor indutivo que atua
baseado no principio da variação da indutância de uma bobina, quando um elemento
metálico se aproxima do sensor.
Os sensores indutivos são compostos de:
- Bobina, conforme o material se aproxima vai gerando um campo eletromagnético
menor;
7
- Oscilador, fornece a geração do campo magnético, quando o material esta longe
sua amplitude é máxima e conforme a distancia diminui o campo também diminui;
- Circuito de disparo, responsável por detectar a mudança de amplitude do oscilador
com a aproximação do objeto;
- Circuito de saída, após ocorrer uma mudança suficiente no campo magnético ele
fornece um sinal para o CLP ou máquina.
Existem sensores de vários tamanhos, formas e dois tipos: blindado e sem
blindagem, conforme o tamanho e o tipo variam sua faixa de atuação, assim como cada
material tem seu valor de resistência que interfere na distancia de atuação. Os sensores
blindados geram um campo magnético mais direcionado, ocasionando um ganho na
precisão e na distancia de operação. Já os sem blindagem geram um campo magnético
mais largo e com menos precisão.
Eles podem operar tanto em C.C. como em C.A., normalmente é utilizado sensor de
três fios (terra, alimentação e sinal), existe com dois fios ou quatro fios dependendo da
aplicação que usará, alguns tem (Light Emitting Diode) led embutido no seu corpo para
indicar seu estado de atuação, mas como todo componente ele tem suas vantagens e
desvantagens. (FRANCHI, CAMARGO, 2009).
Figura 6 – Tipo de sensores
Fonte: SENSE
Conforme estudo realizado sobre tipos de sensores, principalmente na linha dos
sensores indutivos, implantou dois sensores indutivos de 24 Vcc na base de apoio da porta
do forno, a porta do forno irá abrir ate o momento que o sensor for atuado, desenergizando
o motor de passo, após receber o sinal é enviado para CLP e quando fechar a porta
totalmente chegando ao fim do movimento ela atua o outro sensor fixado na parte superior
esquerda do forno que também recebe o sinal e envia ao CLP.
8
3.3 TERMOPAR
Termopares são sensores de temperatura bastante usados nas indústrias, devido seu
baixo custo e boa precisão, abrangendo uma boa faixa de temperatura que varia de acordo
com sua bitola.
T.J. Seebck descobriu que em um circuito formado por dois fios condutores de
metais diferentes, circula corrente se as duas junções ou juntas forem mantidas a
temperatura diferentes e que esta corrente será diretamente proporcional à
diferença entre as temperaturas. (BEGA, et al, 2006, p.222).
Ao longo dos fios de um termopar, na ausência de corrente, a condução do calor
causa uma gradiente uniforme de temperatura.
Thomson deduziu que, ao circular corrente pelo termopar, a temperatura em
diferentes pontos dos condutores assume valores não justificáveis pelo efeito Joule,
e estabeleceu as equações que regem o fenômeno, que é dependente da natureza
dos metais. (BEGA, et al, 2006, p.224).
Tipo K (Cromel / Alumel) O termopar tipo K é um termopar de uso genérico. Tem
um baixo custo e, devido à sua popularidade estão disponíveis variadas sondas.
Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1200 ºC, tendo uma sensibilidade de
aproximadamente 41µV/°C, (PROTOLAB, 2006, p.1).
Tabela 1- Termopar tipo K
Fonte: ECIL
9
Tabela 2 – Tabela termopar tipo “K”
Fonte: Ecil
Tendo em vista as informações sobre o termopar tipo K e escolhido para o
processo, devido a facilidade de aquisição no mercado e de uso predominante por suas
características implantou-se no forno, realizou-se um furo no centro, na parte superior do
forno a ponto de medir a temperatura na parte interna central do forno, ficando próximo da
resistência e a uma distância boa do ventilador de circulação de ar.
3.4 MOTOR DE PASSO
Sabe- se que o motor de passo é bastante usado quando há necessidade de precisão,
pois giram em um ângulo fixo a cada pulso de entrada. E pulsos são convertidos em
movimentos mecânicos, sua rotação pode ser invertida quando há alteração das fases do
acionamento. Existem três tipos de motor de passo: relutância variável, imã permanente e o
hibrido, sendo o hibrido o mais usado em indústrias devido ao se torque e velocidade, pois
ele é a combinação dos outros dois motores.
Conforme (DUNN,2013) “os motores de passo encontram-se disponíveis na forma
de muitos modelos diferentes com uma vasta seleção de números de polos e requisitos de
acionamento, os quais definem as características do motor de passo”.
O enrolamento das bobinas compõe por dois tipos os unipolares e os bipolares.
Para que o motor de passo funcione, é necessário que sua alimentação seja feita de
forma sequencial e não repetida. Não basta apenas ligar os fios do motor a uma
fonte de energia e sim liga-los a um circuito que execute a sequencia requerida
pelo motor. (VIVALDINI, 2009, p.10)
10
Figura 7 – Motor de passo
Fonte: SENCOBEZ
Com base nesses estudos feitos, implantou-se um motor de passo que contem dois
enrolamentos sendo um para fechar e outro abrir, fixado na parte externa superior direita
do forno, o CLP enviara sinal ao relé que por sua vez acionará uma placa eletrônica que
gera os pulsos necessários para seu movimento.
3.5 CONTROLADOR E INDICADOR DE TEMPERATURA
Os controladores e indicadores de temperatura são usados para mostrar as
temperaturas dos termopares, PT100, etc., recebe um sinal analógico compara com o valor
determinado (set point) quando o valor analógico passa o determinado gera um alarme que
envia um sinal digital por um contato a relé acoplada no corpo do indicador, quando
temperatura for inferior esse alarme desativa.
Nas configurações do controlador e indicador é possível escolher o tipo de contato
normalmente aberto ou fechado, o tipo de sensor de temperatura que vai usar. Sendo
configurável por software. Para configurá-lo basta energiza-lo e verificar no manual os
parâmetros a serem alterados. Possui indicadores com sistema de (Proporcional Integral
Derivativo) PID integrado, sistema On/Off, de diversos tamanhos e funcionalidade.
11
Na figura 8, ilustra o controlador e indicador que foi usado para realizar o controle
do sinal enviado pelo termopar, onde ele tem como característica principal, a conversão do
sinal analógico do sensor de temperatura para um sinal digital, acionando uma saída
quando o valor programado for atingido e enviando este sinal para o CLP.
Figura 8 – Controlador e indicador de temperatura
Fonte: CONTEMP
3.6 RESISTÊNCIA
As resistências são usadas em infinitas aplicações, pois há diversas formas,
tamanhos, potências e tensões de trabalho, podendo ser utilizadas no aquecimento de
líquidos, sólidos e ar. As resistências com forma tubular são bastante usadas nas indústrias
devido a sua versatilidade. Para cada aplicação existe um tipo de material como o aço inox
304, 316, entre outros, sua função é oferecer resistência a passagem da corrente elétrica
gerando calor.
Para aquecimento do forno resistivo e apresentação do protótipo, implantou-se uma
resistência submersa que não ira atingir temperaturas elevadas e sim só o necessário para a
representação do controle de temperatura, colocada na parte inferior interna do forno.
No funcionamento da resistência elétrica os elétrons que representam o fluxo de
energia térmica aplicada percorrem o material condutor, que por sua vez oferece
resistência a sua passagem. Esses elétrons se chocam então com os átomos do
material em questão, sendo que a oscilação de todos os átomos envolvidos
aumenta, gerando o aumento da produção de energia térmica de acordo com a
quantidade de corrente enviada, e também da resistividade natural daquele
condutor. (ITAQUÁ, 2007)
12
Figura 9 – Resistência elétrica
Fonte: MB RESISTÊNCIA
Implementam-se todos os componentes elétricos e eletrônicos, obedecendo a
representação do diagrama de blocos conforme figura 10. Temos o sinal de entrada para o
controlador fazer o controle dos componentes e gerar o primeiro on/off, acionando a
resistência que aquecerá o forno resistivo. Dando continuidade na malha fechada o
termopar faz a leitura da temperatura e envia o sinal analógico ao controlador e indicador
que por sua vez converte este sinal em digital e transcreve para o controlador lógico
programável, realizando assim o controle da temperatura e criando uma rampa crescente
sem desvios maiores.
Figura 10 - Diagrama de blocos
13
3.7 DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO INICIAL
Entende-se que os fornos tem alguns tipos de controle, a escolha do controle de
temperatura foi a on/off após pesquisas feitas na internet e por livros de controle em
automação, foi feito o esboço de como ficaria o protótipo, adquiridos os componentes a
serem usados e de como funcionaria a lógica processada no clp, a figura 11 mostra um
fluxograma que ilustra a sequência do inicio do processo em manual ou em automático.
Figura 11- Fluxograma da lógica do CLP
3.8 MONTAGEM E TESTES DO PROTÓTIPO INICIAL
Foi utilizado o software Zelio versão 4.5 da empresa Schneider, além de ser free
(livre) tem uma vasta literatura disponível. A programação foi feita em ladder permitindo a
simulação do controle pelo próprio software. Após os testes foi iniciada a montagem do
protótipo, onde foram feitos os primeiros ensaios e detectados que alguns componentes
poderiam ser substituídos.
14
3.9 PROBLEMAS VERIFCADOS E SOLUÇÃO PROPOSTA
Verificaram-se alguns problemas na parte de programação, aonde algumas saídas
não respondiam o comando esperado, pois na linhas de programação do Zelio não aceitava
saídas repetidas, desta forma criamos o programa, porém no funcionamento falhava,
verificado e pesquisado novamente, cujas soluções foram encontradas em consulta a
literaturas, manuais e aos docentes da Faculdade FUNVIC, foi necessário implementar
algumas memórias internas e alguns set e resets em sua linha de programação. Em relação
ao controle de temperatura o problema encontrado foi o aquecimento, cujos parâmetros do
on/off tiveram que ser alterados, ajustando o tempo de acionamento e desacionamento, pois
a temperatura estava passando muito o valor do set point. Após alterações dos parâmetros,
verificou-se que estes problemas foram resolvidos, possuindo o circuito uma melhor rampa
de aquecimento.
