universidade tuiuti do paranÁ everton otÁvio...

UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

EVERTON OTÁVIO ZAVATTI

DANIEL PAULO RONCOSKI TRINKAUS

MAYLON KNAPIK DE ALVARENGA

PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO PARA

SILOS DE MATÉRIA PRIMA UTILIZADOS NA CONFECÇÃO DE BLOCOS DE

CONCRETO E PAVER

CURITIBA

2015





SILOS DE MATÉRIA PRIMA UTILIZADOS NA CONFECÇÃO DE BLOCOS DE

CONCRETO E PAVER

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tuiuti do Paraná como parte dos requisitos para a obtenção do Grau de Engenheiro Mecânico. Orientado: Nelson Henrique da Silva.

CURITIBA

DEZEMBRO/2015

TERMO DE APROVAÇÃO





SILOS DE MATÉRIA PRIMA UTILIZADOS NA CONFECÇÃO DE BLOCOS

DE CONCRETO E PAVER

Este Trabalho de Conclusão de Curso, foi julgado e aprovado para a obtenção do título

de Bacharel no Curso de Bacharelado em Engenharia Mecânica da Universidade Tuiuti

do Paraná.

Curitiba, 28 de novembro de 2015.

______________________________________

Bacharelado em Engenharia Mecânica

Universidade Tuiuti do Paraná

Banca Examinadora: Prof. André Hostílio Hubert

UTP – FACET

Prof. Amauri José da Luz Pereira

UTP - FACET

AGRADECIMENTOS

Agradecemos acima de tudo a Deus, que nos deu persistência e sabedoria para

podermos chegar nesta etapa tão importante e difícil.

Aos nossos pais, pessoas estas mais que especiais a quem devemos tudo o que

conquistamos até o momento, dando a nós, ânimo e sabedoria e nos incentivando a lidar

com as dificuldades do nosso trajeto como futuros Engenheiros.

Ao nosso Professor e orientador Nelson Henrique da Silva, o qual desde o

primeiro contato esteve ao nosso lado, compartilhando da nossa ideia a qual estamos

propondo em nosso trabalho, pela amizade com ele, pessoa esta que servirá de exemplo

a nós para nossa vida profissional.

Aos demais Professores que transmitiram seus sábios conhecimentos durante

nossa trajetória acadêmica.

Aos nossos amigos e todos os colegas que estiveram conosco nesses anos junto

a Tuiuti do Paraná.

A empresa Blocoll S.A. que nos deu a oportunidade de desenvolvermos este

projeto em parceria.

“Para nós os grandes homens não são aqueles que

resolveram os problemas, mas aqueles que os

descobriram”. (Albert Schweitzer)

RESUMO

Este trabalho foi desenvolvido com base no funcionamento da Empresa Blocoll,

situada em Campo Largo, Estado do Paraná. A referida empresa é fabricante de blocos

de concreto e pavers utilizados em calçamentos. Nosso objetivo é implantar um sistema

de automação nos silos de armazenamento das matérias primas utilizadas na fabricação.

Sucintamente, o sistema envolve o monitoramento da quantidade de matéria

prima armazenada, quantidade de material dissipado para a confecção dos blocos e/ou

pavers. Ao longo deste trabalho serão necessários monitorar outros parâmetros, como

potência necessária para o motor da esteira, velocidade dos moto-redutores.

Também citaremos fatores relevantes e que serão necessários para o

funcionamento ideal desta planta de automação, verificando-se o verdadeiro papel de

um Engenheiro Mecânico dentro de uma empresa, aplicando os conhecimentos

adquiridos durante o Curso de Graduação em Engenharia Mecânica ofertado pela

Universidade Tuiuti do Paraná.

Palavras Chaves: Blocos de concreto, automação, silos, engenharia.

ABSTRACT

This work was developed based on the operation of the Company Blocoll, located

in Campo Largo, Parana State. This company is a manufacturer of concrete blocks and

pavers used in sidewalks. Our goal is to implement an automation system in the storage

silos of raw materials used in manufacturing.

Briefly, the system involves monitoring of the amount of material stored material,

dissipated amount of material for the manufacture of the blocks and / or pavers.

Throughout this work will be needed to monitor other parameters such as power required

for the motor treadmill, speed geared motors.

Also we will cite all relevant factors and that will be needed for optimal

functioning of automation plant, verifying the true role of a Mechanical Engineer within

a company, applying the knowledge acquired during the graduate course in Mechanical

Engineering offered by the University Tuiuti Paraná.

Key words: Concrete blocks, automation, silos, engineering.

SÚMARIO

1. INTRODUÇÃO ........................................................................................... 9

2. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA .............................................................. 10

2.1 OBJETIVOS ............................................................................................. 11

2.2 JUSTIFICATIVA ..................................................................................... 11

3 CONCEITOS ............................................................................................ 12

3.1 AUTOMAÇÃO ......................................................................................... 12

3.2 CONTROLE AUTOMÁTICO ................................................................. 12

3.3 SENSORES ............................................................................................... 13

3.3.1 Sensores de Fim de Curso ......................................................................... 13

3.3.2 Sensor Indutivo ......................................................................................... 14

3.4 AÇO 1020 .................................................................................................. 15

3.5 CLP ............................................................................................................ 15

3.6 SILO DE ESTRUTURA METÁLICA ..................................................... 15

3.5 AÇO GALVANIZADO............................................................................. 16

4 ESTRUTURA ATUAL DA EMPRESA ................................................... 17

5 PESQUISA DE MERCADO .................................................................... 26

6 QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT) ................................... 32

7 FMEA ........................................................................................................ 32

8 DESENVOLVIMENTO DOS SILOS ...................................................... 33

8.1 DESCRIÇÃO ............................................................................................ 33

8.2 CÁLCULO VOLUMÉTRICO DOS SILOS ............................................ 34

8.3 CALCULO VOLUMÉTRICO DAS MATÉRIAS PRIMAS .................. 35

8.4 DIMENSIONAMENTO DAS CHAPAS DE AÇO .................................. 37

8.5 PESO REPRESENTATIVO DOS SILOS ............................................... 39

8.6 DESENVOLVIMENTO DOS DESENHOS TÉCNICOS ....................... 42

8.6.1 Software Cad SolidWorks ........................................................................ 42

8.6.2 Desenhos Técnicos ..................................................................................... 42

9 DIMENSIONAMENTO DOS MOTORES DAS ESTEIRAS ................. 42

10 PROTÓTIPO ............................................................................................ 46

10.1 MATERIAIS UTILIZADOS NO PROTÓTIPO ..................................... 46

10.2 DIRETRIZES DA PROGRAMAÇÃO .................................................... 46

10.3 PAINEL DE OPERAÇÃO DO SISTEMA .............................................. 47

10.4 SENSORES INDUTIVOS E FIM DE CURSO ....................................... 48

10.5 CENTRAL CLP ........................................................................................ 49

10.6 INVERSORES .......................................................................................... 49

10.7 DISJUNTORES ........................................................................................ 50

10.8 VISAO GERAL DO PROTÓTIPO ......................................................... 50

11 ESQUEMA ELÉTICO ............................................................................. 51

11.1 DOSADORES DE MATERIAL ............................................................... 51

11.2 DIAGRAMA ELETRICO DOS INVERSORES .................................... 52

11.3 SINAIS DE INPUT E OUT PUT CENTRAL CLP WEG ....................... 52

CONCLUSÃO ......................................................................................................... 54

ANEXO A – FMEA ................................................................................................. 56

ANEXO B – PLANILHA DE CUSTOS .................................................................. 58

ANEXO C – QFD .................................................................................................... 61

ANEXO D – DESENHOS TÉCNICOS .................................................................. 63

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 77

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Sensor Fim de Curso ................................................................................. 13

Figura 2 - Representação Gráfica de Sensor Indutivo ................................................. 14

Figura 3 - Chapa de Aço Galvanizado........................................................................ 17

Figura 4 - Depósito de Matéria Prima ........................................................................ 17

Figura 5 - Misturador ................................................................................................. 18

Figura 6 - Esteira de produção ................................................................................... 18

Figura 7 - Desperdício de matéria prima .................................................................... 19

Figura 8 - Ilustração da área de Armazenamento de matéria prima ............................ 20

Figura 9 - Ilustração 3D ............................................................................................. 21

Figura 10 - Desenho Técnico do silo proposto ........................................................... 21

Figura 11 - Misturador e Desperdício de Matéria Prima ............................................. 22

Figura 12 - Planta Proposta ........................................................................................ 23

Figura 13 - Planta antiga da Empresa ......................................................................... 24

Figura 14 - Planta Proposta ........................................................................................ 25

