Projeto de Automação Industrial TCC Engenharia Elétrica

CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Daniel Lima Ramos Rio de Janeiro Julho 2023 DANIEL LIMA RAMOS PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Augusto Motta como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica APROVADO EM BANCA EXAMINADORA Prof Dr Roberto Cruz da Silva Orientador Prof Dr Prof Dr Rio de Janeiro Julho 2023 AGRADECIMENTOS Agradeço ao professor Roberto por me orientar durante este trabalho de TCC à minha namorada pelo apoio constante durante este trabalho e aos meus pais pelo apoio de sempre Ramos Lima Daniel Projeto de automação industrial 63p Trabalho de conclusão de curso Graduação em Engenharia Elétrica Centro Universitário Augusto Motta Rio de Janeiro 2023 RESUMO Como podese notar mudanças foram ocorrendo no decorrer do tempo assim como o surgimento de tecnologias como os softwares controles lógicos programáveis armazenamento de informações de forma mais ampla assim como o surgimento da robótica os sensores foram ganhando espaço na modernidade tudo isso representa o poder da indústria 40 na qual a mesma trabalha com tecnologia avançada controles programáveis comandos de sensores e máquinas sendo controladas à distância No caso das caldeiras é a mesma coisa além da implementação de dispositivos de segurança durante a montagem dos quadros de comando das caldeiras como também o dimensionamento de cabos que comunicam os componentes de funcionamento da caldeira ao quadro de comandos assim como os sensores como sensores de nível temperatura e pressão que transmitem por meio de sensores as informações para os computadores da outra camada da empresa sendo esta a parte de automação operacional de controle de supervisão e informacional Palavraschave COMANDOS CALDEIRA INDÚSTRIA 40 Ramos Lima Daniel Industrial automation project subtitle if any 63p Monograph Graduation in Electrical Engineering Centro Universitário Augusto Motta Rio de Janeiro 2023 ABSTRACT The emergence of technologies such as software programmable logic controls storage of information more broadly as well as the emergence of robotics sensors have been gaining space in modernity all of this represents the power of industry 40 where it works with advanced technology programmable controls sensor commands and machines being remotely controlled in the case of the chairs it is the same thing in addition to the implementation of safety devices during the assembly of the boiler control panels as well as the sizing of cables that communicate the boiler operating components to the control panel as well as the sensors such as the level temperature and pressure sensors which inform through sensors the information for the computers of the other layer of the company being the part of operational control supervision and informational automation Keywords CONTROLS BOILER INDUSTRY 40 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Sensor de barreira 5 Figura 2 Sensor de Difusão 6 Figura 3 Sensor retro reflexivo 7 Figura 4 Maquinário ordenador de comprimidos na indústria farmacêutica 15 Figura 5 Robô de transporte e carroceira de automóvel no setor automobilístico 21 Figura 6 Transporte da carroceria do automóvel para o próximo setor de montagem 22 Figura 7 Caldeira de esfriamento de gases 25 Figura 8 Esquema de bombeamento de água no interior da caldeira 28 Figura 9 Processo de verificação de dados de pressão e temperatura no interior da caldeira 29 Figura 10 Representação das válvulas de fluxoestato do sistema hidráulico de uma caldeira 30 Figura 11 Controlador de temperatura N1030 31 Figura 12 Processo de limpeza da caldeira 32 Figura 13 Retirada de ferrugem da caldeira através do lixamento da estrutura metálica 33 Figura 14 Quadro de comando da caldeira 37 Figura 15 Pressostato para controle de pressão da caldeira 39 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CLP Controle Lógico Programável CNI Confederação Nacional da Indústria CNCs Centro Nacional de Cyber segurança DDR Disjuntor Diferencial Residual DPS Dispositivo Pós Surtos FIESP Federação das Indústrias do Estado de São Paulo HD Hard Disk NBR Norma Brasileira Regulamentada NR Norma Regulamentadora PIB Produto Interno Bruto PLCS Programmable Logic Controller SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 0 11 Apresentação do Tema 0 12 Definição do Problema 0 13 Objetivos 1 14 Motivação 1 15 Justificativa e Relevância 1 16 Trabalhos Relacionados e Contextualização 2 17 Metodologia 3 18 Organização do texto 4 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 4 21 Funcionamento dos sensores e seus respectivos tipos 4 22 Sistema elétrico da indústria 9 23 Comandos de robótica 9 3 ESTUDO DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO DA CALDEIRA 25 31 Função de uma caldeira 25 32 Tipos de comandos para automatizar a caldeira 27 33 Controle de nível de água na caldeira 27 34 Controle de combustão e tiragem 28 35 Descarga de fundo automática 29 36 Indicação de temperatura e a importância dos dispositivos de segurança no interior da caldeira 30 4 DIMENSIONAMENTO DE QUADROS E DISPOSITIVOS ELÉTRICOS NA CALDEIRA Erro Indicador não definido 41 Dimensionamento do comando das bombas da caldeira 34 42 Dimensionamento elétrico dos motores dos ventiladores de insuflamento e de ventiladores exaustores 35 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 40 ROYAL CANIN GERIATRIC CAT ADULT 10 400g DRY FOOD FOR CATS 10 YEARS ADULT 10 ROYAL CANIN GERIATRIC CAT helps to support the vitality of aging cats thanks to an exclusive complex of antioxidants ADULT 10 Nourishes and supports the cats metabolism through the ageing process Contains green tea polyphenols Supports kidney function Contains hydrolysed proteins that help maintain healthy kidneys Contains a precise balance of fatty acids EPADHA Helps maintain joints and mobility Contains a high level of vitamins Helps maintain the cats immune system Extra palatable to suit even the most particular of cats Skin and coat health Energy levels Urinary tract health Digestive health ADD DESIGN ROYAL CANIN GERIATRIC CAT ADULT 10 is formulated to meet the nutritional needs of cats aged 10 years and above The recipe is designed to support organ function and maintain ideal body weight as well as maintaining the health and vitality of the cat through antioxidant complex The balanced formula is intended to maintain nutrient concentrations typical of those in the diet of healthy adult cats ROYAL CANIN GERIATRIC CAT ADULT 10 contains EPA and DHA to support joint mobility and features essential nutrients to maintain skin and coat health As cats age organ function changes and calories need to changes ROYAL CANIN GERIATRIC CAT ADULT 10 supports aging cats with optimal nutrient levels in antioxidants and vitamins as well as a highly digestible formula Except sensitive digestion COMPOSITION Cereals Meat and animal derivatives Derivatives of vegetable origin Minerals Oils and fats Various sugars ANALYTICAL CONSTITUENTS Protein 390 Fat content 230 Crude ash72 Crude fibers 45 Moisture 55 taurine 015 Lysine 13 Calcium 09 Phosphorus 076 Mercaptans 035 Magnesium 009 SALMON OIL ANTTIOXIDANTS LCARNITINE FRUCTOOLIGOSACCHARIDES FOCOS GLUCOSAMINE CHONDROITIN SULPHATE FEEDING GUIDELINES gday CAT WEIGHT Up to 3kg 30g 34kg 35g 45kg 40g 56kg 45g 67kg 50g OPERATOR ROYAL CANIN INDIA PVT LTD Exclusive Distributor RETAIL PRICE Rs 17000 PER 400g MRP INCLUSIVE OF GST Mfg License No 26115079400194 Manufactured by Royal Canin SAS 81600 SaintOrens France Customer Care No 1800 103 2249 0 1 INTRODUÇÃO 11 Apresentação do Tema O uso de algoritmos para conseguir acesso à informação é feito de forma clara atribuindo a cada algoritmo a responsabilidade por cada processo Além disso seu uso permite a detecção de problemas em setores específicos Utilizando essa informação no quadro de comandos podese desabilitar alguma máquina caso ela apresente falhas de funcionamento O tempo de chegada da informação até o responsável técnico é bastante reduzido pois o sistema também envia sinais aos computadores principalmente se houver problemas elétricos Isso garante que outras áreas da empresa não sejam afetadas pois estarão isoladas daquele setor PIRES 2010 Algumas empresas estão adotando a automação em todos os seus setores pois isso torna processos mais econômicos e eficientes Assim todo o controle dos setores é feito por comandos de máquinas utilizando softwares que realiza um trabalho equivalente ao que um operário estaria executando Da mesma forma se dá o uso da robótica para realizar os trabalhos mais pesados também controlados por programas de softwares chips e processadores Para se obter informações a respeito da produção e do estado de funcionamento das máquinas são fornecidos fluxogramas gerando mais segurança e sem ameaças à produção SIEMBRA AUTOMAÇÃO 2017 12 Definição do Problema Neste trabalho será abordada a modernização de comandos e controles de uma caldeira industrial a qual necessita se adequar às normas vigentes como por exemplo a NBR 5410 que trata de seu sistema elétrico e a NR 13 que dita sobre o uso obrigatório de alguns componentes para o seu funcionamento com maior segurança a fim de se evitar graves acidentes Na falta desses itens podese ocorrer uma grande tragédia Dentre esses componentes estão a válvula de segurança manômetros injetores de alimentação de água sistema de drenagem rápida e sistemas de controle e indicação de nível de água Nesse caso mesmo contendo esses itens analógicos haverá sua substituição por comandos digitais controlados à distância 1 13 Objetivos O objetivo deste trabalho é elaborar um projeto de automação visando a segurança segundo a NR 12 da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT que se refere à segurança do trabalho em máquinas protegendo a integridade física e a saúde do operário quando se trabalha diretamente com as máquinas Esse projeto envolve a utilização de sensores e sistemas de proteção voltados para a modernização dos equipamentos já existentes dentro da indústria mas que não atendem às normas representando riscos para a integridade física e saúde dos trabalhadores Além disso a modernização envolve a atualização dos painéis de controle do maquinário com a substituição de dispositivos que são considerados obsoletos por novos Essa atualização inclui também a utilização de sensores para o monitoramento do estado das máquinas durante seu funcionamento diário emitindo avisos ao operador do sistema sobre possíveis falhas Assim permitese isolar o problema sem afetar a empresa como um todo além de ajudar na sua resolução de forma rápida evitando grandes perdas para a indústria 14 Motivação Visando modernizar o sistema de segurança da caldeira da indústria que dispõe de um sistema completamente arcaico e com grandes riscos de acidentes por se tratar de funções que competem aos funcionários e ocorrência de falhas constantes e prejuízos ao ponto do setor parar de operar resolveuse realizar o dimensionamento e instalação de sensores e troca de dispositivos antigos por novos e totalmente controlados por computadores em específico com Arduino com a finalidade de se obter informações de problemas atuação dos próprios sensores para algum funcionamento incorreto da caldeira e controles de pressão temperatura nível de caldeira evitando acidentes graves caso ocorra alguma falha no sistema gerando riscos a todos que ali trabalham e evitando eventuais prejuízos a própria indústria SIEMBRA AUTOMAÇÃO 2017 15 Justificativa e Relevância Com a falta ou a degradação dos componentes além do padrão antigo de sistemas 2 elétricos responsáveis pelo funcionamento da caldeira podese gerar um grande risco de explosões ou vazamentos causando graves acidentes aos operários que estejam trabalhando próximo a ela além de incidentes que podem levar à paralisação de setores juntos ao local Pensando nesses riscos iminentes foi proposta a modernização da caldeira a fim de que esta funcione com riscos quase nulos Para isso será utilizada a tecnologia de operação por meio de sistemas computadorizados com o apoio de software para a realização de leituras de variáveis de funcionamento da caldeira por meio de sensores e sistema de segurança Caso haja problemas serão enviados códigos para o seu desligamento Além disso será empregado quadro de comando para a caldeira utilizandose de dispositivos de proteção além de malha de aterramento exclusiva que irá atuar caso algum componente apresente falhas evitando também prejuízos financeiros à indústria 16 Trabalhos Relacionados e Contextualização Tácio de Lima Queiroz 2017 disserta em suas produções sobre a automação de caldeiras Em um dos seus trabalhos ele implementa um sistema de automação e controle para uma caldeira industrial que contém gás natural com colocação de sensores de temperatura pressão e de detecção de chama Ele explica o funcionamento de uma caldeira do tipo aquatubular na qual a água passa por dentro dos tubos e os gases da combustão passam por fora Isso a permite manter seus níveis e a água logo depois sofre um aquecimento gerando vapor De acordo com Gabriel Makoto Alaó Curcino 2022 junto aos sistemas de mecanismos de funcionamento da caldeira e de verificação há os cumprimentos das normas vigentes como NR 12 e NBR 5410 Além disso Curcino analisa o funcionamento dos motores elétricos incluídos a essa caldeira como ventilador industrial bombas hidráulicas para o escoamento da água assim como a aplicação dos comandos elétricos que utilizam inversores de frequência para que se possa realizar o aumento ou o abaixamento da rotação dos motores em dados momentos O autor também menciona sobre os quadros de baixa tensão para estas caldeiras que devem se manter sempre atualizados com relação a NBR 5410 3 Segundo Mentz e Modelski 2016 que dissertam a respeito da automação de caldeira que tanto é enfatizada para que se possa haver uma melhora no seu sistema de segurança Essa automação é realizada por meio de sensores que observam seu funcionamento e principalmente a detecção de falhas por parte de algum componente que necessitem de manutenção e posteriormente de reparo ou substituição Isso garante maior vida útil ao equipamento Além disso é essencial o monitoramento constante de sistemas que envolvam distribuição de vapor e retorno de condensado porque se um deles sair do controle o equipamento rapidamente perde eficiência Caso não seja corrigido o problema o equipamento pode ser condenado trazendo prejuízo para a indústria 17 Metodologia Inicialmente foi feito um estudo acerca de uma caldeira industrial do setor alimentício Constatouse que seu sistema elétrico não está em conformidade com a norma vigente além da falta de atualização dos componentes necessários para o seu funcionamento Identificouse que não se tem um monitoramento preciso por exemplo da pressão da caldeira pois seu manômetro encontrase muito desgastado além de ser antigo Além disso não há um sistema de controle de nível eficiente A proposta deste trabalho é realizar a modernização dessa caldeira atualizando seu quadro de comando segundo a norma NBR 5410 além de implementar um sistema de controle por meio de sensores instalados no equipamento para o monitoramento de pressão temperatura nível e fluxo de água comando de bomba de drenagem injetores de água Nele haverá um quadro de comando destinado aos motores da caldeira e utilizará além dos sistemas de segurança inversores de frequência para o controle da velocidade de alguns motores para que ambos aumentem ou reduzam a velocidade dentro de um intervalo de tempo determinado Todos o comando será feito por meio de um software algorítmico com o auxílio de Arduino Serão inseridos códigos de controle para que dispositivos da caldeira sejam acionados através dos sensores pelos quais cada código pode ser inserido Caso haja algum erro podese chegar a alguma falha de comando ou defeito em algum componente da caldeira reforçando assim a segurança de funcionamento do equipamento Isso permitirá realizar o reparo de forma mais rápida sem a necessidade de perder muito tempo buscando 4 o problema 18 Organização do texto Buscando atingir os objetivos propostos neste trabalho o texto foi dividido em cinco capítulos conforme descrito a seguir Capítulo 2 comando do Arduino sobre os sensores e atuadores da caldeira Capítulo 3 estudo de projeto de automação da caldeira Capítulo 4 dimensionamento de quadros e dispositivos elétricos para a caldeira Capítulo 5 conclusões e considerações finais 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 21 Funcionamento dos sensores e seus respectivos tipos Neste capítulo será abordado um pouco do funcionamento de sensores e atuadores além dos comandos por meio de um arduino Como se sabe os sensores e atuadores fazem parte da modernidade do setor industrial além disso esses elementos estão ligados à automação industrial na qual todo um processo pode ser comandado por um ou mais arduinos gerando um comando total de maquinário à distância o qual acarreta em uma economia por conta de redução da mão de obra humana para um controle direto para cada máquina ou processo inclusive os sensores e atuadores precisam estar respeitando a NR 12 Segundo Lima 2022 a norma regulamentadora tem como função a garantia dos padrões básicos de segurança para o ambiente de trabalho e para os profissionais que atuam diretamente na montagem e operação de diversas máquinas sendo esta norma criada em 8 de junho de 1978 No caso do aparecimento do arduino todo o processo de controle de falhas segurança dos operários e funcionários tornouse mais fácil por conta dos controles feitos através de softwares controle por algoritmos etc Segundo Moraes 2022 os sensores industriais são baseados por um feixe de luz recebido por um elemento fotossensível para ser utilizado em diversas áreas principalmente em sistemas automáticos utilizados tanto em indústrias como proteção pessoal assim como no comércio 5 No entanto os sensores são divididos em três sistemas muito utilizados para esses fins Estes por sua vez serão apresentados ao longo dos próximos parágrafos e podem ser observados de forma detalhada nas figuras a seguir Figura 1 Sensor de barreira Fonte TOP IP O sensor apresentado na Figura 1 é composto por duas partes com corpos diferentes sendo eles o emissor e receptor O primeiro deles envia o feixe de luz infravermelho Já o segundo capta essa recepção de luminosidade Assim a partir do momento em que um corpo qualquer obstrui a linha do raio entre o emissor e receptor a energia para a carga na qual esse sensor está funcionando será desligada por medida de segurança Convém ressaltar que o sistema sensorial ilustrado detecta objetos à longa distância com muita confiabilidade e quando há o extremo alinhamento entre o transmissor e o receptor e o feixe de luz se direciona ao corpo estranho e faz o desligamento no exato momento da detecção desse objeto pelo sensor Exemplos de aplicações são podem ser utilizados em portas de elevador máquinas industriais com o intuito de corte de materiais 6 onde existe o risco de um operário encostar em alguma parte do corpo em alguma região que possa causar ferimentos por acessórios cortantes Além do dispositivo de barreira chamase a atenção nesse texto para o sensor de difusão Esse último também é conhecido como sensor fotoelétrico difuso por possuir o transmissor e o receptor no mesmo invólucro como demostra a imagem abaixo Figura 2 Sensor de Difusão Fonte Digel Elétrica Durante o funcionamento do sensor exibido acima é possível observar que quando o objeto intercepta o feixe de luz essa luminosidade reflete nele e volta ao receptor Desse modo esse sensor atua permitindo o ajuste da distância de raios de luz alcançando com maior facilidade os objetos mais claros transparentes e opacos Assim a função desse sistema sensorial é executar a contagem de peças após a saída de algum produto após a fabricação No final desse processo o produto passa na frente do sensor sendo contabilizado a fim de verificar a presença de um ou mais objetos pela esteira onde o mesmo está passando O terceiro e último sensor discutido nesta seção é o retro reflexivo A estrutura bem como os componentes integrantes do mesmo pode ser observada na ilustração a seguir 7 Figura 3 Sensor retro reflexivo Fonte Eletropeças Assim como o sensor de difusão o sistema sensorial retro reflexivo possui o transmissor e o receptor envoltos no mesmo corpo Desse modo o mesmo necessita do uso de um espelho prismático para que o transmissor emita o feixe de luz para o receptor Ao ser refletido pelo espelho prismático ocorre a intercepção do feixe de luz e com isso o receptor termina por não captar o sinal ocasionando assim o não acionamento do componente elétrico Dessa forma o espelho prismático tem a função de garantir que o receptor do sensor detecte apenas a luz emitida ignorando as luzes polarizadas A vantagem desse tipo de sensor é de que ele independe da cor do objeto podendo detectálo em distâncias relativamente grandes No tocante ao sinal emitido pelo sensor retro reflexivo este é dividido em três maneiras sendo elas a modulação na qual o emissor junto de um circuito eletrônico integrado ou um CI integrado ou microcontrolador é programado para enviar luz através de um pulso com frequência específica sendo que esse sensor também tem um microcontrolador integrado que realiza a mesma função internamente utilizandose das mesmas frequências Para o arranjo focal nesse dispositivo sensorial há lentes no emissor e receptor de modo a focalizar o feixe de luz com mais precisão entre eles Já o filtro por sua vez é 8 utilizado para o bloqueio do espectro de luz visível promovendo a detecção de um sinal modulado com mais facilidade Apesar das suas singularidades os três sensores elucidados têm características um pouco parecidas com os transistores sobretudo nas junções PNP ou NPN em que há polaridades inversas e reversas Tratandose dos atuadores estes têm a função de executar as funções para que as máquinas possam ou não funcionar Devese levar em conta que os sensores são dispositivos que através de sinais transmitem informações para que as mesmas sejam apresentadas ao arduino e ao sistema de computadores da indústria Consequentemente a partir do comando gerado por um operador levando em consideração o funcionamento da máquina ou algum tipo de anomalia no equipamento que possa gerar riscos a algum operário ou a própria indústria é enviado um sinal para os atuadores para que a máquina pare o seu funcionamento de forma imediata gerando assim uma rápida verificação sobre suposta falha e a sua rápida correção Na medida em que as