UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPICET Instituto de Ciências Exatas e TecnológicasCursos Superiores de Menor DuraçãoCurso de Tecnologia em Automação IndustrialCampus Jundiaí

PIM – Projeto Integrado MultidisciplinarElaborar um projeto de automação industrial para uma empresa de porte pequeno/médio. 

Jundiaí, Dezembro de 2011.

ROGÉRIO DUARTE SILVA RA A479457RODOLFO MORETTI RA A467DD6LEANDRO TAFARELLO RA A425314CARLOS CASSIANO GUANAES BITTENCOURT RA A7137J1DAVIDSON DOS SANTOS PINTO RA A5804D0WILLIAN VIANAUNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPICET Instituto de Ciências Exatas e TecnológicasCursos Superiores de Menor DuraçãoCurso de Tecnologia em Automação IndustrialCampus Jundiaí

PIM – Projeto Integrado MultidisciplinarElaborar um projeto de automação industrial para uma empresa de porte pequeno/médio. 

Projeto Integrado Multidisciplinar, apresentado como exigência parcial para a conclusão do Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial da Universidade Paulista, realizado sob orientação do professor Sr. Romildo Aparecido Godoy.

Jundiaí, Dezembro de 2011.APROVAÇÃO

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPCURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

O Projeto Integrado Multidisciplinar: Elaborar um projeto de automação industrial para uma empresa de porte pequeno/médio. 

Elaborado pelos alunos, Rogério Duarte Silva, Leandro Tafarello, Carlos Cassiano Guanaes Bittencourt e Rodolfo Moretti, Willian Viana e Davidson dos Santos Pinto e aprovado pelo professor orientador Sr. Romildo Aparecido Godoy, bem como pela Coordenação Acadêmica do Termo de Autenticidade em 08 de Dezembro de 2011, foi aceito como requisito parcial para obtenção do certificado do Curso Superior de

Tecnologia em Automação Industrial.

Jundiaí, 08 de Dezembro de 2011.

______________________________________________Coordenador Acadêmico – Sr. Rodrigo Matarazzo

______________________________________________Professor Orientador – Sr. Romildo Aparecido Godoy

TERMO DE COMPROMISSO

Os alunos Rogério Duarte Silva, Leandro Tafarello, Carlos Cassiano Guanaes Bittencourt e Rodolfo Moretti, Davidson dos Santos Pinto e Willian Viana abaixo-assinados do CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL, da Universidade Paulista, realizado nas dependências do Campus Jundiaí, declaram que o conteúdo do Projeto Integrado Multidisciplinar intitulado: Elaborar um projeto de automação industrial para uma empresa de porte pequeno/médio é autêntico, original, e de sua autoria exclusiva.

Jundiaí, 08 de Dezembro de 2011. 

________________________________________Rogério Duarte Silva – RA A479457

________________________________________Carlos Cassiano Guanaes Bittencourt – RA A7137J1

________________________________________Leandro Tafarello – RA A425314

________________________________________Rodolfo Moretti – RA A467DD6

________________________________________Davidson dos Santos Pinto – RA A5804D0

_______________________________________Willian Viana

Dedicamos,

Á todos os nossos familiares; esposa, noivas, filhos e filhas, pai e mãe que souberam compreender os momentos em que estivemos distantes ou ausentes para a realização deste trabalho e a todos os professores que tanto contribuem para o nosso crescimento intelectual, pessoal, e profissional e em especial ao professor Sr. Romildo Aparecido Godoy pela dedicação na orientação desse trabalho. 

RESUMO

ABSTRACT

SUMÁRIOINTRODUÇÃO..................................................................................................091. BASES PROCESSOS ESTAMPAGEM........................................................101.1 Prensas - Definição.......................................................................2. ESTAMPOS.................................................................................................23  3. MATÉRIA PRIMA........................................................................................273.1 Caracteristicas...................................................................................273.1.1 Estampabilidade..............................................................................273.1.2 Coeficiente de Encruamento.............................................................283.1.3 Anisotropia.......................................................................................293.2 Ensaios de Estampabilidade.............................................................303.2.1 Ensaios Erichsen...............................................................................313.2.2 Ensaio Olsen...................................................................................323.2.3 Observações Ensaios Olsen e Erichsen............................................323.2.4 Aspectos Críticos..............................................................................333.2.5 Principais Normas para Testes.........................................................343.2.6 Outros Ensaios...............................................................................353.2.7 Máquinas EnsaioEstampabilidade...................................................363.3 Curvas Limite de Deformação.........................................................384. PROCESSO DE ESTAMPAGEM..................................................................394.1 Lista de Componentes......................................................................404.2 Fluxograma de Processo.................................................................415. ETAPAS PROCESSO PRODUTIVO...........................................................42  7. CONCLUSÃO...............................................................................................718. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................72

INTRODUÇÃOEste trabalho tem como objetivo apresentar uma proposta de melhoria no processo de fabricação de bebidas isotônicas, automatizando a linha de produção para que o contato manual com o produto seja mínimo.As empresas de pequeno/médio porte tem dificuldade de obter máquinas prontas para essa função, pois os custos desses equipamentos são muito autos tornando inviável a compra dos mesmos.Tendo isso em mente e fazendo o uso da tcnologia estamos propondo um projeto de automação da linha de produção de bebidas isotônicas, composto por tanques de mistura, esteira transportadora de frascos,estação de tampagem e embalagem.Todas as fases do processo são automatizadas e controladas por sensores e microcontroladores para garantir a qualidade do produto e o mínimo de contato humano durante o processo atendendo as exigências dos órgãos de fiscalização.

1. Automatização do sistema de controle de temperatura dos tanques de mistura do produto acabado.

O sistema de mixer e aquecimento são compostos por vários equipamentos, abaixo será feita um breve resumo sobre cada componente desse sistema.Primeiramente vamos falar um pouco sobre o material que será usado praticamente em quase todo o processo, desde os parafusos até as estruturas da linha de produção.A família de aço inoxidável contém no mínimo 11% de Cromo, elemento o qual concede ao inox a resistência à corrosão. Outros elementos podem ser acrescentados, melhorando diversas propriedades. O aço inoxidável pode ser agrupado em três famílias:1.1 - Tipos de aço inoxidavel:- Austeníticos (Tp 304, 304L, 316, 316L etc.).São formados principalmente de ligas de ferro + cromo + níquel. Características: * Alta resistência à corrosão; * Não endurecíveis por esfriamento rápido de alta temperatura, todavia endurecível por trabalho a frio * Alta durabilidade * Não magnéticos (após conformações podem apresentar leve sensibilidade magnética) * Utilizados para aplicações criogênicas (trabalhos a altas e baixas temperaturas), devido à boa resistência à oxidação e amolecimento em altas temperaturas; * No aquecimento acima de 600ºC do material AISI 304 são indicados os aços com baixos teores de carbono (304L e 316L) devido a sua tendência a corrosão no contorno de grão; * São soldáveis por diversos processos. - Ferríticos (Tp 409, 410S, 430, etc.)São formados principalmente de ligas ferro + cromo. Características: * Magnéticos; * Não são endurecíveis por têmpera (transformações martensíticas); * Podem ser furados, cortados, dobrados etc.; * Elevada resistência a corrosão (principalmente sob tensão; * Soldáveis (requer cuidados especiais); * Deve-se ter cuidado no reaquecimento a outras temperaturas, pois não ocorre refinamento de grão mediante tratamento térmico. - Martensíticos (Tp 410, 420, 498, etc)São formados principalmente de ligas de ferro + cromo, e com teores de carbono mais altos do que os ferríticos. Características: * Magnéticos; * Quando já tratados termicamente possuem moderada resistência à corrosão; * Endurecíveis por tratamento térmico, alcançado níveis de resistência mecânica e dureza; * Complicações no processo de soldagem; * Boa resistência a soluções, como ácido nítrico em temperatura ambiente, porém corrosivo em soluções redutoras com ácido sulfúrico e clorídrico. * A resistência diminui com o aumento de quantidade e elementos como Carbono, Enxofre e Fósforo. |

1.2 - Que tipos de aços inoxidáveis se aplicam na indústria de processamento de alimentos?

Os aços inoxidáveis são largamente utilizados na indústria de fabricação, processamento, estocagem, distribuição e preparação de alimentos e bebidas, Dependendo do tipo selecionado, os aços inoxidáveis podem ser aplicados na maioria de tipos e classes de alimentos e bebidas.A maioria dos recipientes, tubulações e equipamentos em contato com alimentos, de aço inoxidável, são fabricados com os tipos 304 ou 316. O tipo 430 contendo 17% de cromo é também largamente utilizado em equipamentos domésticos, onde a resistência à corrosão não é significativamente importante. Dependendo da aplicação, os tipos 304, 304L, 316, 316L e 430 podem ser adequados para o processamento e manuseio de alimentos, levando em consideração que em termos de resistência à corrosão a escala decrescente é a seguinte:

Tipos 316 > Tipos 304 > Tipos 430Se o tipo de aço inoxidável for corretamente especificado, a corrosão será totalmente evitada. A condição e acabamento da superfície não são muito importantes para o sucesso da aplicação do aço inoxidável. Superfícies lisas não apenas proporcionam uma boa limpeza, mas também reduzem o risco de corrosão. Os tipos de corrosão a que os aços inoxidáveis podem ser susceptíveis são indicados a seguir.Corrosão por pite ou frestas:  Ocorrem principalmente em soluções aquosas contendo cloretos. Embora o ataque possa ocorrer em condições neutras, condições ácidas e aumentos de temperatura promovem a corrosão por pite e frestas. A corrosão por pite se caracteriza por pites profundos em superfícies livres. A corrosão por frestas ocorre em soluções contendo frestas ou em reentrâncias de estruturas.Corrosão Sob Tensão: É uma forma localizada de corrosão caracterizada pelo aparecimento de trincas em materiais sujeitos a tensão em ambiente corrosivo. Normalmente ocorre na presença de cloretos e em temperaturas acima de 60° C.Corrosão Intergranular: É o resultado de ataque localizado, geralmente em zonas de aquecimento em regiões soldadas. Normalmente ocorre nos aços austeníticos standard. O risco de corrosão intergranular é praticamente eliminado ao especificar aços com baixo carbono (0.030%Max.) Uma limpeza efetiva é essencial para manutenção da integridade do processo e prevenção da corrosão. A escolha do processo de limpeza e sua freqüência dependem da natureza do processo, do alimento processado, do depósito formado, condições de higiene etc.Os métodos de limpeza indicados para equipamentos de aço inoxidável são os seguintes:Água e vapor, Esfregamento mecânico, Pós e detergentes, Soluções alcalinas, Solventes orgânicos, Ácido nítrico.Desinfecção de equipamentos de aço inoxidável: Desinfetantes químicos são freqüentemente mais corrosivos que agentes de limpeza e seu uso devem ser feito com cuidado.Hipocloritos e outros desinfetantes podem liberar cloro que pode causar pite. Hipoclorito de sódio ou potássio é usado em agentes esterilizadores. Se estas substâncias forem utilizadas com o aço inox, a duração do tratamento deve ser mínima e seguida de enxágüe com água. Em altas temperaturas, agentes contendo cloro não devem ser usados com aço inoxidável.Sais Tetravalentes de Amônia: São muito menos corrosivas que os hipocloritos.Compostos de iodo: Podem ser utilizados para a desinfecção de aço inoxidável.Acido Nítrico:  Mesmo em baixas concentrações, o ácido nítrico tem uma potente ação bactericida e pode ser um desinfetante de baixo custo para equipamentos de aço inoxidável, especialmente em equipamentos de pasteurização.