Figura 15- Divisões do silo ........................................................................................ 39

Figura 16 – Painel de Operação do Sistema ............................................................... 47

Figura 17 - Sensor Fim Indutivo ................................................................................ 48

Figura 18 - Sensor Fim de Curso ............................................................................... 48

Figura 19 – Centra CLP WEG ................................................................................... 49

Figura 20 – Inversor .................................................................................................. 49

Figura 21 – Disjuntores .............................................................................................. 50

Figura 22 - Visão Geral do Protótipo ......................................................................... 50

Figura 23 - Diagrama elétrico para alimentação das esteiras ...................................... 51

Figura 24 – Diagrama Elétrico Inversores .................................................................. 52

Figura 25 – Diagrama Elétrico Input e Out Put CLP WGE ........................................ 52

Figura 26 - Diagrama Elétrico Input e Out Put CLP WGE ......................................... 53

Figura 27 - Diagrama Elétrico Input e Out Put CLP WGE ......................................... 53

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Comparativo de Crescimento no Setor Industrial ...................................... 26

Tabela 2 - Resumo de Orçamento .............................................................................. 29

Tabela 3 - Planilha de Custos do Atual Projeto .......................................................... 31

Tabela 4 - Densidade Média Pedrisco ........................................................................ 35

Tabela 5 - Densidade Média Areia Fina Seca ............................................................. 36

Tabela 6 - Densidade Média Pó de Pedra ................................................................... 36

Tabela 7- Descritivo Coeficiente de Segurança .......................................................... 38

Tabela 8- Determinação coeficiente C ....................................................................... 43

Tabela 9 - Velocidade máxima recomendada ............................................................. 43

Tabela 10 - Tabela fator Nv ....................................................................................... 44

Tabela 11 - Tabela fator N1 ....................................................................................... 44

Tabela 12 - Tabela fator Nh ....................................................................................... 44

Tabela 13 - Tabela fator Ng ....................................................................................... 44

9

1. INTRODUÇÃO

Este trabalho será realizado juntamente com a Empresa Blocoll, a mesma fabrica

blocos de concreto e pavers para a Construção Civil. Trata-se de um projeto de

automatização da linha de produção com implementação de silos agregados

automatizados, onde os mesmos irão ter a funcionalidade de enviar matéria prima para

um misturador de massa interligado a uma linha de produção. Esse projeto tem como

principais vantagens a melhoria no processo de produção desde uma melhoria na

capacidade fabril gerando um aumento na produção, diminuição no custo operacional,

melhores condições de trabalho para os operadores. Atualmente a empresa disponibiliza

ao funcionário do setor de produção a execução das atividades de forma manual, onde

existe um alto índice de acidentes, o que também acaba resultando em um problema

crônico de ergonomia aos operadores. Existe também a falta de controle de matéria

prima, alto custo de produção e ineficiência com o tempo de produção.

Umas das melhorias propostas neste trabalho vem de encontro com o item

referente a falta de controle de matéria prima onde desenvolveremos e implementaremos

um sistema contendo sensores de nível que irão informar ao operador a quantidade de

material que está dentro do silo, quando os mesmos estiverem em um nível baixo, esses

sensores enviarão um sinal ao painel de controle, informando a mensagem ao operador

que seja abastecido o silo para que não ocorra paradas de produção por falta de material.

Utilizaremos para controle da automatização um modulo controlador lógico

programável ou CLP1, o qual irá monitorar toda a linha através dos sensores

possibilitando ao operador mensurar a quantidade de matéria prima, mistura do produto

e fabricação hora, otimizando o processo fabril por um todo.

Definimos como base para este estudo, a seguinte estrutura:

1. Introdução;

2. Descrição do problema;

3. Revisão bibliográfica;

1 Segundo a norma NEMA (NationalElectricalManufacturersAssociation), ICS3-1978, parte ICS3-304, é um Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções para implementação de funções específicas.

10

4. Benchmarking;

5. Pesquisa de mercado;

6. QFD (Quality Function Deployment).

7. FMEA (Failure Mode Effects and Analysis)

8. Desenvolvimento dos Silos

9. Conclusão

2. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA

Por ser nova no mercado a Blocoll não tem estudo de capacidade fabril, e sua

linha de produção que atualmente não é automatizada. Existe atualmente em operação

um misturador de massa que é abastecido manualmente, essa matéria prima tem uma

dosagem correta na mistura que vai até a prensa que confecciona os blocos, deste modo

manual há um controle preciso da quantidade de mistura da massa e o tempo de

produção é afetado devido as atividades manuais.

Para melhorar o processo de produção de uma forma geral serão construídos três

silos para o armazenamento dos três tipos de matérias primas sendo elas: pó de pedra,

pedrisco fino e areia. Esses silos serão todos automatizados com sensores que indicarão

o nível a quantidade de matéria prima.

O sistema de dosagem de massa é muito importante nesse processo de confecção

de blocos de concreto e paver, sendo assim, será necessário desenvolvermos como uma

proposta de automação um sistema de esteira na boca do silo, onde a mesma deve possuir

um motor com um redutor e um sistema de sensor que irá contar o pulso da rotação da

esteira pelo redutor.

Deste modo obteremos os cálculos de dosagem de material, que será feito pelo

tempo de rotação da esteira, a boca do silo terá um diâmetro específico e sairá na mesma

proporção de material sempre.

11

2.1 OBJETIVOS

O objetivo é descrever e realizar a implantação de um sistema de controle para

monitorar as variáveis necessárias em um processo de fabricação. Tais variáveis são

controladas para que haja uma padronização na fabricação dos produtos, os valores

adicionados de material para a esteira que levará a linha de produção. Conforme o

sistema for implementado será possível mensurar as várias etapas da produção, desde a

captação da matéria prima utilizada até o seu produto final, esse estudo acarretara um

embasamento para calibração dos sensores e possibilitará a otimização do processo.

De forma geral automatizar a linha de produção é necessário para obter maiores

rendimentos, otimização do processo, redução do tempo de fabricação e maior controle

as variáveis do processo.

2.2 JUSTIFICATIVA

A redução do custo operacional com a otimização e monitoramento do sistema,

trará maior qualidade e desempenho fabril com um custo reduzido. Se obtivermos

sucesso na implantação desse processo de automatização, iremos desta forma reduzir os

custos operacionais da empresa Blocoll, vamos buscar um menor custo de fabricação do

produto, maior controle da matéria prima, redução no desperdício de material.

Além das melhorias no processo, teremos benefícios com o aumento do número

de material fabricado por dia com um custo menor. O fato de levar três tipos de matéria

prima de forma manual ao misturador acarreta muitas variáveis no processo uma

determinada porcentagem errada na massa final, com a automatização do sistema e a

garantia monitorada da mistura sempre haverá a mesma quantidade de cada composto

conseguindo um produto final com muito mais qualidade.

Com isto a proposta é reduzir os custos na fabricação, melhoraremos a ergonomia

de trabalho aos funcionários, além de diminuir em larga escala o desperdício de matéria

prima que ocorre pela alimentação manual, visando assim aumento na lucratividade e

otimização do processo fabril.

12

3 CONCEITOS

3.1 AUTOMAÇÃO

Automação (do latim Automatus, que significa mover-se por si), é um sistema

automático de controle pelo qual os mecanismos verificam seu próprio funcionamento,

efetuando medições e introduzindo correções, sem a necessidade da interferência do

homem, a automação se fez necessária devido ao grande volume no consumo. (Gomes,

2011)

A automação industrial está sendo ampliada gradativamente nos últimos anos

devido à grande evolução tecnológica. (Bruciapaglia, Farines, & Cury)

O uso de dispositivos e aplicação de soluções para o setor de automação estão

voltados principalmente ao setor industrial. As aplicações se resumem em substituir o

trabalho humano, várias vezes funções exaustivas, monótonas e perigosas, em processos

automáticos os quais trazem melhorias na qualidade dos processos, otimizam os espaços

físicos, reduzem tempos e custos. (Gomes, 2011)

3.2 CONTROLE AUTOMÁTICO

Um sistema de controle é basicamente um sistema entrada e saída. O sistema que

será controlado é chamado de processo ou planta. O processo é um sistema dinâmico,

onde seu comportamento é descrito matematicamente por um conjunto de equações.

Como exemplos de sistemas dinâmicos temos, sistemas elétricos, mecânicos, químicos,

biológicos e econômicos. (Kobori, 2009)

A entrada do processo é chamada de variável de controle ou variável manipulada

e a saída do processo é chamada de variável controlada ou variável de processo.

A filosofia básica de um sistema de controle juntar o resultado da leitura dos

elementos dos sensores com a ação dos elementos atuadores. Eles recebem as

informações lidas dos sensores para saber o atual estado do processo, executa cálculos

e lógicas pré-definidas e envia o resultado para os atuadores, de modo que a situação

13

atual do processo seja modificada para que se atinja um ponto de operação próximo do

desejado.

3.3 SENSORES

Conforme conceitua Albuquerque, sensor é um termo empregado para designar

dispositivos sensíveis a alguma forma de energia do ambiente que pode ser luminosa,

térmica, cinética, relacionando informações sobre uma grandeza que precisa ser medida,

como: temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração, posição, etc.

(Albuquerque, 2011)

3.3.1 Sensores de Fim de Curso

Os sensores de fim de curso, são aplicados para detectar o final de um

determinado movimento. O princípio de funcionamento destas chaves é basicamente

uma chave eletromecânica convencional que opera o sistema em modo Liga/Desliga e

apresenta duas formas gerais de operação, normalmente aberta (NA) e normalmente

fechada (NF). (Rosário, 2005)

Na figura 1 mostra-se um sensor de fim de curso da marca Honeywell.

Figura 1 - Sensor Fim de Curso

14

3.3.2 Sensor Indutivo

Um sensor indutivo é um dispositivo eletrônico que é capaz de reagir a proximidade

de objetos metálicos, esses dispositivos consistem em uma bobina alimentada por um

sinal de rádio-frequência. (Rosário, 2005)

Quando um objeto metalico se aproxima, entrando na area de medição do

dispositivo sensitivo, mudando assim o valor da corrente circulante pela bobina. Isso

ocorre, pois o objeto absorve parte do campo magnético gerado pela bobina do sensor,

essa variação é detectada pelo circuito (Figura 2 - Representação Gráfica de Sensor Indutivo)

e em seguida produz um sinal de saída, podendo ser a atuação de um contato NA ou NF

para corrente alternada ou contínua, um transistor ou ainda um sinal variável de tensão

ou de corrente na sua saída analógica. (Rosário, 2005)

Figura 2 - Representação Gráfica de Sensor Indutivo

15

3.4 AÇO 1020

Aço e uma liga de ferro carbono, onde o carbono e as impurezas normais (Si, Mn,

P e S) são encontrados em altos teores, a transformação em aço, que é uma liga de baixo

teor de C, Si, Mn, P e S, passam por um processo de oxidação, reduzindo a porcentagem

desses elementos até obter-se os valores desejáveis. Consequentemente, a transformação

do ferro puto em aço, utilizam alguns agentes oxidantes, que possam ser gasosos, por

exemplo, ar ou oxigênio, ou outros, como na forma solida como os minérios na forma

de óxidos. (Chiaverini, 1986)

Aços são amplamente utilizados nas indústrias devido a possuírem altos níveis

de resistência, porém deve se analisar caso a caso, devido ao mesmo ser um elemento

de alta oxidação.

3.5 CLP

CLP ou controlador lógico programável é um conjunto de circuitos eletrônicos

interligados formados por processadores, memórias, barramentos, dispositivos de

entrada e de saída, fonte de alimentação e terminal de programação. (Gomes, 2011)

Neste estudo iremos abranger muito sobre o tema citado, visto que o software

que irá gerenciar todas as ações, bem como informar todos os parâmetros ao operador

da planta ficará atribuído ao modulo CLP e aos comandos variáveis de entrada e saída.

Conforme estratégia adotada pelo projeto e com alinhamento junto ao Blocoll a

central CLP será comprada no mercado aberto como item comercial, não fazendo parte

do projeto de automatização em desenvolvimento. Deste modo iremos verificar com o

fornecedor a programação para posteriormente anexarmos há este estudo.

3.6 SILO DE ESTRUTURA METÁLICA

Intitula-se silo toda construção com finalidade de armazenar produtos sólidos,

entretanto, esta definição sempre esteve atrelada a ideia de depósito agrícola, cuja única

finalidade era de estocar e conservar cereais e forragens, porém com o crescimento da

16

indústria começou-se a utilizar os silos para os diversos ramos industriais. (Freitas,

2001)

Silo define-se como um termo genérico utilizado para designar qualquer

construção cuja finalidade é armazenar produtos granulares, podendo estas construções

ser equipadas com dispositivos de carregamento e devem ser capazes de esvaziar sua

capacidade total preferencialmente através da gravidade. (Freitas, 2001).

3.5 AÇO GALVANIZADO

Para a fabricação dos silos de armazenamento da matéria prima, utilizaremos

chapas de aço galvanizado por se tratar de um material bem maleável e resistente a

corossão.

O aço galvanizado é revestido com uma fina camada de zinco para ajudar a evitar

a corrosão. O zinco pode ser aplicado ao aço através de um processo de imersão a quente

ou eletrogalvanização. O material é mergulhado em um banho quente de zinco líquido.

Em seguida, é removido e reservado até secar. O revestimento de zinco adere ao aço

enquanto esfria, criando o aço galvanizado. A eletrogalvanização é realizada por

submersão do material num banho eletrólito. Quando o aço é retirado do banho, o

revestimento endurece, criando uma camada aderente fina de zinco.

O aço galvanizado é um material comumente usado em projetos de construção

de casas, principalmente na parte estrutural. Pregos, porcas e parafusos são feitos de aço

galvanizado. Ele é preferível por ser mais resistente à ferrugem. O aço galvanizado é

usado para estruturar os veículos pesados, como caminhões e ônibus, e peças feitas com

esse material também são encontradas em automóveis e veículos comerciais.

Como é resistente à ferrugem, o aço galvanizado é também usado em aparelhos

domésticos que possam ser expostos à água e, consequentemente, mais suscetíveis à

corrosão, como máquinas de lavar roupa e máquinas de lavar louça.

17

Figura 3 - Chapa de Aço Galvanizado

4 ESTRUTURA ATUAL DA EMPRESA

Atualmente a empresa conta com uma estrutura não automatizada, utilizando-se de

processo manual, onde existe uma grande probabilidade de ocorrer problemas de

qualidade com os blocos fabricados devido ao processo manual na mistura, ou seja,

segue um processo padrão porem sem precisão na hora da dosagem da mistura de

matéria prima que e colocado no misturador para a confecção dos mesmos.

Atualmente tem-se a seguinte estrutura:

Local onde é feito o armazenamento da matéria prima.

Figura 4 - Depósito de Matéria Prima

18

Dois misturadores.

Figura 5 - Misturador

Duas esteiras de transporte.

Figura 6 - Esteira de produção

19

Acompanhando o processo constatamos que atualmente existem três operadores

que alimentam os misturadores, utilizando-se de carrinhos de mão, não sendo possível

alimentar os misturadores simultaneamente, pois a matéria prima é diferente. Deste

modo acreditamos que há uma possível perda na capacidade de produção acarretando

assim uma redução na produção diária, visto que não há possibilidade de fabricação

simultânea.

Na alimentação dos misturadores ocorre também o desperdício de matéria prima,

podemos verificar conforme indicado na figura 7, que há uma grande quantidade de

material que se perde pelo chão.

Devido à alimentação ser manual há mais uma agravante, o problema de

inconformidade na mistura, não sendo possível dosar a quantidade de forma correta

seguindo sempre um mesmo padrão, deste modo constatamos visualmente que há blocos

com uma qualidade mais baixa e alguns são sucateados por inconformidade, pois esses

não atingem uma compactação ideal que é constatada visualmente.

Figura 7 - Desperdício de matéria prima

20

Acompanhando o processo diário da empresa constatamos uma possível melhoria

no sistema de armazenamento da matéria prima. Na área de armazenamento de matéria

prima, conforme podemos verificar na figura 8, o material está armazenado de forma

incorreta, pois a exposição ao tempo pode trazer variável como maior umidade, há uma

desorganização, pois a matéria prima fica alojada uma ao lado da outra sem ter uma

repartição para sua separação.

Área de armazenamento de matéria prima

Figura 8 - Ilustração da área de Armazenamento de matéria prima

Desta forma temos a proposta em desenvolver locais apropriados para este

armazenamento onde o material ficará alocado em baias separadas para cada matéria

prima. Este material é retirado apenas para alimentar os silos de produção, a proposta

dos silos está ilustrada nas figuras 10 e 11.

21

Imagem 3D do silo

Figura 9 - Ilustração 3D

Desenho técnico do silo.

Figura 10 - Desenho Técnico do silo proposto

Já na figura 11, verificamos que o misturador não tem possui nenhum controle

da mistura, realizado o despejo de material sem qualquer tipo de medida. Isso implica

na qualidade final do produto. Verifica-se também o acumulo de matéria prima no chão

22

derivado do transporte manual feito do ponto de armazenamento até o misturador,

conforme figura 11.

Figura 11 - Misturador e Desperdício de Matéria Prima

Podemos observar, conforme ilustrado na figura 13, que a planta atual da empresa

dispõe de recursos limitados não possui um sistema de silos, ocasionando ai um processo

manual na parte de dosagem que atualmente é feita com carrinho de mão. Com o

desenvolvimento e aplicação deste estudo, figura 14, a empresa terá uma planta com

melhores recursos, com esta proposta de processo terá a possibilidade aperfeiçoar o

processo atual tendo a possibilidade de realocar funcionários da empresa para outras

áreas como inspeção de qualidade e armazenamento. Deste modo temos a estimativa de

uma possível melhoria na produção, visto que a planta será alimentada automaticamente

pelo sistema de silos eliminando as cargas manuais. Deste modo prevê um ganho de

tempo a ser mensurado uma vez que implementado o sistema. Estimamos também

23

ganhos com questões ergométricas dos funcionários. Atualmente o proprietário da

empresa tem-nos relatado que existe uma grande rotatividade de funcionários na

empresa devido ao esforço físico que os mesmos são submetidos.

Figura 12 - Planta Proposta

24

Planta atual da empresa

Figura 13 - Planta antiga da Empresa

25

Proposta da nova planta.

Figura 14 - Planta Proposta

26

5 PESQUISA DE MERCADO

O setor da automação industrial vem crescendo gradativamente a cada semestre

conforme dados apresentados pela ABINEE2, conforme ilustrado na tabela 1 podemos

analisar o crescimento real por trimestre, justificando a real necessidade das empresas

hoje de atualizarem e modificarem seus métodos de fabricação. Outro dado importante

que deve ser comentado é o crescimento na área de automação industrial, tendo um

crescimento de 17% no primeiro trimestre de 2014, quando comparado com o primeiro

trimestre de 2013, comprovando assim que as empresas estão buscando atualizar seus

métodos fabris.

Áreas 1ºT/14 X

1ºT/13

2ºT/14 X

2ºT/13

1ºS/14 X

1ºS/13

Automação Industrial 17% 4% 11%

Componentes -1% -8% -4%

Equipamentos Industriais 12% 10% 11%

GTD * 8% -1% 4%

Informática -5% -17% -12%

Material de Instalação 4% 1% 2%

Telecomunicações 3% 10% 7%

Utilidades Domésticas 26% 13% 19%

Total 6% 0% 3%

* GTD - Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica

Fonte: http://www.abinee.org.br/

Tabela 1 - Comparativo de Crescimento no Setor Industrial

Em visita a duas empresas de blocos (Blockstok e Blocause) e orçamentos feitos

com o atual sistema das mesmas, constatamos que o projeto será executado é diferente

2 ABINEE – Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica

27

do que é encontrado no mercado atual, é um projeto especifico de acordo com a

necessidade do cliente aliado ao baixo custo de implementação e manutenção.

No mercado atual as empresas trabalham com silos agregados com células de

carga na esteira de saída da boca do silo, os quais tem a função de fazer a dosagem

correta da matéria prima a ser utilizada levando-a até o misturador de massa.

No caso do projeto aqui proposto, essa função será executada com um sensor

indutivo e um CLP com IHM3, através de uma chapa metálica que estará acoplada ao

eixo do conjunto motor/redutor, onde o sensor indutivo contará os pulsos da chapa

metálica, ao passo de rotação do motor/redutor, essa chapa metálica encontrar-se-á

fixada ao eixo fazendo o sensor contar os pulsos (quantidade de voltas do mesmo),

indicando no painel esses pulsos. Desse modo se dará a dosagem, através de uma certa

quantidade de pulsos X e os silos com uma abertura para saída da matéria prima e a

própria esteira fechando a boca do mesmo serão feitos testes de dosagem até achar a

quantidade ideal de pulsos que jogue a quantidade de matéria prima exata para a

execução da produção de blocos/paver. No nosso caso teremos um custo mais baixo que

a encontrada no mercado, e realizará a mesma função do existente atualmente no

mercado.

Orçamentos:

Equipamentos:

A. 01 Sistema de Silos DA-0305

B. 01 Silo rasga-saco para cimento RS-08

C. 01 Automação do sistema

D.01 Esteira Transportadora de 4,5m ETC-4540

Descritivo dos equipamentos:

Sistema de Silos DA-0305

3 IHM – Interface Homem Máquina

28

Sistema de dosagem de agregados para concreto composto por três silos de cinco

metros cúbicos cada um e uma esteira de despejo para deslocamento dos agregados

diretamente dentro do misturador de concreto. Gerenciada manualmente permite a

abertura e fechamento das comportas dos silos com pesagem simultânea dos agregados

através do sistema de células de carga.

Dados Técnicos:

Três Silos de agregados com 5m³ cada;

Esteira de despejo motorizada;

Sistema de pesagem através de células de carga;

Sistema de pesagem integrado a esteira de despejo.

Valor equipamento DA-0305: R$ 100.000,00 (cem mil reais)

Silo rasga saco para cimento RS-08

Silo destinado ao armazenamento de cimento comprado em sacas. A capacidade

do silo é de 0,8 m³ e conta com sistema de balança para dosagem do cimento ao lado do

silo, com descarga feita através de rosca transportadora.

Dados Técnicos:

1 silo com capacidade de 1 tonelada;

1 balança de cimento com capacidade para 200 kg (acima do

misturador);

1 rosca transportadora de 4m de comprimento.

Valor equipamento RS-08: R$ 30.000,00 (trinta mil reais)

Automação do sistema de pesagem e descarga

Com adição da CLP o sistema gerenciará a abertura de cada silo e seu

fechamento no momento programado, não necessitando mais do operador. Para

armazenar receitas pré-determinadas torna-se necessária a adição deste sistema

supervisório, o qual trará a automação necessária para o sistema.

29

Dados Técnicos:

1 sistema de automação para controle da unidade dosadora.

Valor equipamento: R$ 55.000,00 (cinquenta e cinco mil reais)

Esteira Transportadora de 4,5m ETC-4540

Esteira transportadora para a movimentação de concreto da central de concreto

até o misturador.

Dados Técnicos:

Largura de 40 cm;

Comprimento de 4,5 m;

Cavaletes de carga angulares;

Cavaletes de retorno retos;

Alinhamento por esticadores.

Valor do equipamento: R$ 10.000,00 (dez mil reais).

Verifica-se então que os sistemas existentes hoje demandam de um investimento

muito alto, conforme detalhado na Tabela 2.

ResumoEquipamento Qtde Valor

Sistema de silos DA-

0305

01 R$ 100.000,00

Silo Rasga-Saco para

Cimento RS-08

01 R$ 30.000,00

Automação do sistema 01 R$ 55.000,00

Esteira Transportadora

de 4,5m ETC-4540

01 R$ 10.000,00

Valor Total R$ 195.000,00

Tabela 2 - Resumo de Orçamento

30

Conforme detalhado na tabela 3, a estimativa do custo projeto é bastante atraente

já que o custo do sistema será bem inferior ao existente no mercado atual. Conforme Lei

nº 4.950-A, de 22 de abril de 1966 o CREA estipula em 8,5 salários mínimos com uma

jornada de 8 horas diárias para cálculo de horas de engenharia. Deste modo fazendo uma

média de custo em R$ 47,81 a hora trabalhada. Acrescentando uma estimativa de

quatrocentas horas de engenharia (R$ 19,124) e acrescentando isto a estimativa de custo

o valor final em torno de R$ 38.268,30.

Deste modo há uma diferença de R$ 156.731,17 comparando o projeto proposto

com o atualmente aplicado no mercado, viabilizando o mesmo.

Quantidade

Valor

Unidade

($) Total ($) Empresa

silos

sensor indutivo 3

99

R$ 297,00

Controlar automação e

instrumentação

industrial

Sensor fim de curso 3

120

R$ 360,00


instrumentação

industrial

Clp Weg com IHM 1

1000

R$ 1.000,00


instrumentação

industrial

Esteiras

de saída

dos silos

Conjunto

motor/redutor 3 1600

R$ 4.800,00 Posse máquinas

Mancal 205 hezos

com rolamento 12 50

R$ 600,00 Rolauto rolamentos

Rolete 6 972 R$ 5.832,00 Spack usinagem

Arruela M20 24

Pacote

com 100

peças 10

reais R$ 10,00 Brasutil

Barra roscada M20 2 18 R$ 36,00 Brasutil

31

Porcas M20 da

esteiras saida da

boca do silo 36

Pacote

com 100

peças 20

reais R$ 20,00 Brasutil

Esteira transporte

massa 3 315

R$ 945,00 Mundial correias

Barra chata 60 mm

2`` 1/2 x 1/2 de

espessura 1

117,42

R$ 117,42 Aços continente

Estrutura

silos

90 Metros de viga

"U" 4 polegadas 15 167,04

R$ 2.505,60 Aços continente

Chapa

do silo

12 peças chapa 3 mm

Aço 1020 12 218,44

R$ 2.621,28 Aços continente

Total R$ 19.144,30

Tabela 3 - Planilha de Custos do Atual Projeto

32

6 QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT)

A definição mais genérica e tradicional do QFD é um método de sistemático de

projetar a qualidade de um produto ou serviço. Ele traduz as necessidades do cliente em

características do produto ou serviço. Porém sua aplicação pode ser muito mais ampla

do que essa definição tradicional indica.

Para nosso projeto utilizamos a ferramenta QFD em conjunto com nosso cliente

direto, citamos e pontuamos juntos a necessidade dele versos o projeto.

Podemos constatar ao longo deste trabalho que o projeto proposto tem um baixo

custo quando confrontado com a opção mais barata no mercado.

Conseguimos demostrar via ANEXO C- QFD exatamente a viabilidade do projeto

proposto levantando riscos e custos.

Para esta analise realizada contatamos e necessidade de atingirmos uma excelente

qualidade com baixo custo operacional.

7 FMEA

Análise de Modo e Efeito de Falha (do inglês Failure Mode and Effects Analysis),

o FMEA, consiste em sistematizar um grupo de atividades para detectar possíveis falhas

e avaliar seus efeitos dentro do processo e/ou projeto. Assim ajudando na tomada de

decisões para eliminar ou reduzir as inconformidades, além de impedir que um produto

defeituoso chegue ao cliente. (Moura, 2000)

Dessa forma é obtida uma lista das possíveis falhas, as quais se organizam por ordem

de risco e com suas respectivas ações corretiva em uma tabela de fácil interpretação.

Seu objetivo final é analisar os pontos frágeis, minimizar os defeitos, reduzir custos

e retrabalhos de defeitos e melhorar a confiabilidade através da máxima qualidade.

Os princípios básicos do FMEA que utilizaremos são:

FMEA de Sistema

FMEA de Projeto

FMEA de Processo

33

E para construirmos o FMEA, os passos que devem ser seguidos serão os seguintes:

Preparação e Planejamento

Estruturação

Análise de Função

Análise de Falhas

Avaliação de Risco

Otimização/Melhorias da Qualidade

É de extrema importância que os erros sejam analisados os possíveis riscos no início

do processo, pois quanto mais avançado o processo estiver, maior será o custo dessa

falha.

Para a construção do FMEA será analisado os sistemas e subsistemas de produção.

No caso do nosso projeto aplicaremos o FMEA na parte dos silos, esteira e motor

inversor para focar diretamente nos erros mais frequentes e de alto risco para a produção.

Devido à inter-relação dos sistemas, qualquer alteração em um deles deve ser

minuciosamente analisada, pois as alterações podem ocasionar interferências em outros

subsistemas já implementados pela empresa.

No ANEXO A – FMEA podemos verificar quais são os principais problemas e

soluções.

Através do FMEA poderemos observar o comportamento dos problemas nos

produtos e processos, podendo diminuí-los de forma prática e eficaz e se possível

eliminá-los.

8 DESENVOLVIMENTO DOS SILOS

8.1 DESCRIÇÃO

Denota-se que não a possibilidade de realizar o dimensionamento dos silos,

comparando com sua produção diária ou pela meta estimada de produção, visto que o

espaço físico na referida empresa é limitado, portanto, utilizaremos medidas

compatíveis com o local.

Os silos desenvolvidos serão do tipo Tremonha não enrijecida ou como chamado

de tronco de pirâmide (Carvalho & Gonçalves, 1998), a boca de alimentação ou abertura

34

superior terá largura de 2100 mm, boca inferior largura de 500 mm, e altura do centro

1900 mm.

8.2 CÁLCULO VOLUMÉTRICO DOS SILOS

Utilizaremos para esta etapa o cálculo de volume baseado na equação de tronco

de pirâmide.

� = ℎ

3 × �� + √� × � + ,a)

Onde: A = Área do quadrado maior;

a = Área do quadrado menor;

h = Altura do centro.

Para calcularmos a área do quadrado maior e do quadrado menor utilizamos a

seguinte fórmula:

� = L × �

Onde: L = Lado superior de maior dimensão;

l = Lado inferior de menor dimensão.

� = L × �

� = 2,1 � × 2,1 �

� = 4,41 ��

� = L × �

� = 0,5 × 0,5

� = 0,25 ��

35

Substituindo os valores na formula de tronco de pirâmide:

� =1,9

3 × �4,41 + �4,41 × 0,25 + 0,25�

� = 3,6 ��

8.3 CALCULO VOLUMÉTRICO DAS MATÉRIAS PRIMAS

Como já sabemos, utilizamos três tipos diferentes de matéria prima, cada uma

com suas particularidades e diferentes densidades, estas que podem influenciar no

dimensionamento da espessura das chapas a serem utilizadas na construção, e serão de

suma importância termos os valores calculados.

.Calculo volumétrico e de massa total

Conforme determinado pela portaria n.º 456 de 26 de novembro de 2007,

expedida pelo DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral, toda matéria

prima deve ser vendida baseada na sua densidade, expedida pela pedreira, conforme

regras citadas da referida portaria, e feitas por empresas credenciadas ao Inmetro4.

DENSIDADE MÉDIA PEDRISCO ¼”

PEDREIRA

CARRASCOZA 1299 Kg/m3

PEDREIRA

CARANGI 1500 Kg/m3

PEDREIRA SANTO

CRISTO 1380 Kg/m3

PEDREIRA

DOLOMIA 1500 Kg/m3

PEDREIRA BAHIA 1500 Kg/m3

Densidade Média

1435,8

Kg/m3

Tabela 4 - Densidade Média Pedrisco

4 Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia

36

DENSIDADE MÉDIA AREIA FINA SECA

SUCRANA 1525 Kg/m3

PEDREIRÃO 1500 Kg/m3

AREIA BUMP 1300 Kg/m3

Densidade

Média

1441,7

Kg/m3

Tabela 5 - Densidade Média Areia Fina Seca

DENSIDADE MEDIA PÓ DE PEDRA

PEDREIRA

CARRASCOZA 1503 Kg/m3

PEDREIRA

CARANGI 1600 Kg/m3

PEDREIRA SANTO

CRISTO 1580 Kg/m3

PEDREIRA

DOLOMIA 1500 Kg/m3

PEDREIRA BAHIA 1500 Kg/m3

Densidade Média 1536,6

Kg/m3

Tabela 6 - Densidade Média Pó de Pedra

Como demonstrado na tabela 6, a matéria prima com a maior densidade média

foi o Pó de Pedra, iremos usar como referencial para dimensionar todos os silos.

Será utilizado o peso total e força que esse material irá representar dentro do silo:

� =�

� ou � = � × �

Onde: D = Densidade

37

M = massa

V = volume

� = 1536,6 × 3,6

� = 5531,76 kgs

� = � × �

Onde: P = Peso

M = Massa

G = Força gravitacional

� = 5531,76 × 9,8

� = 54211,24 �

5528 Kgf

8.4 DIMENSIONAMENTO DAS CHAPAS DE AÇO

Para esta etapa baseamos nossos conceitos nas tensões admissíveis e de ruptura

do Aço 1020, o qual possui tensão de ruptura igual a 42 kgf/mm2.

Para calcularmos nosso coeficiente de segurança seguimos os conceitos

apresentados na apostila de técnico em mecânica, editado pela CEDUP – Joinville,

seguindo a seguinte equação:

� = � � � � � � �

Onde: N = Coeficiente de segurança

X = Tipo de material

Y = Tipo de solicitação

Z = Fator de carga

38

W = Falhas de fabricação

Tais dados estão descriminados na tabela 7:

Tabela 7- Descritivo Coeficiente de Segurança

� = 1,5 � 1 � 2 � 1,5

� = 4,5

τ =��

��

τ =42

4,5

� = 9,33 kg�

mm�

� =5538kg�mm�

9,33kg�mm�

� = 592mm�

� = �. L ou � =�

�

39

Onde: A = Área de resistência

E = Espessura

L = Largura

� =592

2100

� = 2,8mm

8.5 PESO REPRESENTATIVO DOS SILOS

Como demonstrado no item 8.4, iremos necessitar de uma espessura igual ou

superior a 2,8 mm, o material utilizado será fornecido pela empresa Aços Continente, e

no caso da espessura indicada seria medida fora de padrão, então utilizaremos a

espessura de 3mm. Através do fornecedor de aços, foi informado que o peso do aço é

correspondente a 24 kg/m2.

Precisamos primeiramente determinar a área de todas as peças envolvidas na

fabricação dos silos, nosso caso são três peças diferentes, a parte superior, as chapas

laterais e as partes inferiores, conforme demonstrado na figura 15.

Figura 15- Divisões do silo

O cálculo da área das chapas laterais utilizam a fórmula de área de tronco de

pirâmide.

40

� = ℎ ×� + �

2

Onde: A = área

h = altura do centro

B = maior largura

b = menor largura

� = 1900 ×2100 + 500

2

� = 2,47��

Já as outras partes calculam-se através do método convencional para cálculo de

área, multiplicando a largura pelo seu comprimento.

Chapas superiores:

� = L × �

� = 2100 × 500

� = 1,05��

Chapas inferiores:

� = L × �

� = 500 × 250

� = 0,125��

Temos definido o valor da área para cada uma das peças, porém elas serão

utilizadas mais de uma vez para a construção do silo, sendo utilizados 3 (três) peças

idênticas para a parte superior, 4 (quatro) chapas laterais, e 3 (três) chapas inferiores,

então multiplicamos os valores encontrados das áreas pela quantidade peças necessárias.

Volume total das chapas superiores:

� = 1,05�� × 4

41

� = 3,15��

Volume total das chapas laterais:

� = 2,47 × 4

� = 9,88��

Volume total das chapas inferiores:

� = 0,125 × 3

� = 0,375��

Calculando o valor da área total e só somarmos todas as áreas encontradas:

Asuperior + Alaterais + Ainferior

3,15 + 9,88 + 0,375

� = 13,405��

Como identificamos anteriormente o peso do aço (definido pelo fabricante) e

temos a área total de material que iremos utilizar, basta somente multiplicar estes

fatores que encontraremos o peso total do silo:

� = �� + �

� = 13,405�� × 24kg. ��

� = 321,72kg�

42

8.6 DESENVOLVIMENTO DOS DESENHOS TÉCNICOS

8.6.1 Software Cad SolidWorks

Software CAD5 SolidWorks é um software de modelagem sólida, paramétrica,

baseado em recursos ou etapas, os quais são totalmente integrados ao ambiente

Windows. (Silva, 2009)

Os desenhos técnicos e ilustrações, criados e apresentados para a realização desse

trabalho, deram-se através do software CAD Solidworks® 2011 e 2013 como

plataforma de ilustração 2D e 3D.

8.6.2 Desenhos Técnicos

Na parte da representação 2D ou como chamados de representação das folhas de

desenhos dos produtos e acessórios ora criados e apresentados, irão obedecer aos

critérios estipulados pelas Nbrs 10068, 10126, 10582, as quais definem critérios de

leiaute, dimensões, cotagem, apresentação da folha para desenho técnico, etc., todos os

desenhos técnicos estão nos anexos deste trabalho.

9 DIMENSIONAMENTO DOS MOTORES DAS ESTEIRAS

Segundo o manual de transportadoras de correias, publicado pela FAÇO –

Fábrica de Aços Paulista S. A., existem dois métodos para o cálculo da potência de

acionamento dos motores para esteiras transportados rolantes, o método simplificado, o

qual é indicado para transportadoras simples e o método da norma CEMA6, o qual é

utilizado para projetos mais complexos, com vários lances, caídas, inclinações, etc., em

nosso projeto determinamos a utilização do método simplificado, visto a baixa

complexidade.

�� = �� × (�� + ��) + ��

100� × �� 1 × �ℎ�

5 Do inglês "Computer Aided Design", ou Desenho assistido por Computador 6 Do Inglês “Conveyor Equipment Manufacturers Association – EUA”, ou Associação dos Fabricantes de Equipamentos Transportadores

43

Onde: Ne = potência efetiva total

Nv = potência necessária para acionar a transportadora vazia a uma velocidade

de 1 m/s

N1= potência necessária para deslocar 100 t/h de material

Nh = potência necessária para elevar ou descer 100 t/h

Ng = potência para vencer as guias laterais

Q = capacidade de carga

C = capacidade volumétrica a uma determinada velocidade

Tabela 8- Determinação coeficiente C

Tabela 9 - Velocidade máxima recomendada

44

� = 135,41 × 3,5�. � × 1

� = 479,94��. ℎ

� = 473,94 × 1,53

� = 725,13�. ℎ

Tabela 10 - Tabela fator Nv

Tabela 11 - Tabela fator N1

Tabela 12 - Tabela fator Nh

Tabela 13 - Tabela fator Ng

Com as tabelas 10, 11, 12 e 13 determinamos todos nossos fatores necessários

para podermos calcularmos nossa potência necessária, nosso fator Nh = 0, devido ao

fato da esteira ser horizontal, bem como não existir guias, ficando nosso fator Ng = 0.

45

Dimensionamento da esteira principal:

�� = 3,5(0,82 + 0) +725,13

100× (0,5 ± 0)

�� = 6,5��

� = 725,13�. ℎ

Dimensionamento da esteira que sai do silo:

�� = 3,5 × (0,225 + 0)725,13

100× (0,15 ± 0)

�� = 1,87��

46

10 PROTÓTIPO

Para embasar o projeto foi desenvolvido um protótipo em escala reduzida, este

protótipo de um tamanho em escala de 1:3. O mesmo tem a capacidade de reproduzir de

forma fiel todas as aplicações realizadas em campo, basicamente o protótipo pode

realizar o mesmo trabalho que o projeto em escala normal.

10.1 MATERIAIS UTILIZADOS NO PROTÓTIPO

Barras de aço para fabricar a estrutura

Chapa de aço para fabricar os silos

Três disjuntores de segurança

Dois inversores modelo OMRON J7 200V 0.55KW

Um sensor indutivo convencional

Um sensor fim de curso modelo XCVJ 240V 3A

Uma centra CLP modelo WEG TP 02

Um painel de comando

Uma caixa metálica para instalação da CLP

Três botoeiras

Dois Motores de ¼ cavalo

10.2 DIRETRIZES DA PROGRAMAÇÃO

Basicamente o sistema é operado pela central CLP, inversores, placa de manuseio

e sensores. Vamos explicar o funcionamento através das figuras abaixo, preservando

assim a programação executado do projeto.

47

10.3 PAINEL DE OPERAÇÃO DO SISTEMA

Este painel é responsável pela operação geral do equipamento, nele podemos

controlar visualmente a contagem de pulsos do sensor indutivo que é responsável pelo

sinal enviado a CLP para desligar a esteira do silo. Podemos executar ajustes técnicos

do equipamento na CLP como por exemplo o tempo em que a esteira principal vai ficar

ligada para levar o material ao misturador e a quantidade de pulso que o sensor indutivo

precisa ler para definir a quantia de material vai ser despejado.

Figura 16 – Painel de Operação do Sistema

48

10.4 SENSORES INDUTIVOS E FIM DE CURSO

O sensor indutivo é responsável em fazer a leitura de pulsos, ele faz uma leitura

de quantas vezes a chapa metálica fixada ao rolete da esteira passa, esta leitura vira um

sinal elétrico para a central CLP. Na programação do protótipo estes pulsos foram

fixados em 30 para o primeiro silo.

Assim que o sensor de fim de curso (figura 16) emite o sinal de presença de massa

a central CLP libera o sinal para ligar o motor da esteira do silo, por sua vez o sensor

indutivo inicia a sua leitura e contagem dos pulsos.

Uma vez que estes pulsos zerem a CLP emite outro sinal para o desligamento do

motor da esteira do silo, garantindo assim que a quantidade de massa despejada na

esteira principal seja sempre a mesma.

Esta programação de contagem de pulsos pode ser alterada dependendo da

quantidade de material que seja necessário liberar.

Figura 17 - Sensor Fim Indutivo

Figura 18 - Sensor Fim de Curso

49

10.5 CENTRAL CLP

No projeto a central CLP é responsável por distribuir as funções. Ela recebe

informações dos sensores indutivos e de fim de curso e emite sinais para ativar ou

desativar os motores das esteiras, a programações de contagem de pulsos e tempo em

que a esteira principal deve ficar acionada é toda feita na central CLP, podemos dizer

que estas programações é o coração do projeto.