tecnologias vão avançando devem ser implementadas gradativamente redes de comunicação com maior eficiência para que as informações cheguem aos operadores de maneira rápida usandose como exemplo a indústria 40 onde falavamse em sistemas de segurança mais antigos utilizandose válvulas e registros nas antigas máquinas a vapor era o disponível para a época além disso era muito comum o emprego de mão de obra humana para executar o fechamento e abertura destes dispositivos Quando a indústria é maior aumentava se o número de funcionários para executar esse tipo de serviço porém era comum de acontecer falhas de forma contínua pois não se tinha um tempo hábil para corrigila Da mesma maneira os operários corriam sérios riscos de vida quando iam executar o fechamento de alguma válvula quando a máquina apresentava algum tipo de problema Logo poderiam ocorrer acidentes e infelizmente ocasionar o comprometimento parcial ou total da indústria por conta de falhas e uma grande demora para que a situação ficasse controlada gerando grandes prejuízos e causando muitos acidentes inclusive fatais com esses operadores que trabalhavam junto a essas máquinas Com o surgimento de novas tecnologias vindas a partir da modernização dos serviços de comunicação avançada o uso de microcontroladores arduinos sistemas de computadores com softwares devidamente atualizados as indústrias têm melhores 9 caminhos e escolhas para se tornarem atualizadas e seguras quanto a problemas que podem ocorrer com maquinários e acidentes com funcionários pois esta tecnologia veio para diminuir esses riscos Além disso tornase mais barata e segura a utilização de novas formas de controle visando melhor segurança e mais rapidez no que se refere à resolução de problemas dentro da própria indústria O fornecimento de informações durante o processo de industrialização é muito importante e muito preciso para que haja uma ação estratégica de forma rápida e eficiente A utilização de sensores e atuadores dentro do processo são imprescindíveis para o melhor funcionamento da indústria além de uma padronização internacional O acesso a todas as informações geradas pela empresa sempre fica a cargo de um operador de sistema com o qual todos os códigos e informações de coletas de dados dos sensores ficam sobre sigilo Apenas ele e outras pessoas responsáveis pelo processo têm acesso Isso ocorre com o intuito de garantir uma maior segurança para a empresa evitando assim que pessoas indevidas tenham acesso e possam causar sabotagem no sistema o que geraria um grande problema para o controle geral da empresa ocasionando panes em equipamentos e pondo em risco toda a produção e funcionários da indústria 22 Sistema elétrico da indústria O sistema elétrico da indústria é um outro fator que influencia muito na segurança de operadores e funcionários pois problemas relacionados a eletricidade podem gerar inúmeros prejuízos e acidentes no meio industrial Com isso os dispositivos elétricos devem ter seu período de manutenção respeitados para que tenham uma vida útil estendida além disso dispositivos antigos devem ser substituídos por novos Os quadros de comando das máquinas devem obedecer a norma NBR IEC 60670 da ABNT que é responsável pela proteção dos quadros de comandos elétricos com o intuito de proteger os quadros elétricos de influências externas como impactos mecânicos penetração de corpos sólidos água NORMAS 2014 23 Comandos de robótica No caso dos comandos elétricos dentro da indústria estes podem ser aplicados nos casos de acessos indevidos de pessoas não autorizadas entre impactos mecânicos Além 10 disso esses quadros devem ser devidamente aterrados e com dispositivos de proteção devidamente dimensionados para evitar fugas de corrente por exemplo que consistem em cabos que por alguma razão ficaram com a parte condutora exposta por conta de rompimento na isolação Com isso o quadro que geralmente é metálico conduz eletricidade e oferece riscos a quem porventura tocálo assim como fugas nos próprios componentes Para evitar esses problemas devese ter nesse quadro dispositivos de segurança como DDR disjuntor diferencial residual e DPS dispositivo pós surtos Segundo Portal da Indústria 20 a automação consiste na integração de diferentes tecnologias como a inteligência artificial robótica utilização de internet computação em nuvem promovendo a digitalização dos processos industriais melhorandoo com o intuito de aumentar a produtividade na indústria como um todo A introdução da robótica é um importante fator a se levar em consideração pois tratase do sistema de comunicação entre máquinas sem a utilização do ser humano para esta função Com isso a troca de informações se tornam restritas diretamente com as máquinas por meio de softwares em que se pode ocorrer o armazenamento de informações e arquivos em meio às operações industriais Tal processo gera informações além da conexão de diversas etapas da cadeia de valor do desenvolvimento de vários novos produtos projetos proteção e até o pósvenda dos produtos industrializados As indústrias enquadradas no tipo Indústria 40 tem os seguintes exemplos inteligência artificial computação em nuvem Big Data cyber segurança Internet das Coisas robótica avançada manufatura digital manufatura aditiva integração de sistemas sistemas de simulação e digitalização A primeira delas a inteligência artificial consiste na aplicação de análise de técnicas que são baseadas na lógica evoluindo o aprendizado de máquinas com a função de interpretar eventos analisar tendências e comportamentos de sistemas apoiar e automatizar decisões para depois realizar ações PORTAL DA INDÚSTRIA 20 A computação em nuvem pode ser compreendida como a distribuição de serviços de computação servidores armazenamento de arquivos bancos de dados análise de inteligência redes softwares tudo pela internet utilizandose memória capacidade de armazenamento de cálculos de computadores e servidores hospedados em Datacenter proporcionando recursos flexíveis e economia na escala com isso com esses recursos as 11 empresas conseguem acessar aos recursos de computadores mais abundantes como um serviço e por meio de vários dispositivos remotos distintos com o intuito de que os investimentos se mantenham baixos em relação aos equipamentos porém com uma equipe de suporte focando seus investimentos apenas nas suas principais atividades PORTAL DA INDÚSTRIA 20 A Big Data consiste em uma abordagem para atuar em dados com a maior variedade e complexidade geralmente chegando em volumes crescentes e com maior velocidade com a função de resolver problemas de negócios Esses tipos de dados costumam ser muito volumosos com isso os softwares tradicionais de processamento não tem a capacidade de conseguir gerenciálos com isso são utilizadas técnicas estatísticas e de aprendizagem de máquinas com a função de extrair informações relevantes em relação aos negócios inferências e tendências não possíveis de serem obtidos por análise humana PORTAL DA INDÚSTRIA 20 Já a Cyber Segurança por sua vez é um conjunto de infraestrutura em hardware voltada para a segurança e proteção dos ativos de informação vindos por meio de ameaças que podem pôr em risco informação que é processada armazenada e transportada pelos sistemas de informação já interligados PORTAL DA INDÚSTRIA 20 A Internet das Coisas é a interconexão de objetos por meio de infraestrutura habitadora eletrônica software sensores ou atuadores A mesma possui sua capacidade de computação distribuída e organizada em redes de comunicação e interação Suas atividades podem ser monitoradas e controladas de forma remota com o objetivo de alcançar maiores e melhores resultados convertendo se em ganhos de eficiência PORTAL DA INDÚSTRIA 20 Na robótica avançada são empregados os dispositivos que em grande parte agem de forma autônoma interagindo fisicamente com pessoas ou seu ambiente e que são capazes de modificar seus comportamentos por meio de comando dos seus sensores PORTAL DA INDÚSTRIA 20 Na manufatura digital é usado o sistema integrado baseado em seu computador que consiste em simulação e visualização 3D análises e ferramentas de colaboração para criar definições de processos de manufaturas de produtos simultaneamente PORTAL DA INDÚSTRIA 20 12 A manufatura aditiva por outro lado consiste na fabricação de peças a partir de um desenho digital no qual é feito um software de modelagem tridimensional sombreando finas camadas de material uma a uma por meio de uma impressora 3D utilizandose materiais como plástico metais ligas metálicas cerâmicas areias entre outros PORTAL DA INDÚSTRIA 20 A integração dos sistemas por sua vez é a união de diferentes sistemas de computação e aplicações de software físicos ou funcionalmente atuando como um todo coordenado possibilitando a troca de informações entre diferentes sistemas Com isso permitese que as empresas tenham um olhar abrangente sobre o seu negócio e o benefício disso é a chegada de informações em tempo real sobre os processos produtivos que influenciam a tomada de decisões gerenciais mais rapidamente bem como discussões estratégicas sobre os negócios da empresa e conseguem ser muito mais facilmente implantados na parte de produção a instalação de pacotes ERP não se enquadram apenas na sua integração de sistemas de controles de produção PORTAL DA INDÚSTRIA 20 Os sistemas de simulação utilizam computadores em conjunto de técnicas para gerar modelos digitais que descrevem ou exibem a interação complexa entre várias variáveis dentro de um sistema imitando os processos do mundo real PORTAL DA INDÚSTRIA 20 sp A digitalização utilizase do uso de tecnologias digitais com a finalidade de transformar processos de produção e de desenvolvimento de produtos ou modelos de negócios visando a otimização e eficiência nos processos A transformação digital abrange o projeto e implementação de planos de digitalização sensoriamento aquisição e tratamento de dados PORTAL DA INDÚSTRIA 20 sp No caso da implementação da indústria 40 a utilização da tecnologia aumentou de forma significativa foi um aumento de 22 em média da capacidade produtiva da indústria ou seja a utilização de todos estes aspectos têm gerado uma felicidade com relação ao alavancamento da produção assim como há segurança e sigilo em relação a informações relevantes a respeito da própria indústria Isso gera maior capacidade de armazenamento de informações comunicações e trocas de informações em tempo real e resolução de problemas de forma remota e eficiente PORTAL DA INDÚSTRIA 20 13 sp No ano de 2013 as indústrias começaram a modificar o seu olhar para a digitalização de atividades no Brasil e essa perspectiva se mantém até a atualidade principalmente de 2021 para cá pois nesse período houve a intensificação dessas tarefas no setor industrial Desse modo a indústria 40 no Brasil ainda continua em constante desenvolvimento pois novas tecnologias chegam ao mercado industrial assim como as novas atualizações de softwares e sensores Entretanto ainda são poucas as empresas que têm acesso às tecnologias atuais da indústria 40 pois devem se inserir muitos investimentos em equipamentos compra de pacotes softwares com o melhor armazenamento e proteção de informações e dados Em países como a Alemanha e Itália por exemplo essas tecnologias chegaram em 2010 colocando esses países à frente do Brasil no tocante a essas atualizações uma vez que há um intenso investimento desses EstadosNação em relação a pesquisas para o desenvolvimento de novas tecnologias voltados para o desenvolvimento e funcionamento da indústria 40 O Brasil tem demonstrado grande interesse acerca do desenvolvimento industrial alavancado pela Itália e Alemanha conseguindo avançar na aprimoração de tecnologias para seus computadores otimizandoos não somente na melhoria e ampliação da capacidade de armazenamento de informações e dados mas também na aceleração e atualizações de softwares Ao investir na expansão da indústria 40 o Brasil objetiva tanto elevar os índices do Produto Interno Bruto PIB quanto auxiliar na tomada de decisões de forma mais assertiva e com aumento da segurança nos processos e procedimentos industriais Desse modo o país vem buscando desenvolver um ecossistema industrial com logística mais eficiente rápida autônoma e interessada no cliente a partir do desenvolvimento dos transportes e construção de inteligências digitalizadas na busca pela facilitação e otimização do trabalho aumento da competitividade busca pela redução de gastos e erros Embora invista nas tecnologias propostas pela indústria 40 o Brasil ainda não se destaca em áreas da quarta revolução industrial como por exemplo Big Data concluindo como a inteligência artificial na pesquisa feita pela Federação das Indústrias do Estado de 14 São Paulo FIESP 5 das organizações acreditam estarem muito preparadas para enfrentar os obstáculos da indústria 40 os pesquisadores da FIESP apontam alguns causadores desse atraso no Brasil como a escassez de profissionais tecnicamente preparados para trabalhar com novas tecnologias em um ambiente industrial automatizado Por isso a importância de uma qualificação profissional quando se fala em indústrias em geral sendo mais relevante na indústria 40 Como citado acima o Brasil possui mais de 700 mil indústrias porém 16 delas conseguiram de fato se aderir a indústria 40 são dados da Confederação Nacional da Indústria CNI Mesmo que os dados não apresentem um grande ânimo para o Brasil pois ainda tem a capacidade de adotar a indústria 40 com sucesso por exemplo setores como o agronegócio bebidas farmacêutica automobilismo e de alimentos com isso os custos das indústrias podem ser reduzidos em até 73 bilhões ao ano Da mesma forma os fornecedores das indústrias embora ainda desatualizados podem a vir se atualizarem e se padronizarem na indústria 40 A falta de crescimento em questão de empregos na indústria 40 no país é outro fator que mantém o país com a lenta padronização para a indústria 40 Para os caso de indústrias que trabalham com equipamentos que funcionam de forma analógica e que necessitam de operários para o seu manuseio a partir do momento em que são empregados sensores comandados por placas arduino e conexão com os computadores que controlam absolutamente tudo com o emprego de softwares a mão de obra humana operária pode ser designada ou realocada para outros setores da indústria caso a empresa forneça métodos para que eles se atualizem além de treinamentos ou busquem profissionais para operarem os computadores com extrema capacidade e competência Em muitos casos o seu currículo profissional não atende completamente a um profissional padronizado e preparado para a indústria 40 por isso a importância de estar sempre se aperfeiçoando e interagindo acerca de todas as atualizações referentes a computadores arduinos assim como os algoritmos para que se tenha o conhecimento de se usar códigos para acessar alguma informação referente a dados de uma máquina industrial assim como a detecção de falhas em equipamentos sem prejudicar a produção e resolver problemas de forma mais rápida e eficiente Para a atualização dos componentes em comandos é muito importante haver uma 15 proteção para os computadores que estão controlando os sensores atuadores receptores e transmissores resguardandoos de qualquer intempérie para que não haja danos materiais aos equipamentos podemos observar um deles em detalhes na imagem abaixo e portanto falhas no sistema de informações e erros de comunicação humana e da interação entre os maquinários Figura 4 Maquinário ordenador de comprimidos na indústria farmacêutica Fonte Elco Indústria 2018 Segundo Futurecom 2013 a automação industrial é uma questão ampla por envolver diversas áreas e setores da economia Essa por sua vez abrange a transformação digital que permite que a indústria consiga chegar cada vez mais longe A própria indústria tem por seu mérito o avanço e modernização dos seus maquinários já existentes Da mesma maneira ocorre a busca por novas tecnologias inovações em equipamentos realização de pesquisas com o intuito de encontrar formas de ser tornar mais atualizada quanto às suas atividades e aprimoramento de novas técnicas além de usar a máquina como função principal de alavancamento da produção em geral Nessa perspectiva sem a automação industrial dificilmente as empresas conseguiriam lidar com a crescentes demandas da população que está cada vez mais exigente No entanto não se trata de colocar uma máquina no lugar de um humano a ideia de automação industrial não é a substituição do ser humano mas sim a sua realocação por conta de que os processos de industrialização têm conseguido chegar a resultados muito expressamente em questão de agilidade e melhores resultados em um curto período de tempo Por isso muito além do chão das fábricas a automação industrial se encontra em 16 várias camadas da empresa tanto nas partes administrativas e estratégicas De forma geral muitas tecnologias englobam esses processos e são constantemente aprimoradas para facilitar ainda mais as atividades de produção No entanto é uma corrida complexa e a cada dia que passa mais empresas se modernizam e se tornam mais autônomas Nesse caso a autonomia dessas indústrias implica muito no poder de investimento pois como discutido acima pesquisadores sempre estão correndo atrás de novas tecnologias novos tipos de programas softwares sistemas de armazenamento e controle de dados controle de informações gerenciamento de falhas ou ameaças Da mesma forma temos o desenvolvimento de novos componentes chips sensores que podem ler e interpretar informações por exemplo de um maquinário que pode estar prestes a ter algum problema Esses sensores Podem avisar ao operador do sistema que aquele equipamento necessita de manutenção e assim o setor de estratégias da indústria fica ciente da situação e age de forma rápida procurando meios mais rápidos de isolar o problema sem parar a produção Com isso ganhar tempo para que a máquina possa entrar em reparo e voltar a operar normalmente de forma mais rápida Ainda de acordo com Futurecom 2013 a automação é dividida em 4 tipos de automação que são operacional de controle supervisão e informacional A primeira delas a automação operacional nada mais é do que o trabalho de sensores nas máquinas de forma inteligente que monitoram a performance operacional levantando dados que atendem os gestores nas tomadas de decisões Já a automação de controle por sua vez é composta por dispositivos programáveis como PLCs ou CNCs inseridos em dispositivos equipamentos e máquinas que aplicam lógicas operacionais em processos programados Na automação de supervisão têmse a composição de sistemas que monitoram os dados e leituras obtidos de sensores e controladores A quarta e última automação discutida nesta seção diz respeito aos aspectos informacionais Os sistemas que integram esse tipo de automação compreendem todo o fluxo de informações das outras camadas da automação industrial de forma que as organize para facilitar o controle geral de operações Segundo Carvalho 2021 durante a primeira revolução industrial quando as máquinas não utilizavam eletricidade todas eram movidas a vapor e seu funcionamento só 17 dependia dos operários que trabalhavam diretamente com elas manuseandoas Da mesma forma ocorriam os demais processos da indústria No século XVII é quando começa o ciclo da automação industrial Antes disso a produção era muito devagar levandose muito tempo para produzir algo ou seja era o que havia presente na época Já no naquele século no começo da automação industrial as coisas começaram a mudar pois houve o surgimento dos primeiros dispositivos semiautomáticos CARVALHO 2021 Porém foi no ano de 1950 que os dispositivos ganharam mais força quando as máquinas se tornaram completamente automáticas Nesse período muitas atividades que antes eram realizadas de forma manual passaram a serem realizadas com o uso da tecnologia com isso a produção só aumentou fabricandose mais produtos e mercadorias em um menor período e sem perda de qualidade CARVALHO 2021 Após a Segunda Guerra Mundial houve a evolução da tecnologia de maneira acelerada com a criação das primeiras máquinas por comandos numéricos além dos sistemas de controle vinte anos mais tarde em 1970 vieram os computadores com a função de controlar grandes sistemas de automação Em cada etapa as tecnologias avançavam mais utilizando o controlador de lógica programável projetado especialmente para os processos industriais CARVALHO 2021 Na década de 1990 avançouse ainda mais a tecnologia dos computadores com alta capacidade de processamento de dados tornando o sistema mais eficiente rápido e confiável fazendo com que a produção dos produtos aumentasse sua escala reduzindo custos e gerando lucros para as empresas CARVALHO 2021 No caso brasileiro os avanços se tornaram mais lentos por conta do baixo investimento na infraestrutura industrial por parte de governo e iniciativas privadas Com isso esse processo citado acima ocorria nos países mais desenvolvidos mundialmente enquanto no Brasil a cada etapa que se chegava outras se encontravam ainda muito à frente do tempo Com essa defasagem a produção aumentou pouco e logo se estabilizou Além disso o Brasil investiu muito em mão de obra operária na qual os serviços manuais eram muito utilizados Entretanto de forma mais recente adotouse a maior empregabilidade de maquinários em diversos setores no caso da siderurgia por exemplo Esta foi a área que mais se destacou com relação à automação industrial podendo ser 18 considerada uma indústria padronizada com a tecnologia da indústria 40 pois só são utilizadas máquinas para a execução dos processos O recurso humano só é empregado para pessoas que tenham especialização em automação industrial conhecendo o modo de como operar os maquinários A indústria química é um outro setor onde a automação industrial chegou primeiro no Brasil Nela o uso de mão de obra humana operária era muito usado Porém ocorriam se acidentes de forma contínua causando sérios riscos ao setor onde logo foi empregado o uso de máquinas específicas para realizar o mesmo trabalho com eficiência sem oferecer riscos à empresa e gerando mais lucros disparando a produção O mesmo ocorre na indústria de papéis e celulose devese retirar matériaprima para confeccionar o produto daí nesse caso entra o operário que vai precisar derrubar uma árvore ou coletar o material levando a matériaprima bruta para a indústria A obtenção de matériaprima por exemplo não está enquadrada na indústria 40 pois a mão de obra humana se torna muito necessária para que haja uma operação de obtenção de material bruto para as indústrias Inclusive o maquinário que é utilizado para extrair a matériaprima depende da mão de obra humana para o seu funcionamento assim como para a locomoção e deslocamento até as indústrias Entretanto a partir do momento que esse material chega na indústria ele é colocado no maquinário específico para o começo do processo e a partir dali todo o maquinário industrial continua o processo Segundo Matias 2023 mesmo obtendo tecnologias como sua aplicação em hardwares softwares estando em equipamentos específicos gerando todas as operações de forma automática isto é mesmo com essa gama de fatores não necessariamente isso substitui o trabalho humano no processo pois para que seu funcionamento ocorra de forma eficiente é necessário o auxílio de especialistas capazes de desenvolver os trabalhos de manutenções e correções necessárias para que tudo funcione de maneira correta mesmos os equipamentos mais avançados Nesse cenário podem ocorrer falhas de funcionamento e com isso esses equipamentos não se autorreparam assim a mão de obra humana e especializada precisa estar presente para fazer o equipamento voltar a operar de forma rápida sem causar problemas durante a produção na indústria Temos então a necessidade de sensores por exemplo nos motores das máquinas pois são imprescindíveis para se terem informações acerca daquele componente para 19 sabermos sobre o seu estado de funcionamento gerando feedbacks para os especialistas positivos ou negativos No caso dos feedbacks negativos os especialistas já montam um plano de contingência e fazem planejamentos para realizar a manutenção do equipamento o mais rápido possível antes que ele por si só apresente problema Ou seja aquele equipamento fica sob observação enquanto o processo pode ser alocado temporariamente Assim é feita a manutenção preventiva no próprio equipamento Porém essa estratégia deve ser programada para que a indústria tenha o total preparo e ciência de que aquilo precisa ser feito de forma emergencial evitando enormes transtornos como alertas contínuos de erros por exemplo Isso o especialista nunca deve ignorar pois a responsabilidade pelo funcionamento da empresa em específico do processo depende muito dele para que a decisão seja tomada da melhor forma sem comprometer a estrutura da empresa e do sistema como um todo Por isso o especialista em automação industrial é de suma importância para uma empresa principalmente a empresa que está padronizada na indústria 40 No funcionamento normal de uma indústria 40 ela deve ser em sua maior parte independente das intervenções humanas Cada processo deve ocorrer de forma totalmente automática sendo apenas supervisionados pelos especialistas através dos computadores Nestes as informações são repassadas para todos os controles em todos os comandos da indústria repassando todas a informações do maquinário o controle da quantidade de produtos fabricados assim como informando todo o andamento do processo em cada setor chamado pelo nome de integração de operações Em algumas empresas a empregabilidade de softwares também pode ser vista por exemplo em controle de produtos em estoque com isso a informação da falta dos produtos é passada diretamente para o fornecedor que cuidará de entregar novos insumos à fábrica Quando um cliente monta seu negócio e compra alguns produtos diretamente das fábricas eles têm esse sistema contra a falta de produtos em estoque Quando esta é identificada a fábrica já é acionada e coloca em prateleira a quantidade de produtos que faltam de acordo com o que o sistema constatou para aquele comércio Voltando ao interior das empresas como há a integração de operações isso é de suma importância porque essas informações chegam diretamente para os gestores das empresas Com isso eles colhem os dados e informações que são precisas em relação ao 20 tipo de desempenho que o projeto desenvolve Assim são tomadas as decisões em cima de todos os dados apresentados no sistema Além disso o risco de erros é muito menor do que quando o sistema ainda não tinha sido implementado pois antes do sistema produtos de um determinado lote apresentavam algum tipo de problema durante a sua fabricação com isso essa quantidade de produtos desse lote é expressivamente grande gerava certos prejuízos para a fábrica Já com a implementação do sistema os erros de fabricação reduziramse muito pois o controle se tornava mais rígido e muito raramente os produtos vinham com características diferentes com isso os erros se tornaram menos frequentes com o sistema implementado foi garantido que toda a produção estivessem com as mesmas características logo a redução de erros há a economia de recursos como o tempo e recursos financeiros que seriam gastos duas vezes mais para fabricar um novo produto e saber se o mesmo passaria pelo controle de qualidade em norma vigente A aplicação dos sensores é muito importante para o monitoramento otimizado pois cada detalhe pode ser interpretado e processado pois o sensor envia informações variadas para ao processador acerca do produto com isso o processador que é o cérebro dos sistemas de computadores onde há o armazenamento de várias informações como também de dados códigos a utilização de programadores lógicos como o arduino para que haja o controle de informações e que apenas pessoas autorizadas tenham acesso às informações mais importantes e sigilosas acerca do sistema da empresa evitandose assim sabotagem do sistema por pessoas indevidas Com o desenvolvimento dos robôs intensificouse o desenvolvimento de novos meios para se obter novos hardwares com altas capacidades de armazenamento e desenvolvimento de novos sensores utilizandose impressões digitais assim como novos programadores para inserir dados em movimento feitos por estes robôs Também não se pode deixar de mencionar o comando de voz pois este é um meio útil para que os aparelhos robóticos passem informações diretamente para os responsáveis a fim de que eles interpretem e editem no sistema É importante ressaltar que tais robôs podem ser programados para efetuar diferentes funções de trabalho dentro das indústrias como o levantamento e alocamento de peças pesadas auxiliando portanto os seres humanos conforme pode ser observado na figura 21 da página a seguir Figura 5 Robô de transporte e carroceira de automóvel no setor automobilístico Fonte WTECC Automação Assim o setor automobilístico é um ramo da indústria que em muito se beneficia das contribuições da robótica principalmente no processo de confecção de carros ônibus caminhões etc Os guindastes e os robôs são largamente utilizados nesse setor pois além de otimizar o transporte das peças de um setor para o outro ajudam os trabalhadores ao receberem os comandos digitados eou via voz eles também otimizam os processos da linha de produção e a colocação das peças permitindo que as mesmas sejam fabricadas e alocadas em uma mesma indústria pelo acompanhamento e controle dos seus diferentes processos até a etapa final Nessa última fase é realizada o teste de qualidade dentro da própria fábrica com o objetivo de avaliar não somente a performance dos automóveis mas também sua liberação para comercialização e a indicação de reparos de itens que apresentarem defeito para correção eou substituição No tocante aos testes de qualidade no setor automobilístico chamase a atenção nesse texto para a sua importância pois é a partir da avaliação do desempenho dos materiais fabricados que se aperfeiçoa não somente as peças a serem confeccionadas e montadas nos automóveis mas se obtém também um maior volume de retorno financeiro pela geração de um grande volume de produtos aptos e minimização de recall Esse termo de origem inglesa remete ao procedimento gratuito em que o cliente é convocado pelo fornecedor do produto para corrigir eventuais defeitos que atentem contra a saúde eou vida do mesmo nos produtos eou serviços prestados 22 Desse modo além de rigorosos e detalhados essas avaliações de qualidade não somente no setor automobilístico mas também no de aparelhos eletrônicos smartphones computadores entre outros envolvem várias e minuciosas etapas para que se garanta maior segurança e durabilidade além da consolidação permanecia e atualizações de um mesmo modelo por um tempo considerável no mercado até que um novo projetado saia do papel Os comandos envolvendo robôs no setor industrial são elementos que fazem parte da indústria 40 pois representam esse próprio avanço industrial para o desenvolvimento de atividades manuais e pesadas dentro do ambiente industrial Pessoas que entendem e trabalham com robótica devem saber os tipos de comandos que podem ser inseridos nos processadores integrados nos robôs como o desenvolvimento de códigos algorítmicos para placas arduino que podem também serem implementadas nos robôs para deixar programadas todas as funções diárias que ele pode realizar durante o processo fabril Figura 6 Transporte da carroceria do automóvel para o próximo setor de montagem Fonte Estadão Conteúdo 2017 Na figura acima têmse retratado um exemplo de robô muito utilizado na indústria automobilística uma das primeiras a adotarem o método da indústria 40 na sua produção 23 sendo destaque para a implementação dos robôs Os controles desses aparelhos robóticos na produção automobilística podem ser realizados a distância dentro de salas de controle onde os operadores só fazem os comandos e os robôs somente os executam Com isso só mantém salvas funções em sua armazenagem de informações nas quais eles foram associados por meio de especialistas Da mesma forma estes mesmos especialistas estão com a responsabilidade de também manter a manutenção destes robôs para que não se pare a produção Com isso nessa indústria trabalhamse muitos robôs assim podese substituir um enquanto o outro está passando por manutenção ou atualização de sistema como a implementação de um novo tipo de sistema novas funções que ele terá que executar sem eventuais falhas Em geral a robótica revolucionou a indústria de forma recente Logo ainda muitos setores estão em fase de planejamento principalmente as indústrias brasileiras que planejam ter esse tipo de recurso de acordo com o seu fluxo de caixa pois para se adotar um robô devese investir alto assim como devese contratar uma pessoa especializada em comandos robóticos para programálo mas devese alocar os operários que antes faziam as funções que o robô passará a fazer visando evitar o desemprego Uma forma de evitar o desemprego dessas pessoas é treinálas para aderir a parte de estratégias para que possam entender e interpretar todos os sinais apresentados pelos sensores e atuadores Segundo a Leax do Brasil 20 desde 1913 a Ford Company já tinha com realidade a automação na linha de veículos concluindose que a automação não é algo recente a única diferença é que não se pensava na tecnologia envolvendose robôs e máquinas com inteligência artificial isso foi se aprimorando com o passar dos anos por conta da descoberta de novas tecnologias de tempos e tempos e pesquisas muito profundas para chegar a uma tecnologia que desse retornos financeiros positivos e alavancaram a produção Hoje por exemplo os robôs e máquinas inteligentes em uma indústria automobilística tem a responsabilidade sobre diversas atividades repetitivas e de riscos na montagem de veículos e gerenciamento de dados por exemplo montagem de planilhas gerenciamento de dados contato com fornecedores envios de emails soldagem de veículos essas funções são previamente programadas em seu Hard Disk HD interno por se tornar funções repetitivas e diárias enquanto outros robôs estão programados para outras funções e da mesma forma apenas tem a programação para fazer o que foi estabelecido 24 nos algoritmos colocados pelos especialistas contratados Com a introdução dos robôs a produtividade disparou pois o tempo se reduziu muito entre o começo da montagem do automóvel e o final ou seja a indústria automobilística realocou profissionais e colocou os robôs para fazerem essas funções Com isso geramse mais lucros e o aumento de carros fabricados também disparou significativamente Com o aumento da empregabilidade de robôs essas indústrias automobilísticas passam a procurar profissionais que operem os robôs para que a produção funcione em perfeita harmonia e os profissionais controladores se comuniquem entre si para que os programadores estejam funcionando de forma ordenada para cada robô fazer suas funções préprogramadas para não haver choques de funções com outros robôs sem o risco de erros para as próprias máquinas O mundo está em constante mudança logo podem surgir novos robôs e processadores ainda capazes de armazenar muitas informações e além disso a espécie humana já estará completamente dependente e passará a usar a robótica não só para o meios industrial mas para o meio doméstico 25 3 ESTUDO DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO DA CALDEIRA 31 Função de uma caldeira Segundo Mentz e Modelski 2016 assim como em todos os outros equipamentos e processos nas caldeiras a automação pode trazer inúmeras vantagens com ênfase na segurança da operação sendo que esta pode ser feita a distância minimizando os riscos de acidentes Mas afinal o que são caldeiras Estas por sua vez nada mais são do que maquinários de metal de variadas escalas sendo a da figura abaixo uma de grande porte com o objetivo de aproveitar diferentes tipos combustíveis transformandoos em vapor de forma segura Estes últimos podem variar de acordo com os objetivos industriais As caldeiras têm portanto a função de produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica utilizando qualquer fonte de energia CALDAS 2017 Figura 7 Caldeira de esfriamento de gases Fonte Burntech 2023 Desse modo monitorar todos os processos que envolvem a produção e a distribuição do vapor e o retorno do condensado agindo com rapidez quando um deles está fora dos parâmetros pré configurados mantém a eficiência da caldeira em números plausíveis Quanto maior for à automação e a integração dos sistemas da caldeira maior será a segurança e a eficiência ISA 2011 apud MENTZ MODELSKI 2011 É importante ressaltar que independentemente do seu tamanho todas e quaisquer tipos de caldeiras tornam possíveis a criação de alarmes em caso de sobrecarga ou situações 26 de emergência e as medidas de controle são tomadas pelo próprio sistema VENTURELLI 2014 apud MENTZ MODELSKI 2016 Nas caldeiras os procedimentos de manutenções periódicas e detecção de falhas também são otimizadas pois podem ser programadas para ser feitas de tempos em tempos o que garante uma maior vida útil e monitoramento constante de todos os fatores envolvidos MOTT 2012 apud MENTZ MODELSKI 2016 Desse modo monitorar todos os processos que envolvem a produção e a distribuição do vapor e o retorno do condensado agindo com rapidez quando um deles está fora dos parâmetros pré configurados mantém a eficiência da caldeira em números plausíveis Quanto maior for à automação e a integração dos sistemas da caldeira maior será a segurança e a eficiência ISA 2011 apud MENTZ MODELSKI 2016 Com o sistema de automação é possível atuar em praticamente todos os componentes da caldeira tornando sua operação completamente automática e até mesmo remota se for o caso ETEC 2012 apud MENTZ MODELSKI 2016 No que tange ao controle da alimentação da caldeira esta pode ser feita de acordo com a necessidade garantindo assim uma maior eficiência e menor desperdício de recursos Em caldeiras de modelo cavaco podese realizar uma integração entre o Controlador Lógico Programável CLP supervisório e inversor de frequência do alimentador dos ventiladores e exaustores fazendo com que a queima seja o mais eficiente possível o que de quebra gera menor poluição ambiental UCLA 2010 apud MENTZ MODELSKI 2016 Tratandose de energia as caldeiras podem utilizar qualquer fonte Entretanto elas necessitam de alguns componentes para que possa funcionar adequadamente como por exemplo sensores de nível sensores de pressão sensores de temperatura bombas de água e exaustores Nesse caso podese afirmar que a energia elétrica é de extrema importância por conta dos dois motores citados o motor da bomba e o motor do exaustor Para adequar esta caldeira que contém comandos mais antigos para transformálo completamente em comando digital ou seja um retrofit troca do componente antigo por um novo em bom estado de uso com a ideia central de eliminação de gases presentes na fornalha da caldeira 27 evitando o retrocesso dos gases e dando um melhor rendimento para a caldeira sem a necessidade de operações manuais evitando que mesmo que o problema existisse ele não se agrava além de apresentar um resultado mais eficiente pois automaticamente dispositivos poderão ser acionados imediatamente caso necessário 32 Tipos de comandos para automatizar a caldeira No geral os comandos para o funcionamento da caldeira atingem as três camadas da automação industrial sendo estas a supervisão a operação e o controle nos quais A supervisão é a atividade responsável pelo monitoramento de dados com isso podem ser traçados gráficos de tendências com variáveis analógicas e digitais relatórios sinóticos animados etc Já a operação por sua vez substitui a função da mesa de controle que incluem ações diretas sobre os atuadores permitindo enviar comandos como os de ligar e desligar os equipamentos mudar a ordem de operação dos equipamentos de controle etc O terceiro e último o controle nada mais é do que a execução de algarismos em uma unidade de processamento autônomo via CLP Dessa forma o sistema de supervisão é responsável apenas para ajustar o mecanismo de controle dinamicamente de acordo com o comportamento do processo 33 Controle de nível de água na caldeira Na caldeira o controle de nível é feito medindo o nível da caldeira 1 elemento a vazão de vapor 2 elementos e a vazão de água 3 elementos modulando a válvula de controle proporcional instalada na alimentação de água da caldeira As vantagens são que mantendo o nível constante da caldeira fazse um abastecimento contínuo evitando a entrada de grande volume de água fria quando a bomba liga Esse processo pode ser visto em detalhes na ilustração da página a seguir 28 Figura 8 Esquema de bombeamento de água no interior da caldeira Fonte Blucontrol A partir da imagem acima é possível afirmar que o bombeamento de água no interior da caldeira possibilita uma maior economia de combustível e a redução de picos de energia visto que a bomba fica ligada constantemente evitando assim constantes quedas na pressão do vapor o que corre quando a bomba é ligada e desligada com frequência 34 Controle de combustão e tiragem Com o controle de combustão e tiragem medese na caldeira a temperatura e a pressão do vapor tornando viável a modulação de ventiladores de ar primário secundário e combustível As etapas que constituem esse processo encontramse em maiores detalhes na próxima ilustração 29 Figura 9 Processo de verificação de dados de pressão e temperatura no interior da caldeira Fonte Blucontrol 35 Descarga de fundo automática A organização do trabalho da caldeira em ciclos permite não somente a programação da descarga de fundo automática mas também a otimização do controle do fluxo de descarga do Iodo Essa medida organizacional consequentemente possibilita a vida útil do equipamento e evita erros de operação que geram desperdício de água conforme demonstra a próxima imagem 30 Figura 10 Representação das válvulas de fluxoestato do sistema hidráulico de uma caldeira Fonte Blucontrol 36 Indicação de temperatura e a importância dos dispositivos de segurança no interior da caldeira Para além dos cuidados com a descarga de fundo automática na caldeira é importante prestar atenção em outros fatores dentre eles a indicação de temperatura em tempo real da água de alimentação e o ar primário após o pré ar Com essas informações o operador consegue monitorar de forma mais precisa o comportamento de operação da caldeira Desse modo o controle de temperaturas altas geradas na fornalha local onde se concentra a queima do combustível eou substâncias a serem transformadas em vapor na caldeira assim como o controle da pressão dos gases ao longo do processo é todo empregado em processadores local onde cada um dos sensores é conectado Estes últimos por sua vez encaminham as informações necessárias para os operadores automáticos onde todo o pessoal responsável pela parte administrativa tem o acesso por meio de código de rastreio dos sensores Nestes os sinais de on e off podem ser inseridos Na medida que os processadores entendem o término de uma função mandase sinal off para um setor da caldeira e on para outro setor e viceversa Segue abaixo um exemplo de aparelho que serve para medir a temperatura na caldeira 31 Figura 11 Controlador de temperatura N1030 Fonte Novus A aferição da temperatura na caldeira assim como os demais elementos discutidos nas subseções do 3º capítulo desse trabalho visam não somente o bom funcionamento da caldeira mas também a sua segurança Portanto é imprescindível estudar conhecer aplicar e se atentar para as normas e procedimentos de segurança imbricadas nos variados processos das caldeiras uma vez que estas envolvem a indústria como um todo com prejuízos materiais e financeiros em caso de mau funcionamento eou acidentes com os funcionários Dessa forma a falta de segurança na caldeira principalmente em casos de explosão pode implicar até mesmo a interrupção das atividades laborais na indústria Assim cada vez mais se faz necessário a presença e o uso dispositivos de segurança adequados como os sensores e controladores de temperatura por exemplo nas caldeiras 32 Até porque o trabalho humano nesses reservatórios de conversão de combustível em gáses envolve medições periódicas de verificação de temperatura a pressão dos gases e níveis de água dos tanques e reservatórios e estas precisam estar em níveis seguros Antes do alargamento dos instrumentos de segurança e dos protocolos de segurança nas caldeiras os operários tinham que monitorar a vazão de água que passava pelos processos desses reservatórios para que tudo funcionasse da melhor forma e com menos falhas Essas condutas resultaram em erros constantes problemas recorrentes e além disso ocorria a interrupção da produção o que era muito comum nesse sistema mais antigo assim como os acidentes e fatalidades envolvendo os funcionários Esses fatores gerando um enorme transtorno e prejuízo para a indústria assim como o próprio desgaste da caldeira que constantemente precisava de manutenção por conta dessas avarias Dessa forma é importante ressaltar que além dos cuidados com a segurança previstas na NR 12 da ABNT todo o processo de