1.3 - Vantagens da aplicação do aço inox na indústria de alimentos e afins

Os equipamentos e produtos em aço inox desempenham um importante papel no aprimoramento e manutenção da higiene em restaurantes, bares, cozinhas industriais, assim como em outros estabelecimentos ligados à alimentação e saúde. A escolha do aço inoxidável por parte, principalmente, da indústria de alimentação se deve aos inúmeros benefícios que o material oferece. Entre eles destacam-se: facilidade de higiene e manutenção, resistência à corrosão,

durabilidade, 100% reciclável, relação custo/benefício favorável e, sobretudo, as condições higiênicas impressas no material, o que o torna uma referência mundial para a preparação dos alimentos. O Núcleo Inox - Núcleo de Desenvolvimento Técnico Mercadológico do Aço Inoxidável - e as empresas associadas Acesita Serviços SP, Inoxpar, Mecanochemie, Perc, Schmolz, Sander e Weldinox participam da Fispal Tecnologia, entre 12 e 15 de junho, no Pavilhão de Exposições do Anhembi, para apresentarem aos profissionais das indústrias de equipamentos destinados ao processamento e serviços de refeições as vantagens da utilização do aço inox no segmento alimentar. Os produtos em exposição vão desde bobinas, chapas, barras, tubos, arames, parafusos, porcas, arruelas, barra roscada, tanques e filtros passando por materiais para decapagem, passivação, desengraxante, fosfatizante até eletropolimento, polimento mecânico e soldagem. Quando se trata de segurança alimentar um dos aspectos que merece atenção especial é quanto à seleção de materiais que entram em contato com o alimento, durante todas as fases da industrialização: preparação, manuseio, estocagem e transporte. Portanto, para garantir condições adequadas, as superfícies em contato com os alimentos precisam ser lisas, impermeáveis, livres de fendas, trincas e arranhões para que não retenham matéria orgânica. Também devem ser constituídas de material não tóxico e inerte, ou seja, incapaz de modificar o odor e o sabor dos alimentos e bebidas, resistente à corrosão e não-absorvente. O aço inox reúne os atributos necessários no contato com os alimentos, enquadrando-se em cada uma das determinações. Reconhecido pela legislação de vários países, o material também atende às especificações da norma RDC 216, editada pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), e que diz que as superfícies dos equipamentos, móveis e utensílios utilizados na preparação, embalagem, armazenamento, transporte, distribuição e exposição de alimentos devem ser lisas, impermeáveis, laváveis etc. A RDC 216 também faz menção ao reservatório de água, que deve ser edificado e ou revestido de materiais que não comprometam a qualidade. Na indústria alimentícia o material é empregado em contêineres para transporte; processadores; tanques de armazenamento, entre outros equipamentos e utensílios que fazem parte desses ambientes. “O aço inox colabora de forma decisiva para promover condições sanitárias seguras em todas as etapas de trabalho das indústrias ligadas ao setor de alimentação. O setor de alimentação e saúde representa 11% do consumo do aço inox no País”, diz Arturo Chao Maceiras, diretor-executivo do Núcleo Inox. 

1.4 - Aplicações típicas dos vários tipos de aço inoxidável:

Tipo 420  Facas profissionais e de cozinha, espátulas etc.Tipo 430:Mesas, painéis, revestimento de equipamentos. Utilizado em ambientes moderadamente corrosivos (vegetais, frutas, bebidas, alimentos secos, etc.).Tipo 304 :Cubas, bacias, tubulações, partes de máquinas (componentes que exigem conformação e soldabilidade). Resistência à corrosão superior aos 430.Tipo 316 :Componentes utilizados com alimentos mais corrosivos (carne/sangue, alimentos com moderado conteúdo de sal), que são limpos freqüentemente.Tipo 904L :Utilizado com alimentos corrosivos (salmoura quente e alimentos salgados).