Figura 19 – Centra CLP WEG

10.6 INVERSORES

No projeto os inversores foram aplicados para o controle da velocidade das

esteiras, ao aumentar a frequência dos inversores podemos aumentar a velocidade em

que a esteira roda, definindo assim o tempo que a esteira principal precisara ficar

acionada para levar o material até o misturador e a velocidade das esteiras dos silos.

Figura 20 – Inversor

50

10.7 DISJUNTORES

Os disjuntores foram aplicados no projeto para garantir a integridade do

equipamento, eles funcionam como uma espécie de fusível e são desacionados em caso

de curto circuito.

Este sistema é de extrema necessidade, pois previnem e podem evitar danos aos

inversores e central CLP.

Figura 21 – Disjuntores

10.8 VISAO GERAL DO PROTÓTIPO

Figura 22 - Visão Geral do Protótipo

51

11 ESQUEMA ELÉTICO

O projeto desenvolveu um diagrama elétrico para mapear e sequenciar a

alimentação do protótipo, no protótipo o projeto executou apenas um silo, pois a lógica

sistêmica é a mesma para os três porem o diagrama já está projetado para atender todo

o escopo, este diagrama elétrico foi desenvolvido já para aplicação futura em escopo

completo sem ter a necessidade de alguma alteração futura.

11.1 DOSADORES DE MATERIAL

Diagrama elétrico para alimentação das esteiras.

R1 Correia dosadora do terceiro silo.

R2 Correia dosadora do segundo silo.

R3 Correia dosadora do primeiro silo.

R0 Correia dosadora da esteira principal.

Figura 23 - Diagrama elétrico para alimentação das esteiras

52

11.2 DIAGRAMA ELETRICO DOS INVERSORES

Os inversores atuam exatamente da mesma forma neste projeto, deste modo o

projeto elétrico foi desenvolvido para que o mesmo diagrama elétrico seja padrão.

Uma vez que o projeto utiliza este diagrama padrão para cada inversor que se

faça necessário o diagrama será uma réplica exata da figura 24, utilizando o mesmo

esquema elétrico para todos.

Figura 24 – Diagrama Elétrico Inversores

11.3 SINAIS DE INPUT E OUT PUT CENTRAL CLP WEG

Na figura abaixo podemos observar o diagrama elétrico que foi utilizado para

alimentação de sinal da central CLP (sensores) e saído de sinal da central para acionar e

desligar os motores. Neste diagrama podemos verificar uma particularidade, o projeto

final inclui duas fases no esquema elétrico para avisos sonoros e visual para a falta de

material nos silos porem no protótipo foi utilizado apenas o sinal visual.

Figura 25 – Diagrama Elétrico Input e Out Put CLP WGE

53

Na figura 26 podemos observar as saídas dos avisos sonoros e visuais citados no

tópico 10.3.

Figura 26 - Diagrama Elétrico Input e Out Put CLP WGE

Figura 27 - Diagrama Elétrico Input e Out Put CLP WGE

54

CONCLUSÃO

Trata-se de um projeto novo ainda no Brasil, e atualmente contamos com apenas

uma forma de automatização, por célula de carga.

Acreditamos que o projeto que estamos desenvolvendo terá uma boa aceitação

no mercado devido há estimativa de custo baixo, podemos observar isto no comparativo

dos valores aplicados hoje pelo mercado e os levantamentos executados no decorrer do

estudo.

Temos hoje com premissa no nosso projeto embasadas pelas ferramentas QFD e

FMEA que precisamos atingir um patamar de baixo custo com excelente qualidade.

Deste modo comparando as partes chegamos à conclusão que o projeto é viável

comparado com o mercado temos uma diferença significativa em custo.

Atualmente um sistema similar custa em média R$ 195.000,00 (cento e noventa

e cinco mil reais). No projeto que estamos desenvolvendo este sistema terá um custo

aproximado de $38.268,30 assim chegando a uma diferença de $156.731,17.

Lembramos também que um de nossos objetivos como futuros Engenheiros Mecânicos,

é buscar uma maior lucratividade com um menor custo de produção, e acreditamos que

com tudo os que demonstramos neste trabalho, irão alcançar um grande sucesso.

Em anexo podemos observar a planilha financeira atual da empresa, esta planilha

foi desenvolvida para levantamento de custos operacionais uma vez que precisamos

embasar a diferença de custos. Porem com ha analise realizada pela nossa equipe, foi

constatado indícios de não confiabilidade nos valores informados pelo cliente.

Foi executado um estudo anual porem podemos observar que os valores se

repetem todo mês sem ter um parâmetro financeiro. Assim nosso posicionamento para

empresa foi que seja criada um controle financeiro com uma contabilidade confiável

para que seja possível levantar os custos operacionais corretos para e futuramente seja

mensurado os valores de custos hoje e pós-projeto.

Vamos anexar esses pontos nas ideias de melhoria ao cliente, para que seja

realizada esta controladoria mais apurada onde ele terá maior controle da sua empresa e

poderá realizar estudos como projeção de recuperação de investimentos e até criar um

plano de crescimento.

55

Para a questão da qualidade teremos com a implementação do projeto o controle

automático da planta com a mistura correta de matéria prima, acreditamos que esta

mistura controlada nos trará um maior qualidade, devido a maior precisão que teremos

ao alimentar os misturadores.

Para embasar este sistema o projeto desenvolveu um protótipo em escala reduzida

(1:3), neste protótipo foi possível reproduzir exatamente o comportamento que teremos

em linha de produção.

Basicamente trata se de um sistema integrado com três silos, estes silos contam

com um sistema de esteiras rolantes, sensores indutivos, sensor de fim de curso, central

CLP e painel de operação.

Seu funcionamento ocorre quando acionado a botoeira pelo operador. Partir do

momento que o operador inicia o processo o sensor de fim de curso faz a leitura do

material, ele é acionado pela presença de matéria prima, uma vez acionado a central

CLP dispara a contagem de pulsos do sensor indutivo que faz a leitura da ´´chapa

metálica que esta fixada no eixo da esteira da saída do silo, ao atingir a contagem de

pulsos programada a CLP manda um sinal para desligar a esteira pequena da saída do

silo, garantindo a quantidade exata de material depositado. Apos este sinal, a CLP

mantem a esteira principal acionada por mais 60 segundos para que ocorra a fase

“limpeza da esteira” que nada mais é que o envio do material ate o misturador.

Para o caso do protótipo utilizamos uma programação de baixo tempo apenas

para demonstração do sistema. 30 pulsos para esteira pequena da saída do silo e 60

segundos para a principal que leva todo o material para o misturador, esses valores serão

alterados de acordo com em aplicação, pois podemos diferir a quantidade desejada de

cada material através dos parâmetros programados, ou seja, o operador tem o livre

acesso para mudar a receita (mudar a quantidade de pulsos da esteira no IHM, assim

aumentando ou diminuindo a quantidade de material de acordo com a produção desejada

e a matéria prima necessária para a confecção do produto), logo como são três silos com

misturas distintas e dosagens diferentes antes de começar a produção o operador acerta

os pulsos de cada silo de acordo com a quantidade de material desejada, uma vez

acertado os parâmetros, o operador aperta o botão no painel que inicia se o ciclo ou seja

inicia se a produção e o mesmo só tem a preocupação de abastecer os silos.

56

ANEXO A – FMEA

FMEA - PROJETO DE IMPLANTAÇÃO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO PARA SILOS DE MATÉRIA PRIMA UTILIZADOS NA CONFECÇÃO DE BLOCOS

DE CONCRETO E PAVER

Etapa / Função Falha Efeito Sev

.

Causa Oco

rr.

Controles Ris

co

Ação Respons.

Produção

Falha na esteira

rolante dos silos.

Paralização da linha

de produção. 8

Falha na fabricação e corte da esteira. Falta de manutenção

preventiva

0

Inspeção no recebimento da esteira

rigorosa. Check list pós corte e

instalação. Manutenção preventiva.

7

Aplicar treinamentos na área de controle de

qualidade de recebimento de

materiais. Elaborar plano de manutenção

preventiva.

Coordenador da produção

Produção

Quebra do motor

inversor da esteira dos

silos.


de produção. 8

Falta de manutenção preventiva

0

Testes regiulares de eficiência.

Plano de manutenção preventiva.

7

Elaborar plano de manutenção preventiva.

Realizar inspeção visual mensalmente.


Produção

Desgaste de

rolamento e batentes.

Possível quebra e paralização da linha

de produção. 8

Falha na lubrificação do

componente, falta de manutenção.

0

Realizar inspeção visual mensalmente. Plano de manutenção

preventiva.

7




Produção Corrosão e quebra dos

silos.

Possível vazamento de matéria prima além da

paralisação da produção

para reparo.