funcionamento de caldeira também deve operar em consonância com a norma regular 13 da ABNT assim como as suas periódicas manutenções destacas nas imagens a seguir Figura 12 Processo de limpeza da caldeira Fonte MBX Máquinas 2021 33 Figura 13 Retirada de ferrugem da caldeira através do lixamento da estrutura metálica Fonte SIMFER Nessa perspectiva a partir do momento em que a automatização da caldeira é empregada ela deve passar por inspeções de forma criteriosa com o intuito de que sejam feitas as melhorias no próprio equipamento antes de instalar os equipamentos que fazem parte da automação industrial onde caso necessário sejam feitas as melhorias e correções necessárias para depois instalar os equipamentos e enfim automatizala A partir do momento em que esta caldeira entrar em ação tudo estará sob responsabilidade dos sensores e softwares instalados e as manutenções futuras podem ser feitas a partir do momento em que o sistema de sensores identificar a qualquer momento a necessidade de haver uma intervenção além de continuamente haver o controle de dados e armazenamento de informações acerca do desempenho da caldeira podendo ser feitas de forma mais rápida e planejada 34 4 PROPOSTA DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO PARA CALDEIRA 41 Levantamento do local Os comandos elétricos são muito importantes pois eles ajudam a proteger os componentes presentes dentro da caldeira Da mesma maneira os protegem em caso de problemas relacionados à elétrica É importante saber que a caldeira trabalha com combustíveis seja óleo biomassa entre outros que podem ocasionar em explosões caso haja falhas em algum componente elétrico da caldeira ocasionando um curtocircuito Além disso é necessária a instalação de quadro de comandos elétricos nas caldeiras pois o emprego de componentes atualizados também ajuda no funcionamento de bombas ventiladores de insuflamento e exaustores Nesse quadro além de dispositivos comuns como disjuntores barramentos há cabos devidamente dimensionados para cada componente separadamente sendo eles aterrados com dispositivos contra surtos Já os motores serão comandados por inversores de frequência que serão responsáveis por manter a velocidade de acordo com o que os comandos dos sensores pedem assim como também a parada ou funcionamento dos motores e a proteção contra sobrecorrentes quedas de tensão e curto circuitos Segundo Curcino 2022 p 23 o motor redutor é um equipamento mecânico que possui a função de diminuir a velocidade de rotação de um motor oferecendo assim um torque mais elevado Com esse tipo de característica este equipamento pode se mostrar extremamente útil em diversos setores além de ser ideal a sua utilização para motores de menor potência Além disso não demandam uma conexão elétrica somente sendo acoplados ao motor de indução WEGCESTARI 2019 Para a escolha de um dispositivo desse modelo levase em consideração a velocidade final desejada o torque que é oferecido além da potência que normalmente será a mesma do motor em que está sendo acoplado Nas caldeiras utilizase os motores redutores no sistema de alimentação de lenha para a queima composto por 3 motores de baixa potência responsáveis pela porta guilhotina carro alimentador e descarga de lenha Como esses motores demandam uma baixa rotação além de um torque elevado uma vez que movimentam cargas pesadas esse dispositivo se mostra fundamental 41 Dimensionamento do comando das bombas da caldeira As bombas das caldeiras possuem uma válvula de retenção para que a água presente na tubulação de saída não apresente retorno e não exerça força peso em cima do mancal da bomba causando sua avaria Os tipos de bombas utilizadas em caldeiras são bombas do 35 tipo centrífuga por se tratar de bombas próprias para bombear água de reservatórios inferiores para superiores Para as bombas funcionarem elas trabalham em conjunto com os sensores de nível que atuam como interruptores indicando se o nível do reservatório está baixo e se é necessário o seu acionamento para o abastecimento do reservatório Já para o dimensionamento correto das bombas devese levar em consideração a vazão a ser recalcada Q e da altura manométrica da instalação Hm A vazão a ser recalcada Q se dá em função do tempo de funcionamento além do volume de água desejado que seja manipulado Já a altura manométrica se baseia na diferença dos níveis envolvendo os pontos inicial e final do transporte do fluido e o comprimento e diâmetro das tubulações de sucção Notase que quanto maior a altura de bombeamento menor a vazão fornecida pelo equipamento e viceversa Ademais temos uma relação entre potência e essas duas variáveis na qual quanto maior a potência maior a vazão ou maior a altura de bombeamento TOLENTINO JÚNIOR 2021 Tendo em vista as caldeiras as bombas hidráulicas são de fundamental importância uma vez que possuem a função de injetar a água que produzirá o vapor Porém vale destacar que os parâmetros de dimensionamento não se mostram significativos visto que a bomba não trabalha em regime permanente sendo acionada somente quando o nível de água baixa Já para a altura manométrica há apenas um pequeno desnível que deve ser vencido o qual geralmente gira em torno de 2 metros Portanto normalmente se utiliza uma bomba hidráulica do tipo centrífuga com uma potência de 125 cv que cumpre perfeitamente a função CURCINO 2022 Para dimensionar o sistema elétrico da bomba de 125 cv que é uma bomba trifásica necessitase de comando de um disjuntor trifásico de 50 A dimensionado com cabos de 10mm quadrados da bomba até o quadro com comando de contator para o sensor de nível 42 Dados do dimensionamento elétrico dos painéis de motores dos ventiladores de insuflamento e de ventiladores exaustores Basicamente um motor elétrico é um dispositivo que possui a capacidade de converter energia elétrica em energia mecânica Nos dias atuais os motores elétricos se mostram presentes é de fundamental importância na indústria de diversos setores diferentes sendo responsável pelo consumo de 70 de toda a energia utilizada no setor industrial WEG 2022 Esses motores são utilizados para produzir uma força motriz apta a mover praticamente todas as máquinas Existem alguns tipos de motores que se destacam perante os outros na qual os motores de corrente contínua os síncronos e os de indução são os mais conhecidos Os motores CC como o próprio nome diz utilizam da corrente contínua para funcionarem sendo bastante comuns até a década de 60 Atualmente são encontrados em carros tratores e aeronaves Sua principal característica e motivo de uma grande popularidade é a regulação de velocidade que se dá apenas com uma alteração 36 da tensão de alimentação processo esse que é extremamente viável e fácil O seu desuso foi causado devido a uma evolução da tecnologia com o advento dos inversores de frequências juntamente com os motores de indução trazendo diversos benefícios e vantagens em relação ao motor CC CHAPMAN 2013 Já para máquinas de corrente alternada temos os motores síncronos e os motores de indução Os síncronos são motores cuja corrente de campo magnético é fornecida por uma fonte de potência CC separada e devido às suas características especiais sendo a velocidade constante para diferentes cargas uma de grande destaque são utilizados para aplicações específicas A eficiência em aplicações onde são exigidos a correção do fator de potência altos torques e baixas correntes de partida velocidade constante em variações de carga baixo custo de operação e manutenção são os principais motivos que resultam na escolha dos motores síncronos para acionamento de diversos tipos de cargas WEG 2022 apesar de serem consideravelmente mais caros que os motores de indução E por último os motores de indução trifásico que em geral são os mais utilizados principalmente no setor industrial muito por causa do baixo preço baixa demanda manutenção melhor rendimento e a independência em relação ao fornecimento de corrente CC para seu funcionamento necessitando somente da corrente CA CHAPMAN 2013 Os motores de indução são assíncronos isto é possui uma velocidade de rotação menor do que a velocidade do campo girante sendo essa diferença em porcentagem chamado de escorregamento como na equação abaixo 𝑠 𝑁𝑠 𝑁 𝑁𝑠 100 s Escorregamento do motor em porcentagem 𝑁𝑠 Velocidade síncrona do motor em RPM N Velocidade medida no rotor em RPM No sistema de funcionamento da caldeira utilizase motores de indução trifásico com diferentes potências e diferentes tipos de partida Os motores com maiores potências são o exaustor e o insuflador CURCINO 2022 p O dimensionamento elétrico de motores de ventilador insuflador e exaustor é feito de acordo com a sua potência e o tempo em que ele permanecerá ligado assim como a rotação gerada no motor Em ambos os casos esses dois motores serão controlados por inversores de frequência que em determinado tempo os motores se manterão em velocidades variáveis a partir do comando que os sensores irão passar em relação ao combustível no interior da caldeira Por exemplo quando a temperatura aumentar até um certo ponto os exaustores serão acionados a uma potência máxima ou mínima conforme a temperatura na caldeira for se alterando Além disso nos quadros de comando das caldeiras devese ter disjuntores principais ou gerais dos comandos que fazem parte do circuito em específico 37 Figura 14 Quadro de comando da caldeira Fonte C3 Automação Industrial A imagem acima demostra um tipo de quadro de comando para motores de uma caldeira onde contém os componentes elétricos necessários para fazer uma caldeira funcionar perfeitamente e com segurança onde há os disjuntores de circuito para proteger o circuito que alimenta os inversores contatores além disso esses contatores que se conectam a bomba também é comandado por sensores de nível dos tanques mandando informações para a contadora quando deve ou não ser acionadas as bombas No caso dos exaustores e ventiladores de insuflamento os comandos de ambos 38 estão sendo realizados por inversores de frequência que são responsáveis por proteger os motores por sobrecorrentes quedas de tensão além de determinar a velocidade de giro a partir dos comandos dados pelos sensores de temperatura da caldeira pois estes funcionam em alta média ou baixa rotação de acordo com a temperatura na fornalha onde se encontra o motor de insuflamento No caso dos quadros de comandos além desses componentes em sua porta existem botões que indicam os testes dos motores ou o controle de forma manual de forma automática ou desabilitação dos componentes assim como sinais luminosos e sinais sonoros os sinais luminosos indicam quando uma etapa do processo já foi cumprida ou não ou seja caso a luz esteja acesa quer dizer que aquele processo está em andamento já quando apagam que dizer que aquele processo já foi concluído Além disso na norma NBR 5410 da ABNT diz que toda massa metálica precisa estar aterrada no caso de quadros de comandos em geral quando são metálicos sua carcaça deve estar aterrada para que se evite choques elétricos quando um profissional ou operário precisar realizar intervenções neste quadro e o mesmo não corra riscos pelo simples fato de encostar no quadro de comandos Para os comandos elétricos dos motores em questão como falado acima se tratam motores trifásicos onde usase energia elétrica e a transforma em energia de movimento com isso podemos dimensionar cabos de 10 mm quadrados e disjuntor de 50 A para cada motor Equipamento essencial para o controle de pressão de uma caldeira é o pressostato onde ele pode ser considerado como um dispositivo de proteção por isso sua presença no equipamento é muito importante Basicamente ele trabalha com um set point máximo de pressão ajustado manualmente que quando ultrapassado um contato normalmente aberto é atracado podendo criar um alerta através de um sistema de sinalização ou até interrompendo a alimentação de motores como é no caso da caldeira 39 Figura 15 Pressostato para controle de pressão da caldeira Fonte Cotanet A segurança deve vir em primeiro lugar pois o emprego das indústrias veio para facilitar vida dos empresários e donos de indústrias assim como resolver questões relacionadas a acidentes com funcionários em máquinas em específico as caldeiras com o surgimento das CLPs dispositivos softwares têm ajudado as empresas a ter mais segurança no geral e menos problemas envolvendo acidentes de trabalho 40 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS E TRABALHOS FUTUROS A automação das caldeiras é sem dúvida o maior avanço em tecnologia existente uma vez que evita além de acidentes graves podendo estes ter ou não vítimas fatais inúmeros problemas referentes a erros falhas e interrupção da produção em uma determinada indústria Desse modo a modernização dos comandos das caldeiras é um grande passo para a segurança dos seus trabalhadores pois além de otimizar o trabalho a mesma minimiza o risco de explosões e consequentemente os acidentes humanos Além disso a modernização entra em conformidade com as prerrogativas normativas da NR 12 estabelecida pela ABNT Ainda sobre a segurança do trabalho neste trabalho foram discutidas questões referentes à automatização de caldeira bem como os recursos previstos no padrão indústria 40 no qual a mão de obra humana deu lugar a controles por softwares armazenamento de dados separação das camadas dentro da indústria 40 Além disso abordamos formas de proteger o fluxo de informações a importância da robótica para a indústria 40 que é consequência do desenvolvimento dos sensores de forma geral Estes passam informações a sistemas de computadores dentro de uma indústria deixando sua produção em pleno funcionamento de forma harmoniosa e sincronizada Em suma a caldeira é o principal motivo deste trabalho no qual explicamos como automatizála e atualizála deixandoa sob o comando dos sensores e automatizando seu quadro de comandos Com isso podemos dimensionar os componentes de proteção e funcionamento automático como sensores de nível inversores de frequência e contatores para melhor funcionamento obedecendo as normas vigentes 41 REFERÊNCIAS BLUCONTROL Automação de caldeira Blucontrol Sl Sd Disponível em httpswwwblucontrolcombrautomacaodecaldeira Acesso em 04 jul 2023 BURNTECH Caldeira Industrial saiba como escolher a sua Blog Burntech Sl 24 jan 2022 Disponível em httpsblogburntechindbrcaldeiraindustrialcomoescolher Acesso em 04 jul 2023 C3 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Painel de controle de caldeiras sd 1 fotografia Disponível em httpc3automacaoblogspotcom201005paineldecontrolede caldeirashtml Acesso em 04 jul 2023 CALDAS Natanael Lopes Estudo e projeto de automação e supervisão de uma caldeira industrial CBC 2017 Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Engenharia Elétrica Faculdades Doctum Caratinga Minas Gerais 2017 Disponível em httpsdspacedoctumedubrbitstream1234567893911TCC20Natanael20Lopes 20Caldaspdf Acesso em 4 jul 2023 CARAVALHO Wellington Automação industrial conceito objetivos e vantagens Futurecom Sl 12 jul 2021 CURCINO Gabriel Makoto Alaó Análise do sistema elétrico de uma caldeira a vapor 2022 Trabalho de Conclusão de Curso Gradução em Engenharia Elétrica Universidade Federal de Uberlância Uberlândia Minas Gerais 2022 Disponível em httpsrepositorioufubrbitstream123456789358011Anc3a1liseSistemaElc3a 9tricopdf Acesso em 04 jul 2023 COTANET Pressostato Danfoss KPS sd 1 fotografia Disponível em httpsautomacaocotanetcombrpressostatospressostatodanfosskps Acesso em 04 jul 2023 DIGEL ELÉTRICA Sensor de difusão sd 1 fotografia Disponível em httpswwwdigelcombrproduto461pksensorfotoeletricousogeral Acesso em 03 jul 2023 ELETROPEÇAS Sensor fotoelétrico tubular difuso metaltex PMD40DP sd 1 fotografia Disponível em httpswwweletropecascomProdutosensorfotoeletrico tubulardifusometaltexpmd40dp Acesso em 03 jul 2023 ELCO INDÚSTRIA Automação industrial vantagens de investir em linha de produção Elco Indústria Sl 1 jun 2018 Disponível em httpselcoindustriacombrautomacaoindustrialvantagensinvestirproducao Acesso em 25 jun 2023 42 ESTADÃO CONTEÚDO Indústria instala 15 mil robôs por ano Época Negócios Sl 14 ago 2017 Disponível em httpsepocanegociosglobocomTecnologianoticia201708epocanegociosindustria instala15milrobosporanohtml Acesso em 4 jul 2023 FUTURECOM Automação Industrial conceito objetivos e vantagens Futurecom Sl 2013 Notícias do setor Disponível em wwwfuturecomcombr Acesso em 04 jul 2023 LEAX DO BRASIL Automação na linha de produção automobilística Leax do Brasil Sl 20 LIMA Tomás O que é a NR 12 Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos Sienge Sl 19 ago 2022 MATIAS Sanon O que é automação industrial e impactos na história Webmais Sistemas Sl 23 abr 2023 Disponível em httpswwwwebmaissistemascombrblogautomacaoindustrial Acesso em 4 jul 2023 MBX MÁQUINAS Manutenção de caldeiras saiba quando e como fazer Blog MBX Máquinas Sl 8 out 2021 Disponível em httpsblogmbxmaquinascombrtagmanutencaodecaldeiras Acesso em 04 jul 2023 MENTZ Cristiano MODELSKI Sidinei Soares Automação de caldeira didática 2016 Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Tecnologia em Manutenção Industrial Universidade Tecnológica Federal do Paraná Medianeira Paraná 2016 Disponível em httpsrepositorioutfpredubrjspuibitstream1136872MDCOMIN2016215pdf Acesso em 4 jul 2023 MORAES Junior Sensores industriais conheça os sensores mais utilizados na automação industrial Cetro Máquinas Sl 14 jul 2022 Disponível em httpsblogcetrocombr20220714sensoresindustriaisconhecaostiposdesensores maisutilizadosnaautomacaoindustrial Acesso em 4 jul 2023 NORMAS NBR IEC 606701 os requisitos para as caixas e invólucros para acessórios elétricos Normas Sl 2014 Disponível em httpswwwnormascombrvisualizarartigotecnico2201nbriec 606701osrequisitosparaascaixaseinvolucrosparaacessorioseletricos Acesso em 4 jul 2023 NOVUS Controlador de temperatura N1030 sd 1 fotografia Disponível em httpswwwnovuscombrptn1030 Acesso em 02 jul 2023 PIRES Raphael Automação de marketing como funciona e por que é tão importante 43 Rock Content Blog Sl 23 ago 2019 PORTAL DA INDÚSTRIA Indústria 40 Portal da Indústria Sl 20 Disponível em httpswwwportaldaindustriacombrindustriadeazindustria40 Acesso em 5 jul 2023 PORTAL DA INDÚSTRIA Tecnologias da Indústria 40 aumentam em 22 em média a produtividade de PMEs Portal da Indústria Sl 2019 Agência de Notícias da Indústria Disponível em httpsnoticiasportaldaindustriacombrnoticiasinovacaoe tecnologiatecnologiasdaindustria40aumentamem22produtividadeempequenase mediasempresas Acesso em 5 jul 2023 QUEIROZ Tácio de Lima Implementação de um sistema de automação controle e supervisão da combustão em uma caldeira 2017 Trabalho de Conclusão de Curso Graduação no curso de Engenharia Elétrica Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais Belo Horizonte Minas Gerais 2017 SIEMBRA AUTOMAÇÃO O que é automação industrial Siembra Automação Sl 2017 Disponível em httpsiembracombrnoticiasoqueeautomacaoindustrial Acesso em 4 jul 2023 SIMFER Retubage échangeurs et chaudières sd 1 fotografia Disponível em wwwsimfercomtn Acesso em 04 jul 2023 TOLENTINO JÚNIOR João Batista Hidráulica agrícola Sl sn 201 Disponível em httpshidraulicatolentinoprobrbombashidrC3A1ulicashtml Acesso em 4 jul 2023 TOP IP Sensor de barreira Iva feixe único TEM Spice 30m sd 1 fotografia Disponível em httpswwwtopipcombrsensordebarreiraivafeixeunicotemspice 30m Acesso em 25 jun 23 WTECC AUTOMAÇÃO Inteligência artificial aplicada à indústria 40 WTECC Automação Sl Sd Disponível em httpwtecccombrbloginteligenciaartificial aplicadaindustria Acesso em 4 jul 2023 1 CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Modernização dos comandos e controles em uma caldeira aquatubular as normas NBR 541m e NR13 Daniel Lima Ramos Rio de Janeiro Julho 2023 2 DANIEL LIMA RAMOS PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro Universitário Augusto Motta como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica APROVADO EM BANCA EXAMINADORA Prof Dr Roberto Cruz da Silva Orientador Prof Dr Prof Dr Rio de Janeiro Julho 2023 3 AGRADECIMENTOS Agradeço ao professor Roberto por me orientar durante este trabalho de TCC à minha namorada pelo apoio constante durante este trabalho e aos meus pais pelo apoio de sempre Ramos Lima Daniel Projeto de automação industrial 63p Trabalho de conclusão de curso Graduação em Engenharia Elétrica Centro Universitário Augusto Motta Rio de Janeiro 2023 4 RESUMO Este artigo apresenta uma análise detalhada sobre a automação da caldeira aquatubular e seus impactos positivos na indústria Ao implementar a automação observamos uma série de mudanças significativas como a redução de custos operacionais otimização da manutenção preventiva e aumento da segurança e produtividade Além disso destacamos a economia de recursos e a maior eficiência alcançada com a utilização de sistemas automatizados A automação de caldeiras aquatubulares representa um passo crucial em direção à excelência operacional e à maximização da eficiência na indústria Ao adotar sistemas avançados de controle como CLPs e softwares especializados as empresas podem alcançar inúmeros benefícios incluindo maior segurança no ambiente de trabalho redução de acidentes relacionados a máquinas e otimização dos processos produtivos A implementação de automação proporciona retornos econômicos substanciais por meio da redução do consumo de combustível do aumento da produtividade e da diminuição dos custos de manutenção Além disso a automação abre novas oportunidades para a pesquisa e o desenvolvimento de soluções inovadoras aprimorando ainda mais a eficiência industrial e pavimentando o caminho para um futuro promissor na automação de processos industriais Com isso tornase imperativo que as empresas continuem a explorar o potencial da automação em suas operações buscando constantemente novas formas de aprimoramento e crescimento no cenário industrial moderno Palavras chave automação de caldeiras aquatubulares retornos econômicos comandos indústria 40 5 ABSTRACT This article explores the significance of automating aquatubular boilers in industrial processes emphasizing the numerous benefits it brings to operational efficiency and economic returns Aquatubular boilers are a vital component of various industries converting different types of fuel into safe steam By employing automation industries can remotely control and monitor boiler operations minimizing the risk of accidents and optimizing resource consumption The integration of modern technologies such as Control Logic Programmers CLPs and software devices has proven to be a gamechanger in enhancing safety standards and reducing