Case de Sucesso: carregamento automático de esferas para forno

Em fábricas de corpos moedores, as esferas de aço chegam ao forno por calhas e estruturas de alimentação, e a cadência do forno depende de como esse material é entregue a cada carga. Quando o controle é manual, o operador fica exposto ao calor e à movimentação de peças pesadas, e a carga varia de turno para turno. O carregamento automático de esferas para forno tira essa tarefa da mão do operador e repete o mesmo movimento em todo ciclo.

A PMA Automação Industrial projetou, fabricou, instalou e acompanhou em operação um dispositivo de autoloading para uma fabricante de esferas de moagem para mineração. O equipamento foi aparafusado na estrutura de alimentação que já existia na linha, sem reconstruí-la, e passou a ser comandado por uma IHM própria integrada ao comando da planta.

O desafio

A linha recebe as esferas por uma calha e as conduz pela estrutura de alimentação até o forno. Antes do projeto, a carga dependia da ação do operador junto à linha, num ambiente com poeira, temperatura alta e peças de vários quilos em movimento.

O cliente pediu um equipamento que fizesse essa movimentação de forma automática, que pudesse ser regulado para os diferentes diâmetros produzidos e que conversasse com o comando já existente da linha. A instalação tinha de aproveitar a estrutura existente e caber no espaço em volta dela, com a linha em produção.

A solução: carregamento automático de esferas para forno

1. Barra superior de fixação. Um tubo retangular com chapas de fixação nas pontas é aparafusado sobre a estrutura de alimentação existente. É dele que todo o conjunto fica suspenso.
2. Braços em paralelogramo. Dois pares de braços em barra chata, articulados em pinos, descem por fora da estrutura. A geometria em paralelogramo faz a peça da ponta se deslocar sempre na mesma orientação, sem girar.
3. Caixa de transferência. Na ponta dos braços fica uma caixa fechada em chapa de aço, com os cubos de articulação nas extremidades. É ela que atua sobre o fluxo de esferas na entrada do forno.
4. Acionamento pneumático. Um cilindro de 63 mm de diâmetro e 120 mm de curso, montado num suporte de piso próprio, movimenta o conjunto. Dois reguladores de vazão controlam a velocidade nos dois sentidos e dois sensores magnéticos informam as posições ao comando.
5. Ajuste por fuso. Num pedestal ao lado do suporte, dois fusos de 32 mm com mancal e volante regulam a posição do conjunto. A troca de produto é feita no volante, sem trocar peças.
6. Comando e IHM. Uma caixa de comando concentra a IHM touch, o botão de emergência, o rearme e o seletor de modo. O dispositivo foi integrado em rede Profibus ao comando existente da linha.

Por que esta arquitetura

O paralelogramo resolve o movimento com o mínimo de peças: quatro braços e oito articulações levam a caixa de uma posição a outra mantendo a face dela sempre paralela. Não há guia linear exposta à poeira e ao calor, e o desgaste fica concentrado em pinos e buchas simples de trocar.

Atuação pneumática porque o ar comprimido já existia na linha, o cilindro tolera o ambiente quente e empoeirado melhor que um acionamento eletromecânico, e a velocidade é regulada nos reguladores de vazão, sem programação. O ajuste ficou mecânico, por fuso, porque só muda quando muda o produto: não precisava de servo nem de receita no CLP.

Prender o conjunto na estrutura existente, com um suporte de piso só para o cilindro, evitou reconstruir a alimentação e permitiu fabricar e testar tudo na PMA antes da parada de instalação.

Engenharia envolvida

• Projeto mecânico do conjunto pendular, do suporte e do sistema de ajuste.
• Projeto elétrico e de automação, com a lógica de comando e a integração em rede Profibus.
• Fabricação em caldeiraria e usinagem na PMA, com pintura do conjunto.
• Try-out interno mecânico, elétrico e de automação antes do envio.
• Instalação em campo mecânica, elétrica e de automação, com a passagem dos cabos de rede.
• Configuração da IHM e acompanhamento assistido da operação, com vistorias e ajustes depois da partida.

Segurança e conformidade

O operador deixou de atuar junto à estrutura de alimentação: o comando passou para a caixa ao lado da linha, com botão de emergência e rearme ao alcance. Os sensores magnéticos informam ao comando as posições do conjunto, e uma trava manual no topo permite imobilizar os braços para manutenção. O projeto considerou os requisitos da NR-12 para comando e parada de emergência.

Parceiros tecnológicos da solução

• Siemens: IHM touch e proteção elétrica do comando.
• SMC: cilindro pneumático, reguladores de vazão e sensores magnéticos.

Aplicações semelhantes

O conceito de conjunto pendular em paralelogramo com acionamento pneumático e ajuste por fuso serve a outras alimentações de forno e de máquina: forjados, fundidos, rolos e peças cilíndricas indo para tratamento térmico, prensas e usinagem. Em mineração e siderurgia, onde o ambiente castiga o equipamento, a escