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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
GUILHERME DA SILVA PILÃO
MARCELO BARROS MARTINS JUNIOR
AUTOMAÇÃO NO PROCESSO DE PINTURA
GARÇA 2018
________________________________________________________________________________________
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de
Moura”
CURSO TECNOLOGIA EM MECATRONICA INDUSTRIAL
GUILHERME DA SILVA PILÃO
MARCELO BARROS MARTINS JUNIOR
AUTOMAÇÃO NO PROCESSO DE PINTURA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentação à Faculdade de Tecnologia “Dep. Julio Marcondes de Moura” – Fatec Garça, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de Professores: Data da Apresentação: / / ________________________________
Prof. Me. Edson Mancuzo FATEC – Garça
________________________________
Prof. FATEC – Garça
________________________________
Prof. FATEC – Garça
GARÇA 2018
3
AUTOMAÇÃO NO PROCESSO DE PINTURA
Guilherme da Silva Pilão1 [email protected]
Marcelo Barros Martins Junior [email protected]
Prof. Me Edson Mancuzo2 [email protected]
Resumo: Este projeto trabalhou com Automação do processo de pintura em pó
utilizando Controlador Lógico Programável (CLP) juntamente com sensores e
atuadores. O processo de pintura em pó usualmente é realizado em uma cabine
onde a peça a ser pintada recebe um jato de pó com carga eletrostática oposta à
carga da peça que está aterrada, fazendo com que o pó fixe-se na mesma. O
problema desse processo é ser executado manualmente o que requer tempo e
atenção do operador com possíveis erros, inconsistências de pintura e atrasos na
produção. O objetivo desse trabalho é implantar a automação industrial nesse
processo para garantir rapidez e uniformidade das peças, diminuindo os retrabalhos.
A metodologia do trabalho é desenvolver um protótipo que diminua a mão de obra
do operador, maximizando a uniformidade das peças assim como reduzindo tempo
de processo.
Palavra chave: Automação. Pintura. Controlador Lógico Programável. Sensores.
Abstract: This work intends to Automate the process of powder painting using
Programmable Logic Controller (CLP) together with sensors and actuators. The
powder coating process usually takes place in a booth where the part to be painted
receives a jet of electrostatic charge opposite to the load of the part that is grounded,
causing the powder to stick to it. The problem with this process is that it is executed
manually which requires time and attention from the operator with possible errors,
paint inconsistencies and production delays. The objective of this work is to implant
the industrial automation in this process to guarantee speed and uniformity of the
parts, reducing the reworking. The methodology of the work is to develop a prototype
that reduces the workmanship of the operator, maximizing the uniformity of the parts
as well as reducing process time.
Keyword: Automation. Painting. Programmable Logic Controller. Sensors
1 Alunos do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Fatec- Garça 2 Docente da Faculdade de Tecnologia de Garça- Fatec
4
1 INTRODUÇÃO
1.1 Conceitos de automação
O trabalho de pesquisa, Automação no Processo de Pintura, será elaborado
em formato de artigo, para o Trabalho de conclusão do curso de Tecnologia em
Mecatrônica Industrial, da Fatec-Garça.
O profissional mecatrônico, que segundo o Comitê Assessor para Pesquisa e
Desenvolvimento Industrial da Comunidade Europeia (IRDAC) citado por SILVA,
(2016), define mecatrônica como: “A integração sinergética da engenharia mecânica
com a eletrônica e o controle inteligente por computador no projeto de processos e
de manufatura de produtos”. Com a união desses três elementos de estudos, pode-
se fazer um processo que tenha segurança e precisão com qualidade.
Segundo CARDOSO, (2017) a automação nos dá à possibilidade, de criar
processos automáticos para trabalhos executados manualmente, que podem ser
substituídos por máquinas, robôs ou sistemas programáveis.
Segundo SANTOS (2017) foi em meados da metade do século XVIII, que o
termo automação, foi ganhando popularidade na sociedade, onde agricultores já
tentavam fazer melhorias nas atividades artesanais. Mas só no século XX, que a
automação se tornou automática por completo, pois, havia a necessidade de
aumentar a produção com relação ao processo manual.