workplace incidents Moreover automated systems enable proactive maintenance and fault detection ensuring prolonged equipment lifespan The financial aspect of automation is equally promising as it reduces operational costs and waste resulting in significant economic gains In conclusion this article seeks to inspire readers to delve deeper into the pivotal role of automation in industrial excellence and the potential for further research and innovation in this field The pursuit of innovative solutions to drive the industrial sector forward and secure substantial economic returns has never been more exciting in the realm of automation Keywords Aquatubular boiler automation economic returns controls Industry 40 6 LISTA DE FIGURAS LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNTAssociação Brasileira de Normas Técnicas CLP Controle Lógico Programável CNI Confederação Nacional da Indústria CNCs Centro Nacional de Cyber segurança DDR Disjuntor Diferencial Residual DPS Dispositivo Pós Surtos FIESP Federação das Indústrias do Estado de São Paulo HD Hard Disk NBR Norma Brasileira Regulamentada NR Norma Regulamentadora PIB Produto Interno Bruto PLCS Programmable Logic Controller 7 SUMARIO 1 INTRODUÇÃO10 11 Apresentações do tema10 12 Definição do Problema11 13 Objetivos12 O objetivo deste trabalho é desenvolver um projeto de automação para uma caldeira aquatubular visando a segurança de acordo com a Norma Regulamentadora 12 NR 12 A caldeira aquatubular é um equipamento utilizado para a produção de vapor que é um fluido que pode ser utilizado para aquecimento geração de energia elétrica e outros processos industriais A NR12 é uma norma que estabelece os requisitos mínimos de segurança para máquinas e equipamentos em ambientes de trabalho A norma determina que as caldeiras devem ser equipadas com dispositivos de segurança que impeçam acidentes como válvulas de segurança sensores de pressão e temperatura e sistemas de desligamento automático Ministério do Trabalho e Emprego 201312 O projeto de automação da caldeira aquatubular irá envolver a utilização de sensores e sistemas de proteção para evitar acidentes Os sensores irão monitorar as condições de funcionamento da caldeira e enviar sinais de alerta para o operador em caso de problemas Os sistemas de proteção irão interromper o funcionamento da caldeira em caso de falhas13 O projeto de automação irá contribuir para a segurança do trabalho pois irá evitar acidentes causados por falhas na caldeira aquatubular O projeto também irá contribuir para a eficiência da caldeira pois irá evitar desperdícios de energia e água13 O projeto de automação da caldeira aquatubular será realizado de acordo com as normas ABNT e NR12 garantindo a segurança dos trabalhadores e a eficiência da máquina 13 Aqui estão alguns dos sensores e sistemas de proteção que serão utilizados no projeto de automação13 Sensor de temperatura este sensor irá monitorar a temperatura da água na caldeira e enviar um sinal de alerta para o operador em caso de superaquecimento13 8 Sensor de pressão este sensor irá monitorar a pressão da água na caldeira e enviar um sinal de alerta para o operador em caso de sobrepressão13 Sensor de nível de água este sensor irá monitorar o nível de água na caldeira e enviar um sinal de alerta para o operador em caso de nível baixo13 Sistema de desligamento automático este sistema irá desligar a caldeira em caso de falhas 13 O projeto de automação da caldeira aquatubular é uma medida importante para garantir a segurança dos trabalhadores e a eficiência da máquina O projeto será realizado de acordo com as normas ABNT e NR12 garantindo a segurança dos trabalhadores e a eficiência da máquina13 14 Motivação14 15 Justificativa e relevância14 16 Trabalhos relacionados e contextualização15 17 Metodologia16 18 Organização do texto17 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA17 21Funcionamentos dos sensores e seus respectivos tipos 17 22Sistemas elétricos da indústria 23 24 Comandos de robótica 23 3 ESTUDO DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO DA CALDEIRA40 31 Funções de uma caldeira40 32 Tipos de comandos para automatizar a caldeira44 33 Controles de nível de água na caldeira45 34 Controles de combustão e tiragem46 35 Descargas de fundo automáticas47 9 36 Indicações de temperatura e a importância dos dispositivos de segurança no interior da caldeira48 4 PROPOSTA DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO PARA CALDEIRA51 41 Levantamento do Local51 42 Dimensionamentos do comando das bombas da caldeira52 43 Dimensionamentos elétricos dos motores dos ventiladores de insulamento e de ventiladores exaustores53 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS57 10 1 INTRODUÇÃO 11 Apresentações do tema O uso de algoritmos para obter acesso à informação é realizado com transparência atribuindo a cada algoritmo a responsabilidade por cada processo Além disso seu uso permite a detecção de problemas em setores específicos Utilizando essa informação no quadro de comandos podese desabilitar alguma máquina caso ela apresente falhas de funcionamento O tempo de chegada da informação até o responsável técnico é bastante reduzido pois o sistema também envia sinais aos computadores principalmente se houver problemas elétricos Isso garante que outras áreas da empresa não sejam afetadas pois estarão isoladas daquele setor PIRES 2010 Algumas empresas estão adotando a automação em todos os seus setores pois isso torna os processos mais econômicos e eficientes Algumas empresas estão adotando a automação em todos os seus setores pois isso torna os processos mais econômicos e eficientes De acordo com um estudo da consultoria McKinsey as empresas que automatizaram pelo menos 25 de suas operações podem economizar até 20 em custos Além disso a automação pode ajudar as empresas a melhorar a qualidade de seus produtos e serviços aumentar a produtividade e reduzir os riscos de acidentes McKinsey Company 2017 Assim todo o controle dos setores é feito por comandos de máquinas utilizando softwares que realizam um trabalho equivalente ao que um operário estaria executando Da mesma forma se dá o uso da robótica para realizar os trabalhos mais pesados também controlados por programas de softwares chips e processadores Para se obter informações a respeito da produção e do estado de funcionamento das 11 máquinas são fornecidos fluxogramas gerando mais segurança e sem ameaças à produção SIEMBRA AUTOMAÇÃO 2017 12 Definição do Problema Este trabalho aborda a modernização dos comandos e controles de uma caldeira industrial aquatubular A caldeira necessita se adequar às normas vigentes como a NBR 5410 que trata de seu sistema elétrico e a NR 13 que dita sobre o uso obrigatório de alguns componentes para seu funcionamento com maior segurança a fim de se evitar graves acidentes Na falta desses itens podese ocorrer uma grande tragédia Dentre esses componentes estão a válvula de segurança manômetros injetores de alimentação de água sistema de drenagem rápida e sistemas de controle e indicação de nível de água Nesse caso mesmo contendo esses itens analógicos haverá sua substituição por comandos digitais controlados à distância A NBR 5410 estabelece as condições a que devem satisfazer as instalações elétricas de baixa tensão a fim de garantir a segurança de pessoas animais o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens Algumas das principais disposições da NBR 5410 para caldeiras aquatubulares incluem A caldeira deve ser equipada com um sistema elétrico de proteção contra sobrecargas e curtocircuitos A caldeira deve ser equipada com um sistema de aterramento elétrico A caldeira deve ser equipada com um sistema de sinalização de alarmes para indicar possíveis problemas A caldeira deve ser equipada com um sistema de desligamento automático em caso de falha 12 A NR 13 regula as atividades de fabricação construção instalação manutenção e utilização de caldeiras a vapor fornos e máquinas térmicas e equipamentos similares Algumas das principais disposições da NR 13 para caldeiras aquatubulares incluem I A caldeira deve ser projetada e construída de acordo com normas técnicas II A caldeira deve ser instalada de acordo com normas técnicas III A caldeira deve ser mantida de acordo com normas técnicas IV A caldeira deve ser utilizada de acordo com normas técnicas V Vantagens dos comandos digitais Os comandos digitais oferecem uma série de vantagens em relação aos comandos analógicos como Maior segurança os comandos digitais são mais seguros pois evitam falhas humanas Maior eficiência os comandos digitais são mais eficientes pois podem controlar a caldeira de forma mais precisa Maior flexibilidade os comandos digitais são mais flexíveis pois podem ser adaptados a diferentes tipos de caldeiras 13 Objetivos O objetivo deste trabalho é desenvolver um projeto de automação para uma caldeira aquatubular visando a segurança de acordo com a Norma Regulamentadora 12 NR12 A caldeira aquatubular é um equipamento utilizado para a produção de vapor que é um fluido que pode ser utilizado para aquecimento geração de energia elétrica e outros processos industriais A NR12 é uma norma que estabelece os requisitos mínimos de segurança para máquinas e equipamentos em ambientes de trabalho A norma determina que as caldeiras devem ser equipadas com 13 dispositivos de segurança que impeçam acidentes como válvulas de segurança sensores de pressão e temperatura e sistemas de desligamento automático Ministério do Trabalho e Emprego 2013 O projeto de automação da caldeira aquatubular irá envolver a utilização de sensores e sistemas de proteção para evitar acidentes Os sensores irão monitorar as condições de funcionamento da caldeira e enviar sinais de alerta para o operador em caso de problemas Os sistemas de proteção irão interromper o funcionamento da caldeira em caso de falhas O projeto de automação irá contribuir para a segurança do trabalho pois irá evitar acidentes causados por falhas na caldeira aquatubular O projeto também irá contribuir para a eficiência da caldeira pois irá evitar desperdícios de energia e água O projeto de automação da caldeira aquatubular será realizado de acordo com as normas ABNT e NR12 garantindo a segurança dos trabalhadores e a eficiência da máquina Aqui estão alguns dos sensores e sistemas de proteção que serão utilizados no projeto de automação Sensor de temperatura este sensor irá monitorar a temperatura da água na caldeira e enviar um sinal de alerta para o operador em caso de superaquecimento Sensor de pressão este sensor irá monitorar a pressão da água na caldeira e enviar um sinal de alerta para o operador em caso de sobrepressão Sensor de nível de água este sensor irá monitorar o nível de água na caldeira e enviar um sinal de alerta para o operador em caso de nível baixo Sistema de desligamento automático este sistema irá desligar a caldeira em caso de falhas O projeto de automação da caldeira aquatubular é uma medida importante para garantir a segurança dos trabalhadores e a eficiência da 14 máquina O projeto será realizado de acordo com as normas ABNT e NR 12 garantindo a segurança dos trabalhadores e a eficiência da máquina 14 Motivação Visando modernizar o sistema de segurança da caldeira da indústria que dispõe de um sistema completamente arcaico e com grandes riscos de acidentes por se tratar de funções que competem aos funcionários e ocorrência de falhas constantes e prejuízos ao ponto do setor parar de operar resolveuse realizar o dimensionamento e instalação de sensores e troca de dispositivos antigos por novos e totalmente controlados por computadores em específico com Arduino com a finalidade de se obter informações de problemas atuação dos próprios sensores para algum funcionamento incorreto da caldeira e controles de pressão temperatura nível de caldeira evitando acidentes graves caso ocorra alguma falha no sistema gerando riscos a todos que ali trabalham e evitando eventuais prejuízos a própria indústria SIEMBRA AUTOMAÇÃO 2017 15 Justificativa e relevância Com a falta ou a degradação dos componentes além do padrão antigo de sistemas 2 elétricos responsáveis pelo funcionamento da caldeira podese gerar um grande risco de explosões ou vazamentos causando graves acidentes aos operários que estejam trabalhando próximo a ela além de incidentes que podem levar à paralisação de setores juntos ao local Pensando nesses riscos iminentes foi proposta a modernização da caldeira a fim de que esta funcione com riscos quase nulos Para isso será utilizada a tecnologia de operação por meio de sistemas computadorizados com o apoio de software para a realização de leituras de variáveis de funcionamento da caldeira por meio de sensores e sistema de segurança Caso haja problemas serão enviados códigos para o seu desligamento Além disso será empregado quadro de comando para a caldeira utilizandose de dispositivos de proteção além de malha 15 de aterramento exclusiva que irá atuar caso algum componente apresente falhas evitando também prejuízos financeiros à indústria 16 Trabalhos relacionados e contextualização O trabalho de Tácio de Lima Queiroz 2017 aborda a automação de caldeiras implementando um sistema de controle para uma caldeira industrial que utiliza gás natural Esse sistema incorpora sensores de temperatura pressão e detecção de chama O autor detalha o funcionamento de caldeiras do tipo aquatubular nas quais a água circula dentro dos tubos e os gases da combustão circundam o exterior permitindo a geração de vapor por meio do aquecimento da água Em consonância com os estudos de Gabriel Makoto Alaó Curcino 2022 o funcionamento da caldeira está sujeito ao cumprimento das normas regulamentares como a NR 12 e a NBR 5410 Curcino investiga os motores elétricos presentes na caldeira como o ventilador industrial e as bombas hidráulicas para o escoamento da água Além disso o autor examina a aplicação dos comandos elétricos que incluem o uso de inversores de frequência para controlar a rotação dos motores em momentos específicos Também é mencionada a importância de manter os quadros de baixa tensão em conformidade com a NBR 5410 No contexto da automação de caldeiras Mentz e Modelski 2016 ressaltam a relevância dessa abordagem para aprimorar o sistema de segurança Essa automação é realizada mediante a utilização de sensores que monitoram o funcionamento da caldeira e detectam possíveis falhas nos componentes demandando manutenção ou substituição Tal procedimento assegura uma maior vida útil do equipamento Além disso os autores enfatizam a importância do monitoramento contínuo de sistemas relacionados à distribuição de vapor e retorno de condensado uma vez que se um desses sistemas estiver desregulado a eficiência do equipamento pode ser comprometida A falta de correção dessas questões pode resultar na inutilização do equipamento acarretando prejuízos para a indústria 16 17 Metodologia O estudo inicial foi conduzido em uma caldeira industrial do setor alimentício localizada no estado do Rio de Janeiro O período em que foi realizado o estudo abrangeu o último trimestre do ano de 2022 A caldeira em questão é do tipo aquatubular fabricada pela Siemens uma empresa alemã que atua em diversos setores incluindo energia indústria saúde e transporte A caldeira tem capacidade de produção de vapor de 10 tonh e foi construída no ano de 2010 Observouse que seu sistema elétrico não está em conformidade com as normas vigentes além da falta de atualização dos componentes necessários para seu correto funcionamento Detectouse que o manômetro utilizado para monitorar a pressão da caldeira apresenta considerável desgaste além de ser um equipamento antigo Além disso constatouse a ausência de um sistema de controle de nível eficiente O propósito desta pesquisa é modernizar a caldeira atualizando seu quadro de comando de acordo com as diretrizes estabelecidas na norma NBR 5410 Adicionalmente será implementado um sistema de controle por meio de sensores instalados no equipamento permitindo o monitoramento contínuo de pressão temperatura nível e fluxo de água bem como o comando de bombas de drenagem e injetores de água O novo quadro de comando será destinado aos motores da caldeira e empregará inversores de frequência para controlar a velocidade de alguns motores possibilitando ajustes precisos em intervalos de tempo determinados Todo o controle será realizado por meio de um software algorítmico utilizando a plataforma Arduino Serão desenvolvidos códigos de controle que permitirão acionar dispositivos da caldeira de acordo com as informações fornecidas pelos sensores Dessa forma qualquer falha ou defeito em algum componente da caldeira poderá ser prontamente identificado contribuindo para aprimorar a segurança e o funcionamento eficiente do equipamento A utilização desse sistema possibilitará a 17 detecção precoce de problemas agilizando os processos de reparo e minimizando possíveis períodos de inatividade 18 Organização do texto Buscando atingir os objetivos propostos neste trabalho o texto foi dividido em cinco capítulos conforme descrito a seguir Capítulo 2 comando do Arduino sobre os sensores e atuadores da caldeira Capítulo 3 estudo de projeto de automação da caldeira Capítulo 4 dimensionamento de quadros e dispositivos elétricos para a caldeira Capítulo 5 conclusões e considerações finais 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 21 Funcionamentos dos sensores e seus respectivos tipos Neste capítulo serão discutidos aspectos fundamentais relacionados ao funcionamento de sensores e atuadores bem como a utilização de um Arduino para o controle desses elementos Segundo Ribeiro 2019 sensores e atuadores desempenham um papel crucial na modernização do setor industrial estando intrinsecamente ligados à automação industrial Com a aplicação de um ou mais Arduinos tornase possível o comando remoto de maquinários possibilitando a automação completa de processos o que resulta em uma redução significativa da mão de obra humana necessária para um controle direto de cada máquina ou procedimento A automação industrial conforme mencionado por Fernandes 2018 oferece inúmeras vantagens como maior eficiência redução de custos e aumento da produtividade A implementação de sensores e atuadores conectados ao Arduino é uma abordagem promissora para otimizar os processos industriais pois permite o monitoramento em tempo real e intervenções precisas quando necessário Ademais é essencial ressaltar que os sensores e atuadores utilizados na automação industrial devem estar em conformidade com as normas de segurança como a NR 12 que visa a prevenção de acidentes e 18 a proteção dos trabalhadores Conforme definido por Silva et al 2020 a NR 12 estabelece as diretrizes para a implementação de medidas preventivas e a garantia da segurança no uso de máquinas e equipamentos industriais Em suma a aplicação de sensores e atuadores em conjunto com o Arduino representa um avanço significativo na automação industrial proporcionando maior controle eficiência e segurança aos processos produtivos alinhados às normas de segurança estabelecidas pela NR 12 Essa abordagem contribui para a modernização do setor industrial resultando em ganhos operacionais e financeiros para as empresas Tratando sobre o funcionamento de sensores e atuadores componentes essenciais para a automação industrial especialmente em ambientes de alta temperatura e pressão de ar Os sensores têm a capacidade de detectar objetos em longas distâncias e ao serem alinhados com o transmissor e o receptor podem desligar o sistema em caso de obstrução da linha de luz garantindo segurança nas operações industriais A utilização de sensores de difusão permite ajustar a distância de raios de luz sendo eficazes para detectar objetos claros transparentes e opacos útil para contagem de peças na saída de produtos da linha de produção Os sensores são categorizados em três sistemas amplamente empregados para essas finalidades Esses sistemas serão abordados ao longo dos parágrafos subsequentes e podem ser visualizados de maneira detalhada nas figuras a seguir Figura 1 Sensor de barreira 19 Fonte TOP IP Os sensores de barreira infravermelha são dispositivos que utilizam luz infravermelha para detectar objetos Eles são compostos por duas partes um transmissor e um receptor O transmissor envia um feixe de luz infravermelha e o receptor detecta a luz infravermelha refletida pelo objeto Se o objeto obstruir o feixe de luz o sensor irá gerar um sinal elétrico Os sensores de barreira infravermelha são utilizados em uma ampla variedade de aplicações incluindo Segurança os sensores de barreira infravermelha podem ser utilizados para proteger pessoas e equipamentos de acidentes Por exemplo os sensores de barreira infravermelha podem ser utilizados para evitar que portas de elevadores se fechem quando há pessoas ou objetos na frente delas Controle de acesso os sensores de barreira infravermelha podem ser utilizados para controlar o acesso a áreas restritas Por exemplo os sensores de barreira infravermelha podem ser utilizados para impedir que pessoas não autorizadas entrem em fábricas ou outros locais que contenham equipamentos perigosos 20 Automação industrial os sensores de barreira infravermelha podem ser utilizados para automatizar processos industriais Por exemplo os sensores de barreira infravermelha podem ser utilizados para controlar o fluxo de materiais em linhas de produção ou para parar máquinas em caso de falha Os sensores de barreira infravermelha são uma tecnologia versátil e confiável que pode ser utilizada em uma ampla variedade de aplicações Eles são uma ferramenta valiosa para a segurança controle de acesso e automação industrial Os sensores de barreira infravermelha são uma tecnologia versátil e confiável que pode ser utilizada em uma ampla variedade de aplicações Eles são uma ferramenta valiosa para a segurança controle de acesso e automação industrial Fernandes 2018 Eles são uma ferramenta valiosa para a segurança controle de acesso e automação industrial Além do sensor de barreira destacase neste contexto o sensor de difusão também denominado sensor fotoelétrico difuso devido à sua configuração com transmissor e receptor no mesmo invólucro conforme demonstrado na imagem a seguir Figura 2 Sensor de Difusão Fonte Digel Elétrica Durante o funcionamento desse sensor é possível observar que quando um objeto intercepta o feixe de luz a luminosidade é refletida 21 nele e retorna ao receptor Nesse sentido esse sensor possibilita o ajuste da distância dos raios de luz alcançando com maior facilidade objetos de características claras transparentes e opacas A