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Anlise e Modelao do consumo de energia no processo

de injeo de plsticos

Diogo Filipe Andr Domingues

Dissertao para obteno do grau de Mestre em

Engenharia Mecnica

Orientadora: Prof. Ins Esteves Ribeiro

Jri

Presidente: Prof. Rui Manuel dos Santos Oliveira Baptista

Orientadora: Prof. Ins Esteves Ribeiro

Vogal: Prof. Paulo Miguel Nogueira Peas

Junho 2016

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Agradecimentos

Muito especialmente, quero agradecer minha orientadora Prof. Ins Ribeiro, pela disponibilidade,

ateno dispensada, pacincia, dedicao e profissionalismo ... um Muito Obrigado.

minha namorada, Joana, pelo incentivo, compreenso e encorajamento, durante todo este perodo.

Aos meus amigos e colegas do IST, pela amizade, apoio e bons momentos proporcionados ao longo

destes anos.

A todos os colaboradores com que tive contacto na empresa MD-Plastics e que de alguma forma me

auxiliaram durante o tempo em que l estive. E um especial agradecimento, ao Eng. Nuno Cipriano,

pela oportunidade e as condies oferecidas em abrir-me as portas empresa para o enriquecimento

deste trabalho.

Finalmente, aos meus pais e irmos por todo o amor e carinho demonstrado ao longo de todo este

trabalho, especialmente nos momentos de maiores dificuldades.

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Resumo

O conceito de eficincia energtica aplicado com o objetivo de testar abordagens e modelos de

estimativa de consumo de energia no processo de moldao por injeo de plsticos. O modelo

selecionado um modelo sensvel s caractersticas da mquina, geometria da pea, ao material

utilizado e s condies do processo. O modelo foi testado com base em dados reais obtidos numa

empresa especializada na produo de peas pelo processo de injeo. No final, foram sugeridas

alteraes e o modelo foi validado.

ainda apresentada uma abordagem mais simples, de fcil utilizao e modelao, com base na

mtrica Consumo Especfico de Energia, com potencial de ser utilizada no contexto interno de uma

empresa, com o objetivo de prever um valor aproximado da energia que ser consumida durante a

produo de determinada pea, conhecendo um nico input: a sua taxa de produo. Para esta

abordagem foram calculados valores mdios do Consumo Especfico de Energia em funo da

mquina a utilizar.

Tambm no mbito desta tese, foi estudado o impacto causado pela aplicao do mtodo Single Minute

Exchange of Die, SMED, a um Setup realizado na mesma empresa. Foi sugerido um procedimento

padro para a realizao do Setup com o objetivo de corrigir as principais lacunas identificadas durante

esta fase.

Palavras-chave: Eficincia Energtica; Consumo de Energia; Moldao por Injeo; Consumo

Especfico de Energia; SMED.

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Abstract

The concept of energy efficiency is applied in order to test some approaches and energy consumption

models for the injection moulding process. The selected one is a model sensitive to machine

characteristics, the parts geometry, the injected material and the process conditions. The model was

tested based on real data from a company specialized on plastic parts production by the injection

moulding process. At the end, modifications have been suggested, and the model was validated.

It is also presented a simpler approach, easy to use and to model based on Specific Energy

Consumption with potential to be used in the internal context of a company, in order to provide for an

approximate amount of energy that will be consumed during a parts production. To follow this approach,

the user only needs one input: the throughput. For this approach were calculated mean values of the

Specific Energy Consumption in function of available machines at the company.

Also as part of this thesis, it was analysed the impact of the application of the method Single Minute

Exchange of Die, SMED, to a mould Setup performed on same company. It was suggested a standard

procedure to perform the Setup in order to avoid the main shortcomings identified during this phase.

Keywords: Energy Efficiency; Energy Consumption; Injection Moulding ; Specific Energy Consumption;

Single Minute Exchange of Die.

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Tabela de Contedos

Agradecimentos ................................................................................................................................... iii

Resumo.................................................................................................................................................. iv

Abstract .................................................................................................................................................. v

Tabela de Contedos ........................................................................................................................... vi

Lista de Figuras .................................................................................................................................... ix

Lista de Tabelas .................................................................................................................................... xi

Nomenclatura ...................................................................................................................................... xiii

1. Introduo ...................................................................................................................................... 1

2. Eficincia energtica nos processos de fabrico ........................................................................ 3

2.1. Importncia da eficincia energtica ..................................................................................... 3

2.2. Estudos e modelaes de consumo energtico em processos produtivos .......................... 5

2.3. Consumo Especfico de Energia (SEC) ................................................................................ 6

3. Consumo de energia no processo de injeo de plstico .......................................................11

3.1. Processo de moldao por injeo de plsticos .................................................................. 11

3.1.1. Importncia do processo ........................................................................................ 11

3.1.2. Descrio geral do processo .................................................................................. 12

3.2. Anlises energticas do processo de injeo ..................................................................... 20

4. Metodologia .................................................................................................................................. 22

4.1. Modelao de energia ......................................................................................................... 23

4.1.1. Mapeamento de variveis....................................................................................... 23

4.1.2. Mtodo Experimental .............................................................................................. 23

4.1.3. Anlise de dados .................................................................................................... 23

4.1.4. Anlise a Abordagens ............................................................................................. 24

4.1.5. Propostas de melhoria ............................................................................................ 24

4.1.6. Validao das novas abordagens .......................................................................... 24

4.1.7. Caracterizao da tipologia de influncia dos diversos fatores estudados no

consumo energtico ............................................................................................................ 24

4.2. Anlise de Setup ................................................................................................................. 25

4.2.1. Mtodo Experimental .............................................................................................. 25

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4.2.2. Aplicao do SMED ao Setup ................................................................................ 25

4.2.3. Estudar o impacto da aplicao do SMED ............................................................. 26

5. Medio e anlise do consumo de energia ............................................................................... 27

5.1. Equipamento ....................................................................................................................... 27

5.2. Mtodo de medio ............................................................................................................. 27

5.3. Resultados provenientes das medies .............................................................................. 30

5.3.1. Produo ................................................................................................................ 30

5.3.2. Fase de Setup ........................................................................................................ 32

5.4. Anlise de resultados .......................................................................................................... 36

6. Mtodo SMED e Produo vs Setup .......................................................................................... 40

6.1. Aplicao do SMED ao Setup ............................................................................................. 40

6.1.1. Soluo 0 .....