Duplex 2205:  Utilizado com alimentos corrosivos (salmoura quente e alimentos salgados). Maior resistência que os austeníticos. Boa resistência à corrosão sob tensão em soluções salgadas a altas temperaturas.

Super Austeníticos com 6% de Mo. - Utilizado com alimentos corrosivos (salmoura quente e alimentos salgados). Boa resistência à corrosão sob tensão em soluções salgadas a altas temperaturas. Usados em aquecimento de vapor, boilers para aquecimento de água, etc. 

1.5 - Termopares O aquecimento de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas extremidades, gera o aparecimento de uma F.E.M. (da ordem de mV). Este princípio conhecido com efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para medição de temperatura.|Um termopar ou par termométrico consiste de dois condutores metálicos de natureza distinta, na forma de metais puros ou ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junção de medição; a outra extremidade, junção de referência é levada ao instrumento medidor por onde flui a corrente gerada. Convencionou-se dizer que o metal A é positivo e B é negativo, pois a tensão e corrente geradas são na forma contínua (cc).

- Termopares Tipo PT100Os termopares TIPO PT100 são confeccionados com bulbos de resistência ( ou termômetro de resistência ou RTD ) que são sensores que se baseiam no princípio de variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Elas aumentam a resistência com o aumento da temperatura. Seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma de fio de platina de alta pureza, de níquel, de cobre (menos utilizado) ou de Platina encapsulados num bulbo de cerâmica ou vidro .Entre todos o materiais o mais utilizado é a Platina, pois apresenta uma ampla escala de temperatura, uma alta resistividade permitindo assim uma maior sensibilidade, uma alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura, uma boa linearidade resistência x temperatura e tambem possui rigidez e ductibilidade para ser transformada em fios extremamente finos, além de ser obtida de forma puríssima. Devido a isso padronizou-se então a termoresistência de platina . Os termopares do tipo "PT100" podem receber várias formas construtivas , mas o mais utilizado é sem dúvida o encapsulado em tubos de proteção de Aço Inoxidável AISI 304 / 316 / 316-L

- Especificações técnicas:PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS:-Faixa de temperatura: -260 a 960 graus Centígrados.-Alta estabilidade, repetibilidade.-Pequeno drift em relação ao tempo.-Menor influência de ruídos.-Altíssima precisão de leitura.

Figura 1: PT100

1.6 – Sistemas de Controle e Controladores de Temperatura.

Figura 1.1 – Controlador de temperaturaComo controlar, por exemplo, a velocidade de um motor para que em regime de forneça sempre uma determinada rotação, independentemente da carga a ele acoplado?Ou, como podemos garantir que em um processo a temperatura de um material esteja independente de fatores externos a 250ºC? Vamos abordar, neste artigo, um tema amplamente utilizado em todas as áreas onde precisamos de um controle realmente preciso de uma deter-minada grandeza física, o controle PID.Existem basicamente dois tipos de natureza de controle: os auto-operados e os operados por alguma energia externa.Entre os auto-operados podemos citar o mais conhecido entre eles, o controle de nível por bóia, esse que existe em qualquer caixa d’ água de nossas residências. Seu princípio de funcionamento é muito simples: quando o nível do reservatório está baixo a bóia não está acionada, fazendo com isso que o fluxo de água passe pela tubulação. Então, o nível de água vai subindo até que esta aciona a bóia cortando o fluxo de água. Eis uma forma clássica de controle de nível empregada desde a antigüidade até os dias de hoje.Já os controladores baseados em energia externa podem ser dos tipos:• Controlador pneumático;• Controlador hidráulico;• Controlador elétrico ou eletrônicoResumindo o funcionamento deles, temos que uma grandeza precisa ser controlada (temperatura, nível, pressão, vazão, ph, velocidade, posição,...). Para manter essa grandeza sob controle precisamos algumas informações:• Valor desejado Set-Point (SP);• Valor real ou valor do processo (PV);• Algoritmo de controle.Com base nessas informações, o controlador com para o valor desejado (SP) com o valor do processo (PV) e determina, com base no algoritmo de controle, o valor de correção na saída do controlador para que o valor do processo (PV) se aproxime do valor desejado (SP),Existem alguns algoritmos de controle que veremos com maiores detalhes, os quais podem operar individualmente ou trabalhar em conjunto, conforme a precisão esperada do controle e também conforme o processo:• Controle ON-OFF;• Controle com ação proporcional (P);• Controle com ação integral (I);• Controle com ação derivativa (D).

1.6.1 – Controle On-OffÉ também conhecido como o controle de “duas posições”, ou controle “liga e desliga”. O sinal de saída tem apenas duas posições que vão de um extremo ao outro, podendo ser: válvula aberta ou válvula fechada, resistência ligada ou resistência desligada, compressor ligado ou compressor desligado. Analisemos um controlador ON-OFF. Neste exemplo temos um ambiente com temperatura controlada: o valor desejado de temperatura é dado pelo SP, o valor atual da temperatura (PV) é medido por um

sensor de temperatura (por exemplo, um termopar), a função do controlador é a de chavear a resistência tendo como parâmetro o valor de temperatura fornecido pelo sensor de modo que mantenha a temperatura no valor determinado pelo SP dentro do ambiente. Vejamos que no instante 1 a temperatura tende a ficar abaixo do SP, nesse instante a resistência R é ligada através do relé K1 com a função de elevar a temperatura até o valor do SP, porém, devido à característica do processo a temperatura continua em queda durante algum tempo, antes de manifestar tendência ascendente.O uso do controle ON-OFF é ideal em aplicações onde a variável a ser controlada possui um tempo de resposta lento. Alguns exemplos de controle ON-OFF:

• Estufas;• Ar-condicionado;• Ferro de passar roupa;• Refrigeração de motoresa combustão, entre outros

1.6.2 - Controle Proporcional (P)Em processos que requerem um controle mais suave que aquele fornecido pelo controlador ON-OFF, pode ser empregado o controle proporcional (P).O controle proporcional fornece uma relação linear fixa entre o valor da variável controlada e o valor que o atuador de controle pode fornecer. Este é um processo em que a temperatura de operação pode variar de 50ºC a 550ºC. O elemento controlador tem um raio de ação que fornece ao processo uma faixa de temperatura que vai de 150ºC a 450ºC. O ponto central é 300ºC com uma faixa de controle de ±150ºC. Quando a temperatura está em 150ºC ou menos, o elemento controlador é todo aberto. Quando a temperatura está entre 150ºC e 450ºC, o elemento controlador movimenta-se para uma posição que é proporcional ao valor da grandeza controlada. A 225ºC o elemento controlador está 75% aberto, a 300ºC está 50% aberto, a 375ºC está 25% aberto e a 450ºC ou mais o elemento controlador está 0% aberto, isto é, completamente fechado. Com isso temos que a faixa de valores é de 300ºC,porém, esse número expressa uma porcentagem da faixa total de excursão da temperatura, que é de 500ºC(50ºC até 550ºC), portanto temos que a faixa proporcional expressa300ºC/500ºC, ou 60% de todo o alcance da escala.Outra maneira de explicarmos o comportamento desse controlador é através do seu Ganho, que é a relação entre a porcentagem de variação do elemento controlador pela variação proporcional da grandeza. Assim temos:Ganho = (% de variação do elemento controlador) / (% de variação da grandeza controlada)No nosso exemplo, o ganho seria de: (100% no elemento controlador) / (60% de variação na grandeza) = 1,66.Podemos dizer então, que:Faixa proporcional = (100/Ganho)Pensando eletronicamente, podemos visualizar um Controle Proporcional na figura 6, onde temos um circuito substrator com Amplificadores Operacionais, no qual, calculamos primeiramente o erro entre o SP e o PV, e depois vem um amplifica-dor onde amplificamos o erro para corrigir o valor PV alterado pelo processo. Nessa mesma figura podemos imaginar a seguinte situação: temos que controlar a

velocidade de um motor e partiremos do princípio de que o motor está rodando na velocidade determinada pelo SP.• Uma alteração na carga do motor implicará em uma variação da rotação e, conseqüentemente, em uma variação do valor do PV que, por exemplo, está sendo gerado por um taco gerador;• Essa variação implicará em uma alteração de tensão na saída do substrator, fazendo com que o circuito tente corrigir esse distúrbio alterando a tensão de saída que está acionando o motor;• A alteração é proporcional ao erro e dada pelo ganho do circuito amplifica-dor (R1/R2).Porém, quando o circuito se estabiliza ele não se estabiliza no setpoint (SP), e sim em um valor fora dele que é chamado de off-set. Esse erro é uma característica do circuito proporcional e é maior quanto menor for o ganho do circuito, tornando-se menor à medida que aumentamos o ganho. Em contrapartida, quando aumentamos o ganho aumenta-se também a possibilidade de oscilações na variável do processo, portanto, esse é um parâmetro que deve ser muito bem otimizado no controlador.Para a correção desse off-set existem em alguns controladores industriais um reajuste manual que soma ou subtrai do valor de saída um valor correspondente à eliminação do off-set.

1.6.3 - Controle Integral (I)Quando se tem um sistema onde utilizamos um controlador proporcional, nas alterações da carga o reajuste do off-set deve ser feito de forma automática, e não manual-mente como citado acima.Integrando-se o valor do erro no tempo obtemos esse reajuste; na prática o controle integral é utilizado em conjunto com o controle proporcional formando o controle proporcional - integral, o PI. Podemos entender mais claramente visualizando um circuito eletrônico onde foi implementada uma ação proporcional com a ação integral

1.6.4 - Controle Derivativo (D)O ajuste derivativo aplica ao sistema uma correção proporcional à velocidade com que o desvio aumenta.A ação derivativa associada com a ação proporcional (PD) resulta em uma correção antecipada a um desvio que ainda não aconteceu, podemos chamar também de supercorreção.Após a grande correção inicial, o controlador começa a diminuir os seus efeitos deixando que as respostas proporcionais (com ou sem ação integral em conjunto) posicionem o elemento de controle final. 

1.6.5 - Controle Proporcional Integral e Derivativo (PID)O controlador proporcional combina as vantagens do controlador PI e PD. A ação integral está diretamente ligada à precisão do sistema sendo responsável pelo erro nulo em regime permanente. O efeito desestabilizador do controlador PI é contrabalançado pela ação derivativa que tende a aumentar a estabilidade relativa do sistema ao mesmo tempo que torna a resposta do sistema mais rápida devido ao seu efeito antecipatório. Processos onde o tempo morto é elevado (da ordem de 2 minutos) e/ou retardos de

processo são difíceis de controlar utilizando controles proporcionais com ação integral ou proporcionais com ação derivativa. Processos que tenham a faixa proporcional a ser posicionada extremamente ampla e onde o tempo de reajuste é bastante grande a fim de se evitar oscilações. Otimização de Controles PIDAs condições de controle de um sistema PID podem ser estudadas utilizando algoritmos de controle integrais e diferenciais, porém eles são muito complicados, nem sempre estão disponíveis, e demandam um tempo muito grande de análise e, portanto, não são utilizados na prática. Existem métodos mais simples de regulagem de um controlador, principalmente utilizando gráficos de resposta de variáveis do processo.

1.6.7 – Controlador de temperaturaOs controladores TCM possuem entradas e saídas adequadas à maioria das aplicações de temperatura em processos e equipamentos. Todas as funções, entradas e saídas são configuradas através de teclado sem necessidade de alterações no circuito. Contém um menu reduzido e suficiente para executar as principais funções exigidas em diversos processos, tornando-se um produto versátil e amigável ao usuário.É baseado em microcontrolador RISC com operações matemáticas e algoritmos equacionados em 32 bits com ponto flutuante, o que lhe confere exatidão no processamento dos sinais.- Descrição de Controlador de temperatura O controlador de temperatura TCM-77 é utilizado para processos menos complexos, mas que exigem um alto grau de precisão. Basicamente sua aplicação é uma saída de controle + 1 alarme, como por exemplo: injetoras, estufas, fornos, máquinas, prensas térmicas. Possui entrada configurável para sensores j, k e PT-100, saída de controle relé ou pulso (a especificar) e PID automático. Tamanho 72x72mm, com display que mostra a temperatura e o valor ajustado. Auto-Sintonia (A.t)A auto-sintonia tem como objetivo identificar o comportamento do processo e com isto ajustar automaticamente os melhores valores para o controle (PID).Durante a auto-sintonia, o controlador atua no modo ON/OFF em torno do set-point SP. Em processos onde oscilações de temperatura podem causar prejuízo, ajustar o SP10% abaixo do valor de trabalho para efetuar a auto-sintonia. A auto-sintonia executa duas oscilações para identificar os parâmetros PID, o que em alguns processos pode demorar.Procedimento recomendado para execução da auto-sintonia:1°) Verificar se o controlador está instalado corretamente.2°) Verificar se o tipo de entrada e seus limites estão adequados à aplicação.3°) Verificar se a saída de controle está configurada corretamente.4°) Assegurar que o alarme não irá interferir na auto-sintonia.5°) Assegurar que o atuador responda ao controlador.6°) Ajustar o ponto de controle SP.7°) Selecionar no bloco de configuração o parâmetro A.t para YES.

- Especificações TécnicasEntrada Configurável:Termopares: j, k Termoresistência: PT-100 Exatidão da Leitura: 0,3% fundo de escala, 1 dígito a 25ºc

Impedância de Entrada: 10m ohms Conversor a/d: 16 bits de resoluçãoSaída de Controle (Especificar no Pedido): Relé: spst - na, 250Vca/3a ou Pulso: (pwm) 0/24Vcc Ação do Controle: Direta ou reversa Amostragem: 5 medidas por segundoFiltro Digital: off, 1 a 200 segundos Auto-Sintonia dos Parâmetros: p, i e d: manual automática Proteção do Teclado: 4 níveis de acesso Duplo display a led: Superior para pv vermelho com 13mm de altura Inferior para sv verde com 10mm de alturaAlarme: 1 relé spst, 250Vca/3a Alimentação Universal: 85 a 265Vca - 47 a 63Hz ou 85 a 265Vcc - Standard 10 a 30Vca - 47 a 63Hz ou 10 a 30Vcc - Opcional Consumo: 5va Temperatura de Operação: -10 a 55ºcUmidade Relativa: 5 a 95% sem condensação Material da Caixa: Plástico abs Dimensões do Frontal: 72x72mm Grau de Proteção: ip40 (no frontal) Peso Aproximado: 170g

Figura 1.2 -Controlador TCM-77

1.7 - Misturadores de Líquidos O misturador de líquidos consiste em um tambor fabricado em aço inox; possui um motor elétrico na parte superior. No eixo do motor é aclopado um eixo prolongador e no final desse eixo é inserida uma hélice que será responsável pela agitação dos líquidos, lembrando que tanto o eixo como a hélice são fabricados em aço inox como também toda a carenagem que encobre alguns pontos da máquina para não ficarem expostos como, por exemplo, o motor.O motor é controlado por um inversor de freqüência, para o controle da velocidade do misturador. O inversor é programado para iniciar o trabalho em rampa, ou seja, ele parte da velocidade zero e sobe gradualmente ate atingir a rotação pré-estabelecida evitando assim o derramamento de líquidos. 

Figura 1.3 - Misturador de líquidos 1.4 – Vista detalhado de um misturador

1.8 - Funcionamento do sistema

Componentes do Sistema

2 - Conceitos de pneumática para o sistema de dosagem e envase no frasco. Sistema de Dosagem e Envase no Frasco.

- 2.1 - ConstruçãoEquipamentos para envasar produtos de alta e média viscosidade por sistema de dosagem.- Bicos dosadores com acionamento por cilindro pneumático;- Versatilidade para trabalhar com frasco que tem bocal com diâmetro reduzido;

- Válvulas de concepção volumétrica pistão, com grande potencial de vazão e um volume de enchimento constante;- Base principal confeccionada em aço carbono e revestida em aço inoxidável;- No equipamento todas as partes em contato com o produto são confeccionadas em aço inoxidável com acabamento sanitário;-Flexibilidade de trabalhar com mais de um modelo de frasco;- Equipamento dimensionado de acordo com as necessidades do cliente;- 2.2 - Exemplos de Máquinas Dosadoras para Envase

Figura 2 - Máquina Dosadora Rotativa Figura 2.1 - Máquina Dosadora Móvel

2.3 - Envase, codificação e PaletizaçãoA primeira etapa da segmentação discreta é o envase dos recipientes, neste caso latas

Figura 2.2 - Esquemático da etapa envase, codificação e paletização.

A etapa de envase é realizada na enchedora que preenche as latas a uma taxa de serviço de EN , As latas sempre estão disponíveis para a enchedora.As latas preenchidas que saem da enchedora seguem para um pool com capacidade máxima definida C POOL . A Etiquetadora puxa através da esteira com velocidade vE as latas deste pool para realizar a codificação do lote de fabricação. A etiquetadora opera a uma taxa de serviço de ET .Os recipientes devidamente preenchidos e etiquetados seguem para a paletizadora para formar packs, facilitando a comercialização dos produtos. A paletizadora possui uma taxa de serviço P .

2.3.1 - Paradas imprevistasAs segmentações contínua e discreta estão altamente correlacionadas, uma interferência na parte discreta reflete na contínua e vice e versa. É comum este tipo de processo está sujeito à falhas como falta de filme na paletizadora, travamento da esteira, entupimento do bico da enchedora, etc. Também é comum no dia a dia da fábrica existir divergência na carbonatação. Isso ocorre, pois o controle é feito manualmente e diante a variações no sistema não há ajuste automático da pressão de CO2 , fazendo com que a bebida fique fora dos padrões.Tomemos como um exemplo de falha a falta de filme na paletizadora, a esteira irá parar e consequentemente haverá travamento automático na etiquetadora. Se a etiquetadora não puxa latas para codificar rapidamente o pool de latas cheias terá sua capacidade máxima atingia, nesse momento a enchedora irá parar. Com a parada na enchedora, a vazão da bebida que passa pelo medidor de gás é cortada. Se a bebida não flui, o tanque de carbonatação atinge o máximo e haverá travamento na válvula que o separa do mixer. Quando não há fluxo do mixer para a carbonatação, a mistura volta e circula mais tempo no trocador de calor, consequentemente sua temperatura ficará abaixo do que a padronizado no sistema em regime.Quando o filme é reposto na paletizadora, a linha volta a operar normalmente. Porém a mistura sairá do mixer a uma temperatura baixa, consequentemente ela absorverá uma quantidade maior de CO2 pois o ajuste da pressão está para uma mistura de

diferente faixa de temperatura. A bebida que sairá para a enchedora estará fora do padrão e a válvula do medidor de concentração será fechada, provocando um novo travamento em toda a linha.Se o operador for até a válvula de CO2 e ajustar a pressão para a nova temperatura, haverá uma nova divergência, pois como a linha estava parada, a mistura novamente circulará no trocador de calor mais vezes. Caso o operador consiga restabelecer a pressão correta para a temperatura baixa, com o passar do tempo a mistura voltará a temperatura normal de regime e a pressão está ajustada para uma temperatura menor, haverá nova parada na linha. Então o operador tem que ficar controlando a pressão até o sistema voltar ao regime. Isso demanda tempo e experiência do operador.

2.4 - Descrição do processoSão sistemas desenvolvidos para atender as necessidades específicas de cada cliente que podem ser construídos a partir de medidores mássicos ou volumétricos com alta exatidão (0,2%) e alta repetibilidade (0,05%), podendo ser sistemas móveis ou fixos. Nossos Sistemas de Dosagem e Envase permitem exatidão no envase de qualquer tipo de recipiente ou tanque. Para garantir esta eficiência e exatidão, utilizamos válvulas dosadoras de reconhecida qualidade no mercado e desenvolveu uma válvula anti-respingos que, juntas, fazem o controle do corte de fluxo segundo o valor desejado do envase. É um sistema que garante um envase ou uma dosagem de forma exata e eficiente, eliminando erros operacionais.

3 – Automatização da esteira transportadora entre a máquina de enchimento e a estação de fechamento do frasco, utilizando o microcontrolador para controle de velocidade da esteira, conforme a velocidade da enchedora.

3.1 - Microcontrolador (PIC16F877A)O microcontrolador PIC16F877A é um componente bastante utilizado e muito difundido entre os usuários dos microcontroladores Microchip®. Suas características principais são: microcontrolador com 40 pinos, 33 portas configuráveis como E/S digital, 15 interrupções disponíveis, memória deprogramação FLASH, que permite a gravação rápida do programa diversas vezes no mesmo chip, memória de programa 8k words, memória RAM de 368 bytes, três times, diversas formas de comunicação serial (SPI, I²C e USART), conversores e comparadores analógicos, dois módulos CCP (Capture, Compare e PWM, programação in-circuit, Power - on reset, Brown - out reset)

Figura 3.1 – Microcontrolador PIC

3.2 - FototransistorNessa aplicação, os emissores utilizados são lasers que emitem raios de luz aos receptores que estão instalados na posição visagem direta, ou seja, receptores de frente para os emissores, o que proporciona ao receptor o recebimento constante do feixe de infravermelho e no momento em que oobjeto se interpõe ele detecta a interrupção do feixe.As suas principais características são o ângulo de captação, a potência que podem dissipar (os foto-transístores são dispositivos de baixa potência), a máxima tensão

colector – emissor e a corrente de colector “no escuro”, que são representadas por Vceo e Iceo respectivamente, a corrente de colector a plena luminosidade (ICA), bem como os tempos de comutação.

Exemplo: O tipo BPW42 tem:- Ângulo de captação de 40º- Potência de dissipação até 100mW - Vceo de 32V- Iceo de 0,2 ?A com Vce de 20V  - ICA de 1 mA

Figura 3.2 - Circuito do Foto transistor:

Figura 3.3 – Amplificador Fototransistor

3.3 – Circuito da Esteira TransportadoraO circuito eletrônico da Esteira Contadora é mostrado na Figura 3.5, sendo que sua montagem é muito simples. Nele pode-se observar o microcontrolador PIC16F877A conectado aos Displays 1 e 2, nas portas de saída RD0 a RD6 e RB0 a RB6 respectivamente. Também é possível observar o MAX232 que é responsável pela comunicação serial nas portas RC6 e RC7, já os fototransistores encontram-se nas portas RA0 e RA1. Finalizando, tem-se o motor de Potência: 1 a 15 cv (IV pólos) e 0,5 cv a 10 cv (VI pólos

Figura 3.5 - Circuito eletrônico

3. 4 - Características do motor:

Figura 3.6 – Motor Elétrico3.4.1 - Especificações TécnicasPotência: 1 a 15 cv (IV pólos) e 0,5 cv a 10 cv (VI pólos);Carcaça: 80 a 132M/L;Classe de isolamento: F;Tensão: 220/380VCor: Verde RAL 6021;Rotor de gaiola de esquilo e ímãs permanentes de alta energia (NdFeB);Operação síncrona, rotação não varia com a carga;Partida direta da rede, como um motor de indução normal;Apto para aplicações que exigem variação de velocidade com controle escalar;Plataforma mecânica W22;Excede os níveis de rendimento IE4 (norma IEC).

- Benefícios:Intercambiável com os motores de indução normais (mesma relação potência × carcaça);Não requer o uso de sensores/encoder em aplicações com inversores de frequência;Não requer o uso de relés de proteção especiais;Baixa temperatura dos mancais – vida útil estendida e redução de horas de manutenção;

Sincronização de velocidade com múltiplos motores acionados pelo mesmo inversor.

Aplicações:Ventiladores;Esteiras Transportadoras;Bombas;Extrusoras;Outros

3.5 - SoftwareO projeto utiliza a linguagem em C para a programação do microcontrolador PIC 16F877A, sendo que, primeiramente, fez-se necessário a criação de fluxograma das funções que seriam utilizadas no projeto. Em seguida, passou-se para a etapa de escrita das funções descritas pelo fluxograma na linguagem C.

3.6- FuncionamentoA partir do acionamento do motor pela interface gráfica, a esteira dará início ao transporte dos frascos. Estes serões detectados pelos fototransistores que estão fixados em uma das extremidades da esteira. Essa detecção levará em conta a chegada dos frascos, conforme ilustra a Figura 3.7 e a quantidade pré-determinada pelo usuário através da interface gráfica, onde esta enviará um sinal (Chegada dos frascos) para o microcontrolador através da comunicação serial e estes valores serão armazenados no microcontrolador (PIC16F877A).

Figura 3.7 – Sistema de Funcionamento

À medida que a esteira é ligada o microcontrolador é acionado para controlar a velocidade da esteira conforme a máquina enchedora e a estação de fechamento que vão sendo detectados pelos fototransistores, o motor desligará automaticamente e o microcontrolador é acionado através da comunicação serial que vão estar sendo exibidas nos displays o acionamento da máquina enchedora. Quando a quantidade (ml) especificada pelo usuário for atingida, o motor ligará automaticamente, indo para a estação de fechamento dos frascos.Se refere a um processo aperfeiçoado para fechamento de frascos, no qual frascos enchidos são fechados por um elemento de fechamento com a deformação do frasco, e com a formação de uma ajustagem com montagem forçada de vedação entre o frasco e o elemento de fechamento,onde o microcontrolador possa executar o processo.O processo de acordo com o elemento de fechamento está afixado com uma pressão de prensagem de vedação baixa para formar uma ajustagem de montagem de vedação numa única fase de fechamento.

Conclusão

O desenvolvimento do projeto se deu pela constatação da necessidade do cliente produzir bebidas isotônicas com baixo custo de maquinário mas atendendo as exigências dos órgãos de fiscalização quanto a qualidade do produto e do restrito contato humano no processo de produção.