Grandes empresas estão buscando por inovações tecnológicas e novos
processos que possam aumentar sua produção com qualidade. Com a automação
industrial, isso é possível com ajuda do CLP (controlador lógico programável)
sensores, atuadores e microcontroladores. A automação industrial tem a função de
realizar atividades de forma automática sem interferência do homem ou que possa
auxiliar o trabalhador nos processos industriais no dia a dia. (Rosário, 2005). Além
disso, pelo fato de ser um processo que permite realizar tarefas ou atividades de
forma autônoma ou que ajude o homem em suas tarefas (ROSÁRIO, 2005), permite
que o operário que executava o processo manual, possa ser deslocado para outras
funções que não comprometa a sua saúde ou que não sofra com dores por
trabalhar com movimentos repetitivos, por um longo tempo.
5
De acordo com CARDOSO (2017) através da automação, o mundo passou a
ter excelentes resultados nas linhas de produção industrial e encontrou um meio de
resolver esses problemas.
Sendo assim, o desenvolvimento desse protótipo tem como objetivo mostrar
o processo de pintura em escala reduzida em que há sensores, que enviarão sinal
para o CLP e, fazer o controle dos processos de acordo com a lógica de
programação na linguagem em ladder.
1.2 Problemas de Pesquisa
1.2.1 Saúde Ocupacional
Entre os problemas encontrados no processo de pintura manual, estão
relacionadas a situações potencialmente perigosas para o ser humano que implicam
em custos ocupacionais. Um dos problemas mais preocupantes desse processo é
em relação à saúde respiratória do operador.
Segundo MACHADO (2014), nos trabalhos realizados em cabines de pintura
algumas medidas de segurança devem ser tomadas para garantir a saúde
ocupacional do trabalhador. Entre essas medidas, estão relacionadas ao uso de
equipamento de proteção individual (EPI), que são obrigatórias para a realização
desse processo.
Para realizar um processo seguro, é imprescindível a utilização de máscaras
semifaciais que dificultem a inalação de poeiras e vapores de tinta. Essa inalação
pode causar diversos tipos de problemas ao operador, tais como problemas
pulmonares que ao decorrer do tempo pode se agravar.
1.2.2 Ergonomia
1.2.2.1Norma regulamentadora NR-17
Estabelecida legalmente nos artigos 198 e 199 da CLT, esta Norma
Regulamentadora objetiva determinar parâmetros que possibilitam a adequação das
condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores, de
modo a possibilitar um máximo de conforto, segurança e desempenho eficiente.
(Norma Regulamentadora Ministério do Trabalho e Emprego. NR-17 –
Ergonomia, 2009).
6
O objetivo da ergonomia é a integração das pessoas com o meio ambiente da
forma mais cômoda e eficiente possível, seja em casa, no trabalho ou no lazer.
(ARAUJO, 2010, p.220).
Segundo MAENO (2001) quem utilizou pela primeira vez o termo DORT no
Brasil foi a Previdência Social, na sua ordem de serviço OS 606, de 5 de agosto de
1998. Essa ordem de serviço trata da Norma Técnica sobre Distúrbios
Osteomusculares Relacionados ao Trabalho e é uma atualização da Norma Técnica
sobre Lesões por Esforços Repetitivos, de 1993.
De acordo com MAENO (2001) as Lesões por Esforços Repetitivos ou como são
denominadas pela Previdência Social, Distúrbios Osteomusculares Relacionados ao
Trabalho que provocam diferentes reações nas pessoas que, de alguma forma, têm
contato com o problema.
Segundo BRUNA (2018) DORT é causada por mecanismos de agressão, que
vão desde esforços repetidos continuadamente ou que exigem muita força na sua
execução, até vibração, postura inadequada e estresse.
As Dorts são lesões que afetam os músculos, tendões e nervos nas articulações
do corpo, especialmente nas mãos, punhos, cotovelos, ombros, pescoço, costas e
joelhos. Atualmente, encontram-se maneiras de organização do trabalho na
indústria que indicam a execução de tarefas repetitivas e de elevadas exigências de
precisão.
1.2.3 Produtividade
Segundo BESSA (2018) a partir do momento em que a produtividade de uma
indústria é afetada por problemas de ordem operacional, o seu faturamento cai. Isso
desencadeia uma onda de problemas, como pressão de instâncias superiores, troca
de funcionários, corte de investimentos, necessidade de horas extras.
1.2.4 Retrabalhos
Os retrabalhos são práticas de refazer determinada operação, por não ter sido
realizada de forma apropriada na primeira vez. Motivos que podem causar os
retrabalhos são falhas de projeto, falta de comunicação, ou até planejamento.
(Bessa, 2018).
7
Outro fator que pode gerar retrabalhos volta-se a motivos de exaustão ou o
desvio de atenção, em um sistema automatizado não há este tipo de problema.
(Christino e Cruz, 2016).
1.2.5 Desuniformidade
Por último, um motivo que pode afetar uma empresa é a desuniformidade.
Muitas empresas buscam melhorias contínuas, e, para isso se deve manter um
padrão dos seus produtos. Na indústria da pintura, a uniformidade é uma condição
essencial para garantir uma qualidade padrão.
De acordo com (CHRISTINO e CRUZ, 2016) no processo manual, por mais que
um operador ou pintor mantenha uma forma de pintar, raramente ele conseguirá
manter a uniformidade das peças durante a sua jornada de trabalho, diferentemente
de um procedimento automatizado, programado para realizar uma trajetória de
forma contínua que garante as repetibilidades dos movimentos.
1.3 Objetivo Geral
O objetivo desse trabalho é aplicar a automação industrial em um processo
totalmente manual, que possa gerar uma produção de forma constante. Também
melhorar as questões de ergonomia para o operador que poderá estar disposto a
realizar atividades que não comprometa a dores por postura e movimentos
repetitivos, que no processo manual é comum.
1.3.1 Objetivo Específicos Aplicar os conceitos de automação com o CLP, para melhorar um sistema de
produção.
Considerar aspectos ergonômicos, fazendo o deslocamento do operador para
outras atividades.
1.4 Relevância Os conceitos de automação e pintura são conceitos atuais e de extrema
importância para o ramo industrial. Durante o estágio supervisionado, realizado na
empresa TRV, localizada no interior de São Paulo que atua no segmento de
Eletroeletrônica e Metalurgia, verificou-se a falta da automação no processo de
8
pintura eletrostática onde era realizada pintura de peças metálicas, para a produção
de travas eletromagnéticas para portões automáticos.
Com isso, surgiu o motivo de desenvolver um protótipo capaz de automatizar
todo o processo, gerando um processo capaz de atender a demanda e também
atendendo medidas de segurança para o operador.
1.5 Metodologia A metodologia utilizada é o desenvolvimento experimental de um protótipo
em escala reduzida de um processo de pintura automatizado a fim de atingir os
objetivos.
2. Desenvolvimento 2.1 Referencial Teórico
2.1.1 Processo de pintura em pó A pintura eletrostática é um dos modelos de pintura mais robusto e com
qualidade. Essa pintura emprega um sistema diferente por meio de cargas elétricas
para a definição da tinta. (Telles, 2013).
A indústria de pintura, começou a ser notada com a necessidade de
preservar máquinas e equipamentos que foram evoluindo com o início da revolução
industrial. (Silva, 2009).
Segundo KRANKEL (2018) as tintas a pó surgiram nos Estados Unidos no
final da década de 1950. Eram produtos um tanto descomplicados, composto por
fusões ou conjuntos de uma resina seca de epóxi sólida de pigmentos (cargas) e
endurecedores.
A distribuição era feita por moinhos de bolas, sendo capaz de atingir misturas
homogêneas. A execução era feita por um procedimento chamado “leito fluidizado”,
apesar disso, devido à natureza heterogênea da tinta em pó, existia uma divisão
natural por peso e tamanho, formando um agrupamento da mistura sendo
modificada á proporção que a execução era realizada. ( KRANKEL , 2018).
9
Segundo CAMARGO (2002, p.4), as tintas em pó ou pós de revestimento, por
serem totalmente isentos de solvente, não agridem o meio ambiente e propiciam um
modo econômico de pintar uma grande variedade de substratos e de objetos.
De acordo com SILVA (2009) citado por (TABORDA, LOEBLEIN, WEISE e
JAHN, 2014), as tintas a pó são fornecidas na forma de pó, em que 100% das
matérias são sólidas.
A tinta a pó, comparando com os outros tipos de tintas tem um maior
rendimento, mas apesar disso, a aplicação da pintura a pó é limitada pelo fato do
processo de cura ser em estufa. No processo de pintura a pó, não é necessário
fazer aplicações antes de ser aplicada a tinta definitiva, apenas fazer uma boa
limpeza das superfícies para retirar graxas, óleos, terra ou qualquer tipo de resíduo
que atrapalhe a qualidade da pintura depois de curada.
Entre os anos de 1965 e 1967, foi lançada no mercado europeu a primeira
pistola para aplicação de tinta em pó, baseada no conhecido princípio de
eletrostática (CAMARGO, 2002). Com o lançamento da pistola, o processo obteve
mais precisão e controle na aplicação da tinta e teve uma grande aceitação pela
indústria, e passou a ser economicamente viável (CAMARGO, 2002).