principal função desse sistema sensorial é realizar a contagem de peças após a saída do produto durante o processo de fabricação Ao final desse procedimento o produto passa em frente ao sensor e é contabilizado permitindo a verificação da presença de um ou mais objetos na esteira por onde o produto está sendo transportado O terceiro e último sensor discutido nesta seção é o retro reflexivo A estrutura bem como os componentes integrantes do mesmo pode ser observada na ilustração a seguir Figura 3 Sensor retro reflexivo Fonte Eletropeças Sensores e atuadores são dispositivos fundamentais para a automação industrial Os sensores são responsáveis por detectar informações sobre o ambiente como a presença de objetos a temperatura a pressão ou o movimento Almeida 2018 Fernandes 2019 Silva et al 2020 Os atuadores são responsáveis por agir sobre o ambiente como abrir ou fechar uma válvula ligar ou desligar uma máquina ou mover um objeto Existem vários tipos de sensores e atuadores cada um com sua própria função específica Alguns dos sensores mais comuns são os 22 sensores de presença os sensores de temperatura os sensores de pressão e os sensores de movimento Alguns dos atuadores mais comuns são os atuadores elétricos os atuadores pneumáticos e os atuadores hidráulicos Sensores e atuadores são geralmente usados em conjunto para controlar o funcionamento de máquinas e equipamentos Por exemplo um sensor de presença pode ser usado para detectar a presença de um objeto em uma linha de produção e um atuador pode ser usado para parar a linha de produção se o objeto for um obstáculo Almeida 2018 Fernandes 2019 Silva et al 2020 A utilização de sensores e atuadores em conjunto permite que as máquinas e equipamentos sejam controlados de forma automática o que gera uma série de benefícios como Aumento da produtividade Redução dos custos Melhoria da qualidade dos produtos Melhoria da segurança do trabalho A tecnologia de sensores e atuadores tem evoluído rapidamente nos últimos anos Os sensores estão se tornando cada vez mais precisos e sensíveis e os atuadores estão se tornando cada vez mais potentes e eficientes Essa evolução tecnológica tem permitido que os sensores e atuadores sejam usados em aplicações cada vez mais complexas e exigentes Um exemplo de aplicação complexa que utiliza sensores e atuadores é a indústria 40 A indústria 40 é uma revolução industrial que está sendo impulsionada pela utilização de tecnologias digitais como a internet das coisas IoT big data e inteligência artificial Almeida 2018 Fernandes 2019 Silva et al 2020 A IoT permite que sensores e outros dispositivos sejam conectados à internet o que possibilita a coleta e análise de dados em tempo real Os dados coletados podem ser utilizados para melhorar o desempenho das máquinas e equipamentos otimizar a produção e reduzir os custos Outro exemplo de aplicação complexa que utiliza sensores e atuadores é a medicina Os sensores são usados para monitorar os pacientes e os atuadores são usados para administrar 23 medicamentos ou realizar procedimentos médicos A utilização de sensores e atuadores na medicina está permitindo que os pacientes sejam atendidos de forma mais personalizada e eficaz 22 Sistemas elétricos da indústria O sistema elétrico da indústria é um outro fator que influencia muito na segurança de operadores e funcionários pois problemas relacionados a eletricidade podem gerar inúmeros prejuízos e acidentes no meio industrial Com isso os dispositivos elétricos devem ter seu período de manutenção respeitados para que tenham uma vida útil estendida além disso dispositivos antigos devem ser substituídos por novos Os quadros de comando das máquinas devem obedecer a norma NBR IEC 60670 da ABNT que é responsável pela proteção dos quadros de comandos elétricos com o intuito de proteger os quadros elétricos de influências externas como impactos mecânicos penetração de corpos sólidos água NORMAS 2014 24 Comandos de robótica No caso dos comandos elétricos dentro da indústria estes podem ser aplicados nos casos de acessos indevidos de pessoas não autorizadas entre impactos mecânicos Além 10 disso esses quadros devem ser devidamente aterrados e com dispositivos de proteção devidamente dimensionados para evitar fugas de corrente por exemplo que consistem em cabos que por alguma razão ficaram com a parte condutora exposta por conta de rompimento na isolação Com isso o quadro que geralmente é metálico conduz eletricidade e oferece riscos a quem porventura tocálo assim como fugas nos próprios componentes Para evitar esses problemas devese ter nesse quadro dispositivos de segurança como DDR disjuntor diferencial residual e DPS dispositivo pós surtos Segundo Portal da Indústria 2023 a automação consiste na integração de diferentes tecnologias como a inteligência artificial robótica utilização de internet computação em nuvem promovendo a digitalização 24 dos processos industriais melhorandoo com o intuito de aumentar a produtividade na indústria como um todo A introdução da robótica é um importante fator a se levar em consideração pois tratase do sistema de comunicação entre máquinas sem a utilização do ser humano para esta função Com isso a troca de informações se tornam restritas diretamente com as máquinas por meio de softwares em que se pode ocorrer o armazenamento de informações e arquivos em meio às operações industriais Tal processo gera informações além da conexão de diversas etapas da cadeia de valor do desenvolvimento de vários novos produtos projetos proteção e até o pósvenda dos produtos industrializados As indústrias enquadradas no tipo Indústria 40 tem os seguintes exemplos inteligência artificial computação em nuvem Big Data cyber segurança Internet das Coisas robótica avançada manufatura digital manufatura aditiva integração de sistemas sistemas de simulação e digitalização A primeira delas a inteligência artificial consiste na aplicação de análise de técnicas que são baseadas na lógica evoluindo o aprendizado de máquinas com a função de interpretar eventos analisar tendências e comportamentos de sistemas apoiar e automatizar decisões para depois realizar açõesPortal da Indústria 2023 A computação em nuvem pode ser compreendida como a distribuição de serviços de computação servidores armazenamento de arquivos bancos de dados análise de inteligência redes softwares tudo pela internet utilizandose memória capacidade de armazenamento de cálculos de computadores e servidores hospedados em Datacenter proporcionando recursos flexíveis e economia na escala com isso com esses recursos as 11 empresas conseguem acessar aos recursos de computadores mais abundantes como um serviço e por meio de vários dispositivos remotos distintos com o intuito de que os investimentos se mantenham baixos em relação aos equipamentos porém com uma equipe de suporte focando seus investimentos apenas nas suas principais atividades Portal da Indústria 2023 A Big Data consiste em uma abordagem para atuar em dados com a maior variedade e complexidade 25 geralmente chegando em volumes crescentes e com maior velocidade com a função de resolver problemas de negócios Esses tipos de dados costumam ser muito volumosos com isso os softwares tradicionais de processamento não tem a capacidade de conseguir gerenciálos com isso são utilizadas técnicas estatísticas e de aprendizagem de máquinas com a função de extrair informações relevantes em relação aos negócios inferências e tendências não possíveis de serem obtidos por análise humana Portal da Indústria 2023 Já a Cyber Segurança por sua vez é um conjunto de infraestrutura em hardware voltada para a segurança e proteção dos ativos de informação vindos por meio de ameaças que podem pôr em risco informação que é processada armazenada e transportada pelos sistemas de informação já interligados Portal da Indústria 2023A Internet das Coisas é a interconexão de objetos por meio de infraestrutura habitadora eletrônica software sensores ou atuadores A mesma possui sua capacidade de computação distribuída e organizada em redes de comunicação e interação Suas atividades podem ser monitoradas e controladas de forma remota com o objetivo de alcançar maiores e melhores resultados convertendo se em ganhos de eficiência Portal da Indústria 2023 Na robótica avançada são empregados os dispositivos que em grande parte agem de forma autônoma interagindo fisicamente com pessoas ou seu ambiente e que são capazes de modificar seus comportamentos por meio de comando dos seus sensores Portal da Indústria 2023 Na manufatura digital é usado o sistema integrado baseado em seu computador que consiste em simulação e visualização 3D análises e ferramentas de colaboração para criar definições de processos de manufaturas de produtos simultaneamente Portal da Indústria 2023 12 A manufatura aditiva por outro lado consiste na fabricação de peças a partir de um desenho digital no qual é feito um software de modelagem tridimensional sombreando finas camadas de material uma a uma por meio de uma impressora 3D utilizandose materiais como plástico metais ligas metálicas cerâmicas areias entre outros Portal da Indústria 2023 A integração dos sistemas 26 por sua vez é a união de diferentes sistemas de computação e aplicações de software físicos ou funcionalmente atuando como um todo coordenado possibilitando a troca de informações entre diferentes sistemas Com isso permitese que as empresas tenham um olhar abrangente sobre o seu negócio e o benefício disso é a chegada de informações em tempo real sobre os processos produtivos que influenciam a tomada de decisões gerenciais mais rapidamente bem como discussões estratégicas sobre os negócios da empresa e conseguem ser muito mais facilmente implantados na parte de produção a instalação de pacotes ERP não se enquadram apenas na sua integração de sistemas de controles de produção Portal da Indústria 2023 Os sistemas de simulação utilizam computadores em conjunto de técnicas para gerar modelos digitais que descrevem ou exibem a interação complexa entre várias variáveis dentro de um sistema imitando os processos do mundo realPortal da Indústria 2023 A digitalização utilizase do uso de tecnologias digitais com a finalidade de transformar processos de produção e de desenvolvimento de produtos ou modelos de negócios visando a otimização e eficiência nos processos A transformação digital abrange o projeto e implementação de planos de digitalização sensoriamento aquisição e tratamento de dados Portal da Indústria 2023 No caso da implementação da indústria 40 a utilização da tecnologia aumentou de forma significativa foi um aumento de 22 em média da capacidade produtiva da indústria ou seja a utilização de todos estes aspectos tem gerado uma felicidade com relação à alavancagem da produção assim como há segurança e sigilo em relação a informações relevantes a respeito da própria indústria Isso gera maior capacidade de armazenamento de informações comunicações e trocas de informações em tempo real e resolução de problemas de forma remota e eficiente Portal da Indústria 2023 No ano de 2013 as indústrias começaram a modificar o seu olhar para a digitalização de atividades no Brasil e essa perspectiva se mantém até a atualidade principalmente de 2021 para cá pois nesse período houve a intensificação dessas tarefas no setor industrial Desse modo a indústria 40 no Brasil 27 ainda continua em constante desenvolvimento pois novas tecnologias chegam ao mercado industrial assim como as novas atualizações de softwares e sensores Entretanto ainda são poucas as empresas que têm acesso às tecnologias atuais da indústria 40 pois devem se inserir muitos investimentos em equipamentos compra de pacotes softwares com o melhor armazenamento e proteção de informações e dados Em países como a Alemanha e Itália por exemplo essas tecnologias chegaram em 2010 colocando esses países à frente do Brasil no tocante a essas atualizações uma vez que há um intenso investimento desses Estados Nação em relação a pesquisas para o desenvolvimento de novas tecnologias voltados para o desenvolvimento e funcionamento da indústria 40 O Brasil tem demonstrado grande interesse acerca do desenvolvimento industrial alavancado pela Itália e Alemanha conseguindo avançar na aprimoração de tecnologias para seus computadores otimizandoos não somente na melhoria e ampliação da capacidade de armazenamento de informações e dados mas também na aceleração e atualizações de softwares Ao investir na expansão da indústria 40 o Brasil objetiva tanto elevar os índices do Produto Interno Bruto PIB quanto auxiliar na tomada de decisões de forma mais assertiva e com aumento da segurança nos processos e procedimentos industriais Desse modo o país vem buscando desenvolver um ecossistema industrial com logística mais eficiente rápida autônoma e interessada no cliente a partir do desenvolvimento dos transportes e construção de inteligências digitalizadas na busca pela facilitação e otimização do trabalho aumento da competitividade busca pela redução de gastos e erros Embora invista nas tecnologias propostas pela indústria 40 o Brasil ainda não se destaca em áreas da quarta revolução industrial como por exemplo Big Data concluindo como a inteligência artificial na pesquisa feita pela Federação das Indústrias do Estado de 14 São Paulo FIESP 5 das organizações acreditam estarem muito preparadas para enfrentar os obstáculos da indústria 40 os pesquisadores da FIESP apontam alguns causadores desse atraso no 28 Brasil como a escassez de profissionais tecnicamente preparados para trabalhar com novas tecnologias em um ambiente industrial automatizado Por isso a importância de uma qualificação profissional quando se fala em indústrias em geral sendo mais relevante na indústria 40 Como citado acima o Brasil possui mais de 700 mil indústrias porém 16 delas conseguiram de fato se aderir a indústria 40 são dados da Confederação Nacional da Indústria CNI Mesmo que os dados não apresentem um grande ânimo para o Brasil pois ainda tem a capacidade de adotar a indústria 40 com sucesso por exemplo setores como o agronegócio bebidas farmacêutica automobilismo e de alimentos com isso os custos das indústrias podem ser reduzidos em até 73 bilhões ao ano Da mesma forma os fornecedores das indústrias embora ainda desatualizados podem a vir se atualizarem e se padronizarem na indústria 40 A falta de crescimento em questão de empregos na indústria 40 no país é outro fator que mantém o país com a lenta padronização para a indústria 40 Para os caso de indústrias que trabalham com equipamentos que funcionam de forma analógica e que necessitam de operários para o seu manuseio a partir do momento em que são empregados sensores comandados por placas arduino e conexão com os computadores que controlam absolutamente tudo com o emprego de softwares a mão de obra humana operária pode ser designada ou realocada para outros setores da indústria caso a empresa forneça métodos para que eles se atualizem além de treinamentos ou busquem profissionais para operarem os computadores com extrema capacidade e competência Em muitos casos o seu currículo profissional não atende completamente a um profissional padronizado e preparado para a indústria 40 por isso a importância de estar sempre se aperfeiçoando e interagindo acerca de todas as atualizações referentes a computadores arduinos assim como os algoritmos para que se tenha o conhecimento de se usar códigos para acessar alguma informação referente a dados de uma máquina industrial assim como a detecção de falhas em equipamentos sem prejudicar a produção e resolver problemas de forma 29 mais rápida e eficiente Para a atualização dos componentes em comandos é muito importante haver uma 15 proteção para os computadores que estão controlando os sensores atuadores receptores e transmissores resguardandoos de qualquer intempérie para que não haja danos materiais aos equipamentos podemos observar um deles em detalhes na imagem abaixo e portanto falhas no sistema de informações e erros de comunicação humana e da interação entre os maquinários Figura 4 Maquinário ordenador de comprimidos na indústria farmacêutica Fonte Elco Indústria 2018 Segundo Futurecom 2013 a automação industrial é uma questão ampla por envolver diversas áreas e setores da economia Essa por sua vez abrange a transformação digital que permite que a indústria consiga chegar cada vez mais longe A própria indústria tem por seu mérito o avanço e modernização dos seus maquinários já existentes Da mesma maneira ocorre a busca por novas tecnologias inovações em equipamentos realização de pesquisas com o intuito de encontrar formas de ser tornar mais atualizada quanto àssuas atividades e aprimoramento de novas técnicas além de usar a máquina como função principal de alavancamento da produção em geral Nessa perspectiva sem a automação industrial dificilmente as empresas conseguiriam lidar com a crescentes demandas da população que está cada vez mais exigente No entanto não se trata de colocar uma máquina no lugar de um humano a 30 ideia de automação industrial não é a substituição do ser humano mas sim a sua realocação por conta de que os processos de industrialização têm conseguido chegar a resultados muito expressamente em questão de agilidade e melhores resultados em um curto período de tempo Por isso muito além do chão das fábricas a automação industrial se encontra em várias camadas da empresa tanto nas partes administrativas e estratégicas De forma geral muitas tecnologias englobam esses processos e são constantemente aprimoradas para facilitar ainda mais as atividades de produção No entanto é uma corrida complexa e a cada dia que passa mais empresas se modernizam e se tornam mais autônomas Nesse caso a autonomia dessas indústrias implica muito no poder de investimento pois como discutido acima pesquisadores sempre estão correndo atrás de novas tecnologias novos tipos de programas softwares sistemas de armazenamento e controle de dados controle de informações gerenciamento de falhas ou ameaças Da mesma forma temos o desenvolvimento de novos componentes chips sensores que podem ler e interpretar informações por exemplo de um maquinário que pode estar prestes a ter algum problema Esses sensores Podem avisar ao operador do sistema que aquele equipamento necessita de manutenção e assim o setor de estratégias da indústria fica ciente da situação e age de forma rápida procurando meios mais rápidos de isolar o problema sem parar a produção Com isso ganhar tempo para que a máquina possa entrar em reparo e voltar a operar normalmente de forma mais rápida Ainda de acordo com Futurecom 2013 a automação é dividida em 4 tipos de automação que são operacional de controle supervisão e informacional A primeira delas a automação operacional nada mais é do que o trabalho de sensores nas máquinas de forma inteligente que monitoram a performance operacional levantando dados que atendem os gestores nas tomadas de decisões Já a automação de controle por sua vez é composta por dispositivos programáveis como PLCs ou CNCs inseridos em dispositivos equipamentos e máquinas que aplicam lógicas operacionais em processos programados Na automação de supervisão 31 têmse a composição de sistemas que monitoram os dados e leituras obtidos de sensores e controladores A quarta e última automação discutida nesta seção diz respeito aos aspectos informacionais Os sistemas que integram esse tipo de automação compreendem todo o fluxo de informações das outras camadas da automação industrial de forma que as organize para facilitar o controle geral de operações Segundo Carvalho 2021 durante a primeira revolução industrial quando as máquinas não utilizavam eletricidade todas eram movidas a vapor e seu funcionamento só dependia dos operários que trabalhavam diretamente com elas manuseandoas Da mesma forma ocorriam os demais processos da indústria No século XVII é quando começa o ciclo da automação industrial Antes disso a produção era muito devagar levandose muito tempo para produzir algo ou seja era o que havia presente na época Já no naquele século no começo da automação industrial as coisas começaram a mudar pois houve o surgimento dos primeiros dispositivos semiautomáticos CARVALHO 2021 Porém foi no ano de 1950 que os dispositivos ganharam mais força quando as máquinas se tornaram completamente automáticas Nesse período muitas atividades que antes eram realizadas de forma manual passaram a serem realizadas com o uso da tecnologia com isso a produção só aumentou fabricandose mais produtos e mercadorias em um menor período e sem perda de qualidade CARVALHO 2021 Após a Segunda Guerra Mundial houve a evolução da tecnologia de maneira acelerada com a criação das primeiras máquinas por comandos numéricos além dos sistemas de controle vinte anos mais tarde em 1970 vieram os computadores com a função de controlar grandes sistemas de automação Em cada etapa as tecnologias avançavam mais utilizando o controlador de lógica programável projetado especialmente para os processos industriais CARVALHO 2021 Na década de 1990 avançouse ainda mais a tecnologia dos computadores com alta capacidade de processamento de dados tornando o sistema mais eficiente rápido e confiável fazendo com que a produção dos produtos aumentasse sua 32 escala reduzindo custos e gerando lucros para as empresas CARVALHO 2021 No caso brasileiro os avanços se tornaram mais lentos por conta do baixo investimento na infraestrutura industrial por parte de governo e iniciativas privadas Com isso esse processo citado acima ocorria nos países mais desenvolvidos mundialmente enquanto no Brasil a cada etapa que se chegava outras se encontravam ainda muito à frente do tempo Com essa defasagem a produção aumentou pouco e logo se estabilizou Além disso o Brasil investiu muito em mão de obra operária na qual os serviços manuais eram muito utilizados Entretanto de forma mais recente adotouse a maior empregabilidade de maquinários em diversos setores no caso da siderurgia por exemplo Esta foi a área que mais se destacou com relação à automação industrial podendo ser considerada uma indústria padronizada com a tecnologia da indústria 40 pois só são utilizadas máquinas para a execução dos processos O recurso humano só é empregado para pessoas que tenham especialização em automação industrial conhecendo o modo de como operar os maquinários A indústria química é um outro setor onde a automação industrial chegou primeiro no Brasil Nela o uso de mão de obra humana operária era muito usado Porém ocorriamse acidentes de forma contínua causando sérios riscos ao setor onde logo foi empregado o uso de máquinas específicas para realizar