7 Corrosão 0


preventiva

7

Elaborar plano de manutenção preventiva. Realizar inspeção visual

mensalmente.


57

Produção Falha no sistema elétrico


de produção. Risco de curto na

instalação e operação.

10

Falta de manutanção preventiva e inspeção na instalação.

0

Isolar área para instalação do sistema.


preventiva. Inspeção na instalação.

10

Realizar check list de instalação.




Produção Falha de

leitura dos sensores

Paralização da linha de produção.Liberação

da mistura incorreta.Má

qualidade do produto.

9 Excesso de

sujeira.Desgaste natural.

0

Realizar inspeção visual

mensalmente.Plano de manutenção

preventiva.Inspeção na instalação.

9

Realizar check list de instalação. Elaborar plano de manutenção preventiva.Realizar

inspeção visual mensalmente.


Tabela de risco

Risco de vida 10

Qualidade do produto 9

Paralização da linha 8

Custo Financeiro 7

58

ANEXO B – PLANILHA DE CUSTOS

I. Premissas de custo da Empresa atual I. Premissas de custo da Empresa atual mensal

A empresa produz quantos blocos por mês? Venda 2,00

Capital Registrado: R$ ? Custo de matéria prima: 22 mil blocos mês

Custo da material prima por mês? Pó de pedra: 5 cargas R$ 44,00 a carga

Propaganda Pedrisco: 3 Cargas R$ 44,00 a carga

Aluguel Areia: 9 cargas R$ 46,00 a carga

Custo do produto vendido materia prima Cimento: 600 sacos de R$ 19,00 cada

Salario e dispesas diretas com funcionarios Água: Custo zero (água de poço e da chuva)

água Luz: R$ 700,00 ao mês

Lúz Funcioonários: 6 funcionarios a R$ 60,00 o dia

Consumiveis

Combustível: 1500 litros de diesel (R$ 2,79 o

litro)

59

Custos Operacionais / Despesas

Mês Pó de pedra Pedrisco Areía Cimento M.O Água Luz Total Salários Consumiveis Total Mês Quantidade

Produzida

1 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

2 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

3 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

4 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

5 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

6 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

7 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

8 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

9 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

10 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

11 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

12 R$ 220,00 R$ 132,00 R$ 414,00 R$ 11.400,00 R$ 1.200,00 R$ 0,00 R$ 700,00 R$ 8.640,00 R$ 4.185,00 R$ 26.891,00 22000

TOTAL R$ 2.640,00 R$ 1.584,00 R$ 4.968,00 R$ 136.800,00 R$ 14.400,00 R$ 0,00 R$ 8.400,00 R$ 103.680,00 R$ 50.220,00 R$ 322.692,00 264000

Total

Anual R$ 322.692,00

Media

Anual R$ 26.891,00

60

Demonstrativo Financeiro Atual

Mês Custo Prod Final Custo Transporte

Custo final Quantidade Vendida Mês

Margem de Lucro em 78%

Lucro Lucro Mês Quantidade Produzida

Estoque Valor Bruto Valor Bruto - Custo de operação

1 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0

2 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0

R$ 528.000,00

R$ 205.308,00

3 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0 4 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0

Valores não Batem 5 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0

6 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0 7 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0 8 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0 9 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0 10 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0 11 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0

12 R$ 1,22 R$ 0,00 R$ 26.891,00 22000 R$ 26.891,78 R$ 0,78 R$ 17.160,00 22000 0

R$ 14,67 R$ 0,00 R$

322.692,00 264000 R$ 322.701,36 R$ 9,36 R$ 205.920,00 264000 0 Lucro Anual R$ 205.920,00 Custo Medio por unidade R$ 1,22

Lucro Mensal R$ 17.160,00

61

ANEXO C – QFD

63

ANEXO D – DESENHOS TÉCNICOS

77

BIBLIOGRAFIA

Albuquerque, D. T. (2011). Sensores Industriais. Em D. T. Albuquerque, Sensores

Industriais (8ª ed., p. 216). Editora Érica.

Bruciapaglia, A., Farines, J., & Cury, J. (s.d.). A automação no processo produtivo:

desafios e perspectivas.

Carvalho, J. F., & Gonçalves, L. M. (1998). Dimensionamento de Silos Metálicos e de

Betão Armado.

Chiaverini, V. (1986). Tecnologia Mecânica. III(2ª Edição).

Figueiredo, C. (02 de Abril de 2010). Novo dicionário da língua portuguesa.

Freitas, E. d. (2001). Estudo teórico e experimental das pressões em silos de baixa

relação altura/diametro e fundo plano, Tese (Doutorado em Engenharia de

Estruturas), Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.

Estudo teórico e experimental das pressões em silos de baixa relação

altura/diametro e fundo plano.

Gomes, I. M. (2011). Eletronica Automação Indústrial (Vol. 6). São Paulo.

Kobori, A. C. (2009). Eletrônica Industrial II.

Moura, C. (Fevereiro de 2000). Análise de modo e efeitos de falha potencial (FMEA).

78

NEMA - National Electrical Manufacturers Association, ICS3-1978 (ICS3-304 1978).

Paulista, F. -F. (s.d.). Manual de Transportadoras de Correia.

Rosário, J. M. (2005). Principios de Mecatronica. Em J. M. Rosário, Principios de

Mecatronica (p. 372). São Paulo: Pretince Hall.

Silva, I. F. (Agosto de 2009). Introdução ao SolidWorks.

Universidade Tuiuti do Paraná. (2012). Normas técnicas: elaboração e apresentação

de trabalhos acadêmico-científicos (3ª ed.). Curitiba: Universidade Tuiuti do

Paraná.

2260

304

0

296

0

2240

1749,29

6600

303

0

6600

PROJETISTA: GRUPO TCC

PROJETO:SILOS AGREGADOS

PEÇA: ESTRUTURA

ESCALA: 1:20

LOCAL E DATA: CURITIBA, 18/112015

NUMERO DE PEÇAS: 1

DATA DE REVISÃO: N/D

RESPONSÁVEL PELA REVISÃO: N/D

ASSINATURA DO PROJETISTA: ________________

MATERIAL: AÇO 1020

45

32

15

450

32


PROJETO: SILOS AGREGADOS

PEÇA: ROLETE DA ESTEIRA PRINCIPAL

ESCALA: 1:10


NUMERO DE PEÇAS:




MATERIAL: AÇO 1020

80

24

680

110

100



PEÇA: ROLO DE TRAÇÃO

ESCALA: 1:10


NUMERO DE PEÇAS: 2




MATERIAL: AÇO 1020

80

25

680 109

23



PEÇA: ROLO LOUCO

ESCALA: 1:10


NUMERO DE PEÇAS: 2




MATERIAL: AÇO 1020

50

150

1080

100

100

7,09

35,

36

185

,36



PEÇA: SUPORTE DOS ROLETES

ESCALA: 1:10


NUMERO DE PEÇAS:




MATERIAL: AÇO 1020

20

10

10

16

15

10

2



PEÇA: SUPORTE DO ROLETINHO

ESCALA: 1:1


NUMERO DE PEÇAS:




MATERIAL: AÇO 1020

900 60

R11

1

8 9,18 6

0

734,83



PEÇA: CHAPA DO MANCAL

ESCALA: 1:5


NUMERO DE PEÇAS: 2




MATERIAL: AÇO 1020

700 1

00 30

979,77 571,53

979,77 555,20

1200

100



PEÇA: CHAPA ESTEIRA SAIDA DO SILO

ESCALA: 1:10


NUMERO DE PEÇAS:




MATERIAL: AÇO 1020

190

0

3 2100

2061,55 500

67,

17°

22,83°



PEÇA: CHAPA LATERAL

ESCALA: 1:20


NUMERO DE PEÇAS: 4




MATERIAL: AÇO 1020

694 6

0 900

R11

25,

35

1200

60



PEÇA: ESTEIRA PEQUENA SAIDA DO SILO

ESCALA: 1:10


NUMERO DE PEÇAS:




MATERIAL: AÇO 1020

500

500

250



PEÇA: CHAPA INFERIOR

ESCALA: 1:5


NUMERO DE PEÇAS: 3




MATERIAL: AÇO 1020

210

0

500

210

0



PEÇA: CHAPA SUPERIOR

ESCALA: 1:20


NUMERO DE PEÇAS: 3




MATERIAL: AÇO 1020

32

15

28

,40

32

9



PEÇA: ROLAMENTO DOS ROLETES

ESCALA: 1:1


NUMERO DE PEÇAS:




MATERIAL: AÇO 1020

universidade tuiuti do paranÁ everton otÁvio...

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