Com a utilização da pistola, pode se obter uma redução do tempo de
aplicação, ter uma aplicação homogênea e economia no consumo.
A mistura ar/tinta sai pelo bico da pistola formando assim um leque, cujo
tamanho e formas são reguláveis, através do posicionamento e tamanho do defletor.
Conforme mostra a figura abaixo.
Figure 1. Pintura Eletroestática
Fonte: WEG (2018)
O equipamento de pintura tem o sistema básico composto de uma cabine que
normalmente são confeccionadas em chapas de aço carbono ou aço inox. No
processo manual, o operador realiza a limpeza das superfícies e em seguida,
10
colocado para secar. Logo após, as peças são penduradas num gancho dentro da
cabine de pintura onde é feito aplicação da tinta uma peça por vez.
A aplicação pode ser influenciada por diferentes propriedades: resistividade,
forma e tamanho das partículas e composição química do pó.
De acordo com BASTOS (2008) a resistividade influencia na eficiência da
deposição de tinta na superfície utilizando carga eletrostática adquirida pelas
partículas, da velocidade da corrente de ar usado na pulverização, da distância que
as partículas têm de percorrer entre a pistola e a peça a ser pintada.
Sendo assim, as partículas maiores, por se eletrizarem com mais eficiência
que os menores, depositam-se mais rapidamente na superfície a ser revestida.
Figure 2. Cabine de Pintura.
Fonte: WEG (2018)
2.1.2 CLP
Com a tecnologia que temos disponível atualmente, os processos indústrias
podem ser controlados com micro controladores e CLP (controladores lógicos
programáveis), juntamente com sensores, atuadores e contadores. Nos processos
indústrias, os CLP são ferramentas mais utilizadas devido a sua capacidade de
inteligência, alta durabilidade, resistência em relação a ruídos, interferências e
temperaturas presente no chão de fábrica.
A ABNT (Associação Brasileiras de Normas Técnicas) explica que o CLP é
um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com
aplicações industriais. Para NEMA (National Electrical Manufactures Association)
CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para
armazenar internamente instruções e implementar funções específicas, tais como
lógicas sequenciais, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de
módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processo.
11
Os CLP quando ligado, executam uma série de processos pré programados
no Programa Monitor, que verifica o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e
dos circuitos auxiliares. Verifica a configuração interna e compara com os circuitos
instalados, faz a desativação das saídas, verifica se existe algum programa de
usuário. Em seguida, é feita a confirmação dos estados das entradas, esse
processo recebe o nome de ciclo de varredura. Após o ciclo de varredura, o CLP
armazena os resultados obtidos em uma região de memória denominada de
Memória Imagem das Entradas e Saídas. (Antonelli,1998).
Ao executar o programa do usuário, o CLP atualiza o estado da Memória
Imagens e Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu
programa. E por fim, o CLP atualiza o estado das saídas e escreve o valor contido
na Memória das Saídas e então se inicia um novo ciclo de varredura.
Figure 3. Ciclo de varredura do CLP.
Fonte: Sala da automação (2013).
2.1.2.1 Estrutura interna dos controladores
Segundo Antonelli (1998), os controlados tem um sistema microprocessado e
constitui- se de um microprocessador, um Programa Monitor, uma Memória de
Programa, uma Memória de Dados, uma ou mais Interfaces de Entradas ou Saídas
e Circuitos Auxiliares, como mostra na figura.
12
Figure 4. Estrutura interna de um CLP.
Fonte: Antonelli (1998).
2.1.2.2 Arquitetura básica dos Controladores Lógicos Programáveis
Os controladores são formados por entradas, processamento e saídas. (Silva,
2011).
Os controladores lógicos programáveis, assim como funciona o cérebro
humano, precisa receber informações de um determinado local. Para receber essas
informações estes equipamentos são dotados de entradas físicas, que podem ser
analógicas ou digitais. (Silva, 2011).
Em seguida, depois de receber os dados é feito o processamento para que
possa executar uma determinada operação. Por último, depois de receber as
informações e ser processada, a saída recebe um sinal elétrico analógico ou digital
que executará uma válvula, motor ou atuador. (Silva, 2011).
De acordo com (FRANCHI e CAMARGO, 2011) sua capacidade quanto ao
número de entradas e saídas, memória, conjunto de instruções, velocidade de
processamento, conectividade, flexibilidade, IHM, varia conforme o fabricante e
modelo.