3.10 PROJETO MECÂNICO
Para acondicionamento da parte elétrica e do controle de temperatura foi necessária
a utilização de uma caixa com altura superior a 300 mm. Optou-se pela utilização de uma
caixa do fabricante Steck, em material plástico. Alguns componentes foram fixados no
fundo da caixa e o restante nas laterais.
Para o acondicionamento da parte mecânica foi necessário a utilização de uma
caixa com altura superior a 260 mm, optou-se pela utilização de uma caixa de alumínio, foi
feita uma adaptação para fixação em acrílico na tampa, no fundo fixou-se o ventilador e na
parte superior foi feito um suporte para motor e termopar.
Figura 12 – Desenho da caixa do controle de temperatura
Fonte: STECK
15
Figura 13 – Desenho da caixa do forno resistivo
Fonte: STECK
Figura 14 – Projeto final
16
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Como resultado deste projeto, alcançou-se o objetivo da construção de um protótipo
do forno resistivo ou um equipamento adequado ao controle da temperatura que se espera
para representar a ideia inicial de projetar um forno único para o aquecimento rápido e
eficaz das matrizes, sendo assim acredita-se que será possível haver uma posterior
transferência de tecnologia entre os canais de comunicação dos dias atuais.
Foi visto em testes que os sensores poderiam sofrer alguma alteração em seu
funcionamento, caso ficasse com a alimentação Vca, sendo assim implantou-se uma fonte
específica com entrada 110/220Vca e com saída 24Vcc para a alimentação dos sensores
indutivos, com isso trouxe um resultado mais confiável, evitando assim falhas no sensores
devido a possíveis picos de tensão e consequentemente causando erro no processo.
Obteve-se grande sucesso quando se decidiu usar um motor de passo para
movimentação da porta do forno, pois se economizou contatos de reversão, custo e espaço
no painel elétrico. O uso do controlador e indicador proposto também foi um sucesso,
tendo em vista que converteu o sinal do termopar diretamente aumentando ainda mais
facilidade de manutenção elétrica, teve-se alguma dificuldade em obter duas respostas
diferentes para o CLP, uma que seria de temperatura baixa e outra de temperatura alta, por
fim definiu-se programar o CLP de modo que entendesse que quando a saída do
controlador e indicador de temperatura estivesse acionada estaria fechada acionando a
resistência e ao contrario acionaria o ventilador, assim não sendo preciso a troca do
controlador e indicador de temperatura. Inicialmente foi colocado o termopar muito
próximo da resistência 600W do forno, isso causou uma medição errada, no processo de
resfriamento percebeu-se que a temperatura demorava a abaixar quando era dado o
comando de resfriamento, foi então movido o termopar de posição de modo que medisse o
ambiente como um todo, assim começou a medir a temperatura exata e dando os resultados
esperados.
A proposta colocada e solucionada do controle de temperatura do forno resistivo
tem como diferencial uma pequena variação da temperatura a ser controlada, porém nada
que interfira drasticamente no processo de extrusão ou no bom funcionamento do forno.
17
Para projetos futuros cresceu-se a ideia de controlar um resfriamento movido a
água, aprimorando o processo e acelerando o resfriamento, discutiu-se também a
possibilidade de criar o mesmo controle para um forno com aquecimento a gás natural,
onde seus atuadores são os queimadores, mas será em um projeto futuro.
5. CONCLUSÃO
Sabe-se que em processos de tratamento térmicos e processos de alta temperatura
necessitam de um controle eficaz e sofisticado, garantindo a confiança do equipamento
para que produza o melhor produto ao seu cliente, que a cada dia se torna muito mais
exigente. Com o projeto do controle de temperatura do forno resistivo apresentado, grande
é a expectativa de que outros possam se interessar pelo processo prático que deu o
resultado esperado para o acordado.
Conclui-se que o processo on/off, apesar de simples é de grande importância, para
vários processos que ainda engatinham nos antigos comandos elétricos controlados por
antigos contatos robustos e pesados, processos que necessitam de automatização de baixo
custo e de manutenção fácil, no projeto proposto o controle de temperatura feito por este
sistema teve um comportamento esperado, ficando na margem da sua tolerância exigida.
A automação esta em constante evolução fazendo com que inovações surjam a
qualquer momento, sua vasta área de aplicações faz com que as pessoas projetem de
acordo com suas necessidades, este projeto exigiu pesquisas e estudos sobre suas
aplicações, seu funcionamento foi satisfatório e proporcionou um maior conhecimento
sobre o assunto.
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6. REFERÊNCIAS
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