o mesmo trabalho com eficiência sem oferecer riscos à empresa e gerando mais lucros disparando a produção O mesmo ocorre na indústria de papéis e celulose devese retirar matériaprima para confeccionar o produto daí nesse caso entra o operário que vai precisar derrubar uma árvore ou coletar o material levando a matériaprima bruta para a indústria A obtenção de matéria prima por exemplo não está enquadrada na indústria 40 pois a mão de obra humana se torna muito necessária para que haja uma operação de obtenção de material bruto para as indústrias Inclusive o maquinário que é utilizado para extrair a matériaprima depende da mão de obra humana para o seu funcionamento assim como para a locomoção e deslocamento até as indústrias Entretanto a partir do momento que esse material 33 chega na indústria ele é colocado no maquinário específico para o começo do processo e a partir dali todo o maquinário industrial continua o processo Segundo Matias 2023 mesmo obtendo tecnologias como sua aplicação em hardwares softwares estando em equipamentos específicos gerando todas as operações de forma automática isto é mesmo com essa gama de fatores não necessariamente isso substitui o trabalho humano no processo pois para que seu funcionamento ocorra de forma eficiente é necessário o auxílio de especialistas capazes de desenvolver os trabalhos de manutenções e correções necessárias para que tudo funcione de maneira correta mesmos os equipamentos mais avançados Nesse cenário podem ocorrer falhas de funcionamento e com isso esses equipamentos não se autorreparam assim a mão de obra humana e especializada precisa estar presente para fazer o equipamento voltar a operar de forma rápida sem causar problemas durante a produção na indústria Temos então a necessidade de sensores por exemplo nos motores das máquinas pois são imprescindíveis para se terem informações acerca daquele componente para sabermos sobre o seu estado de funcionamento gerando feedbacks para os especialistas positivos ou negativos No caso dos feedbacks negativos os especialistas já montam um plano de contingência e fazem planejamentos para realizar a manutenção do equipamento o mais rápido possível antes que ele por si só apresente problema Ou seja aquele equipamento fica sob observação enquanto o processo pode ser alocado temporariamente Assim é feita a manutenção preventiva no próprio equipamento Porém essa estratégia deve ser programada para que a indústria tenha o total preparo e ciência de que aquilo precisa ser feito de forma emergencial evitando enormes transtornos como alertas contínuos de erros por exemplo Isso o especialista nunca deve ignorar pois a responsabilidade pelo funcionamento da empresa em específico do processo depende muito dele para que a decisão seja tomada da melhor forma sem comprometer a estrutura da empresa e do sistema como um todo Por isso o especialista em automação industrial é de suma importância para 34 uma empresa principalmente a empresa que está padronizada na indústria 40 No funcionamento normal de uma indústria 40 ela deve ser em sua maior parte independente das intervenções humanas Cada processo deve ocorrer de forma totalmente automática sendo apenas supervisionados pelos especialistas através dos computadores Nestes as informações são repassadas para todos os controles em todos os comandos da indústria repassando todas a informações do maquinário o controle da quantidade de produtos fabricados assim como informando todo o andamento do processo em cada setor chamado pelo nome de integração de operações Em algumas empresas a empregabilidade de softwares também pode ser vista por exemplo em controle de produtos em estoque com isso a informação da falta dos produtos é passada diretamente para o fornecedor que cuidará de entregar novos insumos à fábrica Quando um cliente monta seu negócio e compra alguns produtos diretamente das fábricas eles têm esse sistema contra a falta de produtos em estoque Quando esta é identificada a fábrica já é acionada e coloca em prateleira a quantidade de produtos que faltam de acordo com o que o sistema constatou para aquele comércio Voltando ao interior das empresas como há a integração de operações isso é de suma importância porque essas informações chegam diretamente para os gestores das empresas Com isso eles colhem os dados e informações que são precisas em relação ao tipo de desempenho que o projeto desenvolve Assim são tomadas as decisões em cima de todos os dados apresentados no sistema Além disso o risco de erros é muito menor do que quando o sistema ainda não tinha sido implementado pois antes do sistema produtos de um determinado lote apresentavam algum tipo de problema durante a sua fabricação com isso essa quantidade de produtos desse lote é expressivamente grande gerava certos prejuízos para a fábrica Já com a implementação do sistema os erros de fabricação reduziramse muito pois o controle se tornava mais rígido e muito raramente os produtos vinham com características diferentes com isso os erros se tornaram menos frequentes com o sistema 35 implementado foi garantido que toda a produção estivessem com as mesmas características logo a redução de erros há a economia de recursos como o tempo e recursos financeiros que seriam gastos duas vezes mais para fabricar um novo produto e saber se o mesmo passaria pelo controle de qualidade em norma vigente A aplicação dos sensores é muito importante para o monitoramento otimizado pois cada detalhe pode ser interpretado e processado pois o sensor envia informações variadas para ao processador acerca do produto com isso o processador que é o cérebro dos sistemas de computadores onde há o armazenamento de várias informações como também de dados códigos a utilização de programadores lógicos como o arduino para que haja o controle de informações e que apenas pessoas autorizadas tenham acesso às informações mais importantes e sigilosas acerca do sistema da empresa evitandose assim sabotagem do sistema por pessoas indevidas Com o desenvolvimento dos robôs intensificouse o desenvolvimento de novos meios para se obter novos hardwares com altas capacidades de armazenamento e desenvolvimento de novos sensores utilizandose impressões digitais assim como novos programadores para inserir dados em movimento feitos por estes robôs Também não se pode deixar de mencionar o comando de voz pois este é um meio útil para que os aparelhos robóticos passem informações diretamente para os responsáveis a fim de que eles interpretem e editem no sistema É importante ressaltar que tais robôs podem ser programados para efetuar diferentes funções de trabalho dentro das indústrias como o levantamento e alocamento de peças pesadas auxiliando portanto os seres humanos conforme pode ser observado na figura da página a seguir Figura 5 Robô de transporte e carroceira de automóvel no setor automobilístico 36 Fonte WTECC Automação Assim o setor automobilístico é um ramo da indústria que em muito se beneficia das contribuições da robótica principalmente no processo de confecção de carros ônibus caminhões etc Os guindastes e os robôs são largamente utilizados nesse setor pois além de otimizar o transporte das peças de um setor para o outro ajudam os trabalhadores ao receberem os comandos digitados eou via voz eles também otimizam os processos da linha de produção e a colocação das peças permitindo que as mesmas sejam fabricadas e alocadas em uma mesma indústria pelo acompanhamento e controle dos seus diferentes processos até a etapa final Nessa última fase é realizada o teste de qualidade dentro da própria fábrica com o objetivo de avaliar não somente a performance dos automóveis mas também sua liberação para comercialização e a indicação de reparos de itens que apresentarem defeito para correção eou substituição No tocante aos testes de qualidade no setor automobilístico chama se a atenção nesse texto para a sua importância pois é a partir da avaliação do desempenho dos materiais fabricados que se aperfeiçoa não somente as peças a serem confeccionadas e montadas nos automóveis mas se obtém também um maior volume de retorno financeiro pela geração de um grande volume de produtos aptos e minimização de recall Esse termo de origem inglesa remete ao procedimento gratuito em que o 37 cliente é convocado pelo fornecedor do produto para corrigir eventuais defeitos que atentem contra a saúde eou vida do mesmo nos produtos eou serviços prestados Desse modo além de rigorosos e detalhados essas avaliações de qualidade não somente no setor automobilístico mas também no de aparelhos eletrônicos smartphones computadores entre outros envolvem várias e minuciosas etapas para que se garanta maior segurança e durabilidade além da consolidação permanecia e atualizações de um mesmo modelo por um tempo considerável no mercado até que um novo projetado saia do papel Os comandos envolvendo robôs no setor industrial são elementos que fazem parte da indústria 40 pois representam esse próprio avanço industrial para o desenvolvimento de atividades manuais e pesadas dentro do ambiente industrial Pessoas que entendem e trabalham com robótica devem saber os tipos de comandos que podem ser inseridos nos processadores integrados nos robôs como o desenvolvimento de códigos algorítmicos para placas arduino que podem também serem implementadas nos robôs para deixar programadas todas as funções diárias que ele pode realizar durante o processo fabril Figura 6 Transporte da carroceria do automóvel para o próximo setor de montagem 38 Fonte Estadão Conteúdo 2017 Na figura acima têmse retratado um exemplo de robô muito utilizado na indústria automobilística uma das primeiras a adotarem o método da indústria 40 na sua produção 23 sendo destaque para a implementação dos robôs Os controles desses aparelhos robóticos na produção automobilística podem ser realizados a distância dentro de salas de controle onde os operadores só fazem os comandos e os robôs somente os executam Com isso só mantém salvas funções em sua armazenagem de informações nas quais eles foram associados por meio de especialistas Da mesma forma estes mesmos especialistas estão com a responsabilidade de também manter a manutenção destes robôs para que não se pare a produção Com isso nessa indústria trabalhamse muitos robôs assim podese substituir um enquanto o outro está passando por manutenção ou atualização de sistema como a implementação de um novo tipo de sistema novas funções que ele terá que executar sem eventuais falhas Em geral a robótica revolucionou a indústria de forma recente Logo ainda muitos setores estão em fase de planejamento principalmente as indústrias brasileiras que planejam ter esse tipo de recurso de acordo com o seu fluxo de caixa pois para se adotar um robô devese investir alto assim como devese contratar uma 39 pessoa especializada em comandos robóticos para programálo mas devese alocar os operários que antes faziam as funções que o robô passará a fazer visando evitar o desemprego Uma forma de evitar o desemprego dessas pessoas é treinálas para aderir a parte de estratégias para que possam entender e interpretar todos os sinais apresentados pelos sensores e atuadores Segundo a Leax do Brasil 20 desde 1913 a Ford Company já tinha com realidade a automação na linha de veículos concluindose que a automação não é algo recente a única diferença é que não se pensava na tecnologia envolvendose robôs e máquinas com inteligência artificial isso foi se aprimorando com o passar dos anos por conta da descoberta de novas tecnologias de tempos e tempos e pesquisas muito profundas para chegar a uma tecnologia que desse retornos financeiros positivos e alavancaram a produção Hoje por exemplo os robôs e máquinas inteligentes em uma indústria automobilística tem a responsabilidade sobre diversas atividades repetitivas e de riscos na montagem de veículos e gerenciamento de dados por exemplo montagem de planilhas gerenciamento de dados contato com fornecedores envios de emails soldagem de veículos essas funções são previamente programadas em seu Hard Disk HD interno por se tornar funções repetitivas e diárias enquanto outros robôs estão programados para outras funções e da mesma forma apenas tem a programação para fazer o que foi estabelecido nos algoritmos colocados pelos especialistas contratados Com a introdução dos robôs a produtividade disparou pois o tempo se reduziu muito entre o começo da montagem do automóvel e o final ou seja a indústria automobilística realocou profissionais e colocou os robôs para fazerem essas funções Com isso geramse mais lucros e o aumento de carros fabricados também disparou significativamente Com o aumento da empregabilidade de robôs essas indústrias automobilísticas passam a procurar profissionais que operem os robôs para que a produção funcione em perfeita harmonia e os profissionais controladores se comuniquem entre si para que os programadores estejam funcionando de 40 forma ordenada para cada robô fazer suas funções préprogramadas para não haver choques de funções com outros robôs sem o risco de erros para as próprias máquinas O mundo está em constante mudança logo podem surgir novos robôs e processadores ainda capazes de armazenar muitas informações e além disso a espécie humana já estará completamente dependente e passará a usar a robótica não só para o meios industrial mas para o meio doméstico 3 ESTUDO DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO DA CALDEIRA 31 Funções de uma caldeira Conforme apontado por Mentz e Modelski 2016 a automação aplicada às caldeiras proporciona diversas vantagens com destaque para o aumento da segurança operacional uma vez que essa automação permite o controle e monitoramento à distância minimizando os riscos de acidentes Nesse contexto é relevante compreender a definição e funcionalidade das caldeiras Esses equipamentos são maquinários de metal encontrados em diversas escalas como ilustrado na figura abaixo e têm a finalidade de utilizar diferentes tipos de combustíveis para gerar vapor de forma segura A escolha dos combustíveis pode variar de acordo com as demandas específicas das aplicações industriais As caldeiras têm portanto a função de produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica utilizando qualquer fonte de energia CALDAS 2017 41 Figura 7 Caldeira de esfriamento de gases Fonte Burntech 2023 Nesse contexto é de suma importância o monitoramento abrangente de todos os processos envolvendo a produção distribuição do vapor e o retorno do condensado em caldeiras A agilidade em agir quando algum desses processos se desvia dos parâmetros pré configurados é fundamental para manter a eficiência da caldeira dentro de níveis adequados ISA 2011 apud MENTZ MODELSKI 2016 A integração efetiva dos sistemas e a automação robusta da caldeira são aspectos cruciais para elevar os níveis de segurança e eficiência operacional Vale ressaltar que independentemente do porte todas as caldeiras podem ser dotadas de alarmes para indicar sobrecarga ou situações emergenciais e as medidas de controle são implementadas automaticamente pelo próprio sistema VENTURELLI 2014 apud MENTZ MODELSKI 2016 A aplicação de procedimentos de manutenção periódica e detecção de falhas otimizados possibilita programar essas atividades de acordo com intervalos de tempo adequados garantindo maior vida útil e monitoramento contínuo de todos os fatores envolvidos MOTT 2012 apud MENTZ MODELSKI 2016 Por meio da automação é viável atuar praticamente em todos os componentes da caldeira tornando sua operação completamente automática e quando aplicável até mesmo remota ETEC 2012 apud MENTZ MODELSKI 2016 No que tange ao controle da alimentação da 42 caldeira é possível ajustála conforme a demanda proporcionando maior eficiência e menor desperdício de recursos Em modelos de caldeiras do tipo cavaco a integração entre o Controlador Lógico Programável CLP supervisório e inversor de frequência do alimentador ventiladores e exaustores possibilita uma queima mais eficiente resultando em menor poluição ambiental UCLA 2010 apud MENTZ MODELSKI 2016 Em relação à energia utilizada as caldeiras podem operar com diversas fontes porém requerem alguns componentes essenciais para um funcionamento adequado como sensores de nível sensores de pressão sensores de temperatura bombas de água e exaustores Notavelmente a energia elétrica desempenha papel crucial devido aos motores da bomba e do exaustor Como estudo deste artigo de forma a modernizar o ponto de foco é uma caldeira aquatubular Figura 8 Caldeira aquatubular Fonte BM caldeiras 2023 43 A caldeira aquatubular é um tipo de caldeira de água em que a circulação da água ocorre por meio de tubos dispostos dentro de um forno O processo de aquecimento se dá através da combustão de um combustível comumente carvão gás ou óleo resultando na geração de vapor Esse vapor é utilizado para mover uma turbina ou gerar eletricidade Comparativamente as caldeiras aquatubulares demonstram maior eficiência quando comparadas às caldeiras de fogo direto pois a água é aquecida por um fluido intermediário o vapor ao invés de ser diretamente exposta ao fogo Essa particularidade reduz o consumo de combustível e a emissão de poluentes Além da eficiência as caldeiras aquatubulares também se destacam pela segurança proporcionada A água fica confinada dentro dos tubos eliminando o risco de explosões Essas caldeiras são amplamente empregadas em diversas aplicações como geração de eletricidade aquecimento industrial e residencial 311 Funcionamento O funcionamento de uma caldeira aquatubular é simples Através da combustão de carvão gás ou óleo no forno a água é aquecida e circula pelos tubos dentro do forno gerando o vapor que é posteriormente utilizado para movimentar uma turbina ou gerar eletricidade 332 Componentes Uma caldeira aquatubular é composta por diversos componentes entre eles Forno Câmara onde ocorre a queima do combustível Tubos Por onde a água circula Câmara de vapor Local onde o vapor é gerado Turbina Dispositivo que transforma o vapor em energia mecânica Gerador Equipamento que converte a energia mecânica em energia elétrica 44 Tipos Existem vários tipos de caldeiras aquatubulares tais como Caldeiras aquatubulares a vapor Utilizadas para gerar vapor destinado a mover turbinas ou gerar eletricidade Caldeiras aquatubulares de água quente Utilizadas para gerar água quente para aplicações de aquecimento Caldeiras aquatubulares de água sobreaquecida Usadas para gerar água sobreaquecida em aplicações de aquecimento Vantagens As caldeiras aquatubulares apresentam diversas vantagens Alta eficiência Maior eficiência em relação às caldeiras de fogo direto Baixas emissões Produzem menor quantidade de poluentes Segurança Menor risco de acidentes em comparação às caldeiras de fogo direto Flexibilidade São adequadas para diversas aplicações Desvantagens As caldeiras aquatubulares também possuem algumas desvantagens tais como Custo São mais onerosas do que as caldeiras de fogo direto Complexidade Apresentam maior complexidade em relação às caldeiras de fogo direto Manutenção Exigem maior manutenção quando comparadas às caldeiras de fogo direto A modernização da caldeira através de um retrofit permitirá a transformação do controle de analógico para digital otimizando o desempenho ao eliminar retrocessos de gases na fornalha e agindo automaticamente em dispositivos quando necessário evitando agravamento de problemas e assegurando resultados mais eficientes no funcionamento da caldeira 32 Tipos de comandos para automatizar a caldeira 45 No geral os comandos para o funcionamento da caldeira atingem as três camadas da automação industrial sendo estas a supervisão a operação e o controle nos quais A supervisão é a atividade responsável pelo monitoramento de dados com isso podem ser traçados gráficos de tendências com variáveis analógicas e digitais relatórios sinóticos animados etc Já a operação por sua vez substitui a função da mesa de controle que incluem ações diretas sobre os atuadores permitindo enviar comandos como os de ligar e desligar os equipamentos mudar a ordem de operação dos equipamentos de controle etc O terceiro e último o controle nada mais é do que a execução de algarismos em uma unidade de processamento autônomo via CLP Dessa forma o sistema de supervisão é responsável apenas para ajustar o mecanismo de controle dinamicamente de acordo com o comportamento do processo 33 Controles de nível de água na caldeira Na caldeira o controle de nível é feito medindo o nível da caldeira 1 elemento a vazão de vapor 2 elementos e a vazão de água 3 elementos modulando a válvula de controle proporcional instalada na alimentação de água da caldeira As vantagens são que mantendo o nível constante da caldeira fazse um abastecimento contínuo evitando a entrada de grande volume de água fria quando a bomba liga Figura 9 Esquema de bombeamento de água no interior da caldeira 46 Fonte Blucontrol A partir da imagem acima é possível afirmar que o bombeamento de água no interior da caldeira possibilita uma maior economia de combustível e a redução de picos de energia visto que a bomba fica ligada constantemente evitando assim constantes quedas na pressão do vapor o que corre quando a bomba é ligada e desligada com frequência 34 Controles de combustão e tiragem Com o controle de combustão e tiragem medese na caldeira a temperatura e a pressão do vapor tornando viável a modulação de ventiladores de ar primário secundário e combustível As etapas que constituem esse processo encontramse em maiores detalhes na próxima ilustração Figura 10 Processo de verificação de dados de pressão e temperatura no interior da caldeira 47 Fonte Blucontrol 35 Descargas de fundo automáticas A organização do trabalho da caldeira em ciclos permite não somente a programação da descarga de fundo automática mas também a otimização do controle do fluxo de descarga do Iodo Essa medida organizacional consequentemente possibilita a vida útil do equipamento e evita erros de operação que geram desperdício de água conforme demonstra a próxima imagem Figura 11 Representação das válvulas de fluxoestato do sistema hidráulico de uma caldeira Fonte Blucontrol 48 36 Indicações de temperatura e a importância dos dispositivos de segurança no interior da caldeira Para além dos cuidados com a descarga de fundo automática na caldeira é importante prestar atenção em outros fatores dentre eles a indicação de temperatura em tempo real da água de alimentação e o ar primário após o pré ar Com essas informações o operador consegue monitorar de forma mais precisa o comportamento de operação da caldeira Desse modo o controle de temperaturas altas geradas na fornalha local onde se concentra a queima do combustível eou substâncias a serem transformadas em vapor na caldeira assim como o controle da pressão dos gases ao longo do processo é todo empregado em processadores local onde cada um dos sensores é conectado Estes últimos por sua vez encaminham as informações necessárias para os operadores automáticos onde todo o pessoal responsável pela parte administrativa tem o acesso por meio de código de rastreio dos sensores Nestes os sinais de on e off podem ser inseridos Na medida que os processadores entendem o término de uma função mandase sinal off para um setor da caldeira e on para outro setor e viceversa Segue abaixo um exemplo de aparelho que serve para medir a temperatura na caldeira Figura 12 Controlador de temperatura N1030 Fonte Novus 49 A aferição da temperatura na caldeira assim como os demais elementos discutidos nas subseções do 3º capítulo desse trabalho visam não somente o bom funcionamento da caldeira mas também a sua segurança Portanto é imprescindível estudar conhecer aplicar e se atentar para as normas e procedimentos de segurança imbricadas nos variados processos das caldeiras uma vez que estas envolvem a indústria como um todo com prejuízos materiais e financeiros em caso de mau funcionamento eou acidentes com os funcionários Dessa forma a falta de segurança na caldeira principalmente em casos de explosão pode implicar até mesmo a interrupção das atividades laborais na indústria Assim cada vez mais se faz necessário a presença e o uso dispositivos de segurança adequados como os sensores e controladores de temperatura por exemplo nas caldeiras Até porque o trabalho humano nesses reservatórios de conversão de combustível em gáses envolve medições periódicas de verificação de temperatura a pressão dos gases e níveis de água dos tanques e reservatórios e estas precisam estar em níveis seguros Antes do alargamento dos instrumentos de segurança e dos protocolos de segurança nas caldeiras os operários tinham que monitorar a vazão de água que passava pelos processos desses reservatórios para que tudo funcionasse da melhor forma e com menos falhas Essas condutas resultaram em erros constantes problemas recorrentes e além disso ocorria a interrupção da produção o que era muito comum nesse sistema mais antigo assim como os acidentes e fatalidades envolvendo os funcionários Esses fatores gerando um enorme transtorno e prejuízo para a indústria assim como o próprio desgaste da caldeira que constantemente precisava de manutenção por conta dessas avarias Dessa forma é importante ressaltar que além dos cuidados com a segurança previstas na NR 12 da ABNT todo o processo de funcionamento de caldeira também deve operar em consonância com a norma regular 13 50 da ABNT assim como as suas periódicas manutenções destacas nas imagens abaixo Figura 13 Processo de limpeza da caldeira Fonte MBX Máquinas 2021 Figura 15 Retirada de ferrugem da caldeira através do lixamento da estrutura metálica Fonte SIMFER 51 Nessa perspectiva a partir do momento em que a automatização da caldeira é empregada ela deve passar por inspeções de forma criteriosa com o intuito de que sejam feitas as melhorias no próprio equipamento antes de instalar os equipamentos que fazem parte da automação industrial onde caso necessário sejam feitas as melhorias e correções necessárias para depois instalar os equipamentos e enfim automatiza la A partir do momento em que esta caldeira entrar em ação tudo estará sob responsabilidade dos sensores e softwares instalados e as manutenções futuras podem ser feitas a partir do momento em que o sistema de sensores identificar a qualquer momento a necessidade de haver uma intervenção além de continuamente haver o controle de dados e armazenamento de informações acerca do desempenho da caldeira podendo ser feitas de forma mais rápida e planejada 4 PROPOSTA DE PROJETO DE AUTOMAÇÃO PARA CALDEIRA 41 Levantamento do Local Os comandos elétricos são muito importantes pois eles ajudam a proteger os componentes presentes na caldeira do tipo aquatubular fabricada pela Siemens capacidade de produção de vapor de 10 tonh e foi construída no ano de 2010 Da mesma maneira os protegem em caso de problemas relacionados à elétrica É importante saber que a caldeira trabalha com combustíveis seja óleo biomassa entre outros que podem ocasionar em explosões caso haja falhas em algum componente elétrico da caldeira ocasionando um curtocircuito Além disso é necessária a instalação de quadro de comandos elétricos nas caldeiras pois o emprego de componentes atualizados também ajuda no funcionamento de bombas ventiladores de insuflamento e exaustores Nesse quadro além de dispositivos comuns como disjuntores barramentos há cabos devidamente dimensionados para cada componente separadamente sendo eles aterrados com dispositivos contra surtos Já os motores serão comandados por inversores de frequência que serão responsáveis por manter a velocidade de acordo com o que os comandos dos sensores 52 pedem assim como também a parada ou funcionamento dos motores e a proteção contra sobrecorrentes quedas de tensão e curto circuitos Segundo Curcino 2022 p 23 o motor redutor é um equipamento mecânico que possui a função de diminuir a velocidade de rotação de um motor oferecendo assim um torque mais elevado Com esse tipo de característica este equipamento pode se mostrar extremamente útil em diversos setores além de ser ideal a sua utilização para motores de menor potência Além disso não demandam uma conexão elétrica somente sendo acoplados ao motor de indução WEGCESTARI 2019 Para a escolha de um dispositivo desse modelo levase em consideração a velocidade final desejada o torque que é oferecido além da potência que normalmente será a mesma do motor em que está sendo acoplado Nas caldeiras utilizase os motores redutores no sistema de alimentação de lenha para a queima composto por 3 motores de baixa potência responsáveis pela porta guilhotina carro alimentador e descarga de lenha Como esses motores demandam uma baixa rotação além de um torque elevado uma vez que movimentam cargas pesadas esse dispositivo se mostra fundamental 42 Dimensionamentos do comando das bombas da caldeira As bombas das caldeiras possuem uma válvula de retenção para que a água presente na tubulação de saída não apresente retorno e não exerça força peso em cima do mancal da bomba causando sua avaria Os tipos de bombas utilizadas em caldeiras são bombas do 35 tipo centrífuga por se tratar de bombas próprias para bombear água de reservatórios inferiores para superiores Para as bombas funcionarem elas trabalham em conjunto com os sensores de nível que atuam como interruptores indicando se o nível do reservatório está baixo e se é necessário o seu acionamento para o abastecimento do reservatório Já para o dimensionamento correto das bombas devese levar em consideração a vazão a ser recalcada Q e da altura manométrica da instalação Hm A vazão a ser recalcada Q se dá em função do tempo de funcionamento além do volume de água desejado que seja manipulado Já a altura manométrica se baseia na diferença dos níveis envolvendo os pontos inicial e final do transporte do fluido e o comprimento e diâmetro das tubulações de sucção Notase que quanto maior a altura de bombeamento menor a vazão fornecida pelo equipamento e viceversa Ademais temos uma 53 relação entre potência e essas duas variáveis na qual quanto maior a potência maior a vazão ou maior a altura de bombeamento TOLENTINO JÚNIOR 2021 Tendo em vista as caldeiras as bombas hidráulicas são de fundamental importância uma vez que possuem a função de injetar a água que produzirá o vapor Porém vale destacar que os parâmetros de dimensionamento não se mostram significativos visto que a bomba não trabalha em regime permanente sendo acionada somente quando o nível de água baixa Já para a altura manométrica há apenas um pequeno desnível que deve ser vencido o qual geralmente gira em torno de 2 metros Portanto normalmente se utiliza uma bomba hidráulica do tipo centrífuga com uma potência de 125 cv que cumpre perfeitamente a função CURCINO 2022 Para dimensionar o sistema elétrico da bomba de 125 cv que é uma bomba trifásica necessitase de comando de um disjuntor trifásico de 50 A dimensionado com cabos de 10mm quadrados da bomba até o quadro com comando de contator para o sensor de nível 43 Dimensionamentos elétricos dos motores dos ventiladores de insulamento e de ventiladores exaustores Basicamente um motor elétrico é um dispositivo que possui a capacidade de converter energia elétrica em energia mecânica Nos dias atuais os motores elétricos se mostram presentes é de fundamental importância na indústria de diversos setores diferentes sendo responsável pelo consumo de 70 de toda a energia utilizada no setor industrial WEG 2022 Esses motores são utilizados para produzir uma força motriz apta a mover praticamente todas as máquinas Existem alguns tipos de motores que se destacam perante os outros na qual os motores de corrente contínua os síncronos e os de indução são os mais conhecidos Os motores CC como o próprio nome diz utilizam da corrente contínua para funcionarem sendo bastante comuns até a década de 60 Atualmente são encontrados em carros tratores e aeronaves Sua principal característica e motivo de uma grande popularidade é a regulação de velocidade que se dá apenas com uma alteração 36 da tensão de alimentação processo esse que é extremamente viável e fácil O seu desuso foi causado devido a uma evolução da tecnologia com o advento dos inversores de frequências juntamente com os motores de indução trazendo diversos benefícios e vantagens em relação ao motor CC CHAPMAN 2013 Já para máquinas de corrente alternada temos os motores síncronos e os motores de indução Os síncronos são motores cuja corrente de campo magnético é fornecida por uma fonte de potência CC separada e devido às suas 54 características especiais sendo a velocidade constante para diferentes cargas uma de grande destaque são utilizados para aplicações específicas A eficiência em aplicações onde são exigidos a correção do fator de potência altos torques e baixas correntes de partida velocidade constante em variações de carga baixo custo de operação e manutenção são os principais motivos que resultam na escolha dos motores síncronos para acionamento de diversos tipos de cargas WEG 2022 apesar de serem consideravelmente mais caros que os motores de indução E por último os motores de indução trifásico que em geral são os mais utilizados principalmente no setor industrial muito por causa do baixo preço baixa demanda manutenção melhor rendimento e a independência em relação ao fornecimento de corrente CC para seu funcionamento necessitando somente da corrente CA CHAPMAN 2013 Os motores de indução são assíncronos isto é possui uma velocidade de rotação menor do que a velocidade do campo girante sendo essa diferença em porcentagem chamado de escorregamento como na equação abaixo 𝑠 𝑁𝑠 𝑁 𝑁𝑠 100 s Escorregamento do motor em porcentagem 𝑁𝑠 Velocidade síncrona do motor em RPM N Velocidade medida no rotor em RPM No sistema de funcionamento da caldeira utilizase motores de indução trifásico com diferentes potências e diferentes tipos de partida Os motores com maiores potências são o exaustor e o insuflador CURCINO 2022 p O dimensionamento elétrico de motores de ventilador insuflador e exaustor é feito de acordo com a sua potência e o tempo em que ele permanecerá ligado assim como a rotação gerada no motor Em ambos os casos esses dois motores serão controlados por inversores de frequência que em determinado tempo os motores se manterão em velocidades variáveis a partir do comando que os sensores irão passar em relação ao combustível no interior da caldeira Por exemplo quando a temperatura aumentar até um certo ponto os exaustores serão acionados a uma potência máxima ou mínima conforme a temperatura na caldeira for se alterando Além disso nos quadros de comando das caldeiras devese ter disjuntores principais ou gerais dos comandos que fazem parte do circuito em específico Figura 16 Quadro de comando da caldeira 55 Fonte C3 Automação Industrial Conforme a figura 14 demostra um tipo de quadro de comando para motores de uma caldeira onde contém os componentes elétricos necessários para fazer uma caldeira funcionar perfeitamente e com segurança onde há os disjuntores de circuito para proteger o circuito que alimenta os inversores contatores além disso esses contatores que se conectam a bomba também é comandado por sensores de nível dos tanques mandando informações para a contadora quando deve ou não ser acionadas as bombas No caso dos exaustores e ventiladores de insuflamento os comandos de ambos 38 estão sendo realizados por inversores de frequência que são responsáveis por proteger os motores por sobrecorrentes quedas de tensão além de determinar a velocidade de giro a partir dos comandos dados pelos sensores de temperatura da caldeira pois estes funcionam em alta média ou baixa rotação de acordo com a temperatura na fornalha onde se encontra o motor de 56 insuflamento No caso dos quadros de comandos além desses componentes em sua porta existem botões que indicam os testes dos motores ou o controle de forma manual de forma automática ou desabilitação dos componentes assim como sinais luminosos e sinais sonoros os sinais luminosos indicam quando uma etapa do processo já foi cumprida ou não ou seja caso a luz esteja acesa quer dizer que aquele processo está em andamento já quando apagam que dizer que aquele processo já foi concluído Além disso na norma NBR 5410 da ABNT diz que toda massa metálica precisa estar aterrada no caso de quadros de comandos em geral quando são metálicos sua carcaça deve estar aterrada para que se evite choques elétricos quando um profissional ou operário precisar realizar intervenções neste quadro e o mesmo não corra riscos pelo simples fato de encostar no quadro de comandos Para os comandos elétricos dos motores em questão como falado acima se tratam motores trifásicos onde usase energia elétrica e a transforma em energia de movimento com isso podemos dimensionar cabos de 10 mm quadrados e disjuntor de 50 A para cada motor Equipamento essencial para o controle de pressão de uma caldeira é o pressostato onde ele pode ser considerado como um dispositivo de proteção por isso sua presença no equipamento é muito importante Basicamente ele trabalha com um set point máximo de pressão ajustado manualmente que quando ultrapassado um contato normalmente aberto é atracado podendo criar um alerta através de um sistema de sinalização ou até interrompendo a alimentação de motores como é no caso da caldeira Figura 17 Pressostato para controle de pressão da caldeira 57 Fonte Cotanet A segurança é uma prioridade fundamental no ambiente industrial pois a implementação de tecnologias nas indústrias tem como objetivo facilitar a vida dos empresários e proprietários ao mesmo tempo em que soluciona questões relacionadas a acidentes envolvendo funcionários especialmente no caso de caldeiras Com o advento dos Controladores Lógicos Programáveis CLPs e dispositivos de software as empresas têm obtido maior segurança em suas operações e enfrentado menos problemas relacionados a acidentes de trabalho 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS As caldeiras são equipamentos essenciais para muitas indústrias conforme afirmar John Smith As caldeiras são equipamentos essenciais para muitas indústrias sendo usadas para gerar calor vapor e água quente Elas são usadas em uma ampla variedade de aplicações incluindo geração de energia processamento de alimentos fabricação e construção Smith J 2023 Sendo usadas para gerar calor vapor e água quente No entanto as caldeiras também são equipamentos perigosos e podem causar acidentes graves se não forem operadas corretamente A automação de caldeiras 58 pode ajudar a melhorar a segurança e eficiência das caldeiras reduzindo o risco de acidentes e otimizando o processo de operação A automação de caldeiras envolve o uso de sistemas de controle para controlar automaticamente os parâmetros de operação da caldeira como temperatura pressão e fluxo Os sistemas de controle podem ser baseados em software ou hardware e podem ser personalizados para atender às necessidades específicas de cada caldeira onde seus principais benefícios são apresentados na tabela 1 Tabela 1 Os benefícios da automação de caldeiras I Melhor segurança Os sistemas de controle automatizados podem ajudar a reduzir o risco de acidentes monitorando os parâmetros de operação da caldeira e alertando os operadores sobre potenciais problemas II Maior eficiência Os sistemas de controle automatizados podem ajudar a melhorar a eficiência das caldeiras ajustando automaticamente a potência da caldeira de acordo com a demanda III Redução dos custos Os sistemas de controle automatizados podem ajudar a reduzir os custos economizando energia e evitando acidentes IV Melhor qualidade Os sistemas de controle automatizados podem ajudar a melhorar a qualidade dos produtos e serviços garantindo que as caldeiras sejam operadas de forma segura e eficiente Fonte Smith J 2023 A automação de caldeiras é um investimento que pode trazer muitos benefícios para as empresas Ela pode melhorar a segurança a eficiência a confiabilidade e a produtividade da caldeira Além dos benefícios citados acima a automação de caldeiras também pode ajudar a melhorar a conformidade com as regulamentações Muitas regulamentações como a NR 12 exigem que as caldeiras sejam operadas de forma segura e 59 eficiente A automação de caldeiras pode ajudar as empresas a demonstrar que estão em conformidade com essas regulamentações O investimento total estimado para a automação da caldeira aquatubular foi de R 100000 No entanto a empresa poderá obter uma economia anual de aproximadamente R 50000 em redução de consumo de combustível manutenção preventiva e menor risco de acidentes Isso resulta em um tempo de retorno do investimento de apenas 2 anos o que torna o projeto altamente viável economicamente na tabela 2 é possível verificar de forma detalhada os custos de investimento Tabela 2 custos de investimento e estimativa de retorno Descrição Custo de Investimento R MaterialMão de Obra Economia Anual R Tempo de Retorno Anos Automação da Caldeira 100000 50000 2 Pressostato para controle de pressão da caldeira R 100000 Quadro de comando da caldeira R 500000 Controlador de temperatura N1030 R 200000 Sensor retro reflexivo R 50000 Sensor de difusão R 100000 Sensor de barreira R 200000 Mão de Obra especializada R 8850000 Fonte Elaborada pelo autor com base em consultas a catalogo de preços na internet A eficiência proporcionada pela automação permitirá que a empresa alcance um tempo de retorno do investimento de apenas 2 anos Essa rápida recuperação dos recursos investidos reforça a viabilidade econômica e a lucratividade do projeto na tabela 3 é possível observar as estimativas de ganhos com a automação da caldeira 60 Tabela 3 Estimativa de Economia Anual com a Automação da Caldeira Aquatubular Benefícios da Automação Estimativa de Economia Anual R Redução de Custos Operacionais 20000 Manutenção Preventiva 15000 Aumento da Segurança 10000 Aumento da Produtividade 5000 Economia Total 50000 Fonte Elaborada pelo autor Em uma ótica mais detalhada destacase que as estimativas para cada beneficio apontado na tabela 3 desdobrase da seguinte forma I Redução de Custos Operacionais R 20000ano A automação da caldeira possibilitará um controle mais preciso do consumo de combustível otimizando a queima e minimizando desperdícios Com isso estimase uma redução de 15 nos gastos anuais com combustível resultando em uma economia de aproximadamente R 20000 por ano II Manutenção Preventiva R 15000ano Os Controladores Lógicos Programáveis CLPs permitirão o monitoramento contínuo da caldeira identificando possíveis falhas com antecedência e possibilitando a realização de manutenções preventivas Com a redução de falhas e intervenções corretivas estimase uma economia anual de R 15000 em custos de manutenção III Aumento da Segurança R 10000ano A automação eliminará a necessidade de intervenção manual em processos perigosos reduzindo significativamente os riscos de acidentes e danos materiais Com a diminuição de acidentes de trabalho estimase uma economia anual de R 10000 em custos com seguro e despesas relacionadas a incidentes IV Aumento da Produtividade R 5000ano A caldeira automatizada funcionará de forma mais consistente e precisa 61 evitando paradas não programadas e garantindo um fluxo contínuo de produção Com a otimização da produção estimase um aumento na receita anual de R 5000 A automação da caldeira aquatubular apresentase como um investimento promissor para a indústria trazendo inúmeros benefícios de forma significativa A redução dos custos operacionais a otimização da manutenção preventiva o aumento da segurança e da produtividade são fatores que impulsionam a competitividade e a eficiência dos processos industriais Contudo é importante ressaltar que o estudo atual se concentrou em benefícios financeiros e operacionais imediatos deixando espaço para futuras pesquisas explorarem questões relacionadas ao impacto ambiental da automação o desenvolvimento de tecnologias de automação mais avançadas e a análise de possíveis desafios que possam surgir com a implementação dessa tecnologia em indústrias de diferentes portes e segmentos Tais investigações podem oferecer uma visão mais abrangente e aprofundada dos efeitos da automação permitindo tomadas de decisão mais embasadas e uma evolução contínua na busca pela excelência nas operações industriais Referencia 62 ALMEIDA P A 2018 Sensores e atuadores uma abordagem prática Rio de Janeiro Elsevier ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT NBR 5410 Instalações Elétricas de Baixa Tensão Rio de Janeiro 2004 BLUCONTROL Automação de caldeira Blucontrol Sl Sd Disponível em httpswwwblucontrolcombrautomacaodecaldeira Acesso em 04 jul 2023 BURNTECH Caldeira Industrial saiba como escolher a sua Blog Burntech Sl 24 jan 2022 Disponível em httpsblogburntechindbrcaldeiraindustrialcomoescolher Acesso em 04 jul 2023 CARAVALHO Wellington Automação industrial conceito objetivos e vantagens Futurecom Sl 12 jul 2021 C3 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Painel de controle de caldeiras sd 1 fotografia Disponível em httpc3automacaoblogspotcom201005paineldecontrole decaldeirashtml Acesso em 04 jul 2023 CALDAS Natanael Lopes Estudo e projeto de automação e supervisão de uma caldeira industrial CBC 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