Os módulos de entradas e saídas são encarregados pelo interfaceamento da
CPU com o mundo exterior, adequando os níveis de tensão e corrente fazendo a
conversão dos sinais no formato apropriado. Cada entrada ou saída de sinal é
chamada de ponto. Esses módulos também são considerados na linguagem técnica
13
como módulos de I/O, referindo-se à abreviação na língua inglesa (I/O=
input/output). (FRANCHI e CAMARGO, 2011, p 36).
Figura 5. Diagrama de blocos do CLP.
Fonte: Fabricia neves (2016).
Para a criação do nosso protótipo, utilizaremos um CLP da festo FC640
Standard. Esse CLP apresenta 32 entradas/16 saídas; interface Ethernet; tensão
operacional de 24 volts de corrente contínua, podendo ocorrer variações de 25%
acima e 15% abaixo; potência máxima por volta de 5 watts.
2.2 Metodologia do Protótipo
Para o desenvolvimento do protótipo, foi construída uma maquete feita com
cantoneiras e metalon, para fazer a representação do processo de pintura. A partir
da maquete, foi definida a colocação dos sensores. Quatro chaves fim de curso
foram utilizadas para fazer a parada e acionamento do motor. Um sensor indutivo
foi utilizado, para detectar quando o suporte estiver entrando no forno e acionar os
pulverizadores de tinta, que será representado por led. Quando o suporte acionar
um fim de curso, desligará o motor do suporte e acionara o motor da porta do forno,
que se fecha. Em seguida, depois de fechar a porta, o forno é ligado e fica acionado
por um determinado tempo. Depois desse tempo, o motor da porta é ligada, abrindo
a porta do forno, depois de abrir a porta, o motor é desligado e o motor do suporte é
acionado para poder fazer a retirada das peças já pintadas.
Para fazer o movimento do suporte, elaborou-se uma relação de transmissão
de polias. Utilizou-se uma barra roscada, uma polia de 41 centímetros de
circunferência sendo a polia movida, e outra de 166 centímetros sendo a motora,
conforme a Figura 5.
14
Figure 5 - Relação de transmissão.
Fonte: Os autores.
Para fazer a simulação da pintura, utilizou-se fitas de led de cor branca que
acenderá quando o sensor detectar as peças, como mostra Figura 6.
Figure 6- Simulação do pulverizador.
Fonte: Os autores
2.2.1 Programação
De acordo com (FRANCHI e CAMARGO, 2011) a linguagem de programação
é um conjunto de instruções que o sistema computacional é capaz de reconhecer.
A linguagem ladder é constituída no princípio de contatos elétricos e baseada
na lógica de relés e, segundo Franchi e Camargo (2011), é a mais difundida e
encontrada em quase todos os CLPs da atual geração. A linguagem ladder é fácil
de usar e de implementar e constituem uma linguagem de programação de clps
poderosa.
15
3. RESULTADOS
Observou-se que o movimento linear e constante do suporte, apresenta
possíveis resultados do processo de pintura que ao passar pelos pulverizadores,
reduz as falhas, e permite uma uniformidade padrão nas peças
Observou-se que o protótipo atingiu o objetivo de automatizar o processo.
Com isso, automatizou-se a parte de pintura, deslocando o operador dessa função e
podendo apenas fazer a supervisão do processo. Automatizou-se também a entrada
e saída do suporte no forno, onde as peças são penduras. O acionamento da porta
do forno também não necessita de um operador para abri-la quando o processo de
cura da tinta termina, pois, depois um determinado tempo ela abre
automaticamente. Com a aplicação da automação pode-se atingir ciclos de
produção mais rápidos e com eficiência e repetibilidade.
Entretanto, além de deslocar o operador para outras funções, o protótipo visa
melhorar a produtividade e diminuir os retrabalhos causados por motivos de desvio
de atenção ou cansaço.
O desenvolvimento do protótipo nos possibilitou: um aprofundamento no
desenvolvimento de programação em ladder, estudo sobre os controladores lógicos
programáveis; desenvolvimento de um dispositivo que proporciona resultados
positivos para a indústria da pintura.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Conclui-se que a aplicação da automação junto com o CLP no processo de
pintura pode melhorar o controle da produção com eficiência e precisão. Com a
automação o processo fica mais ágil por ser programado a realizar determinado
processo durante a jornada de trabalho podendo manter um padrão. Com isso, o
operador pode ser deslocado para fazer a supervisão do processo ou realizar outras
atividades.
Quanto ao operador, pode-se retirá-lo de situações que são prejudiciais a sua
saúde em relação à respiração e movimentos repetitivos.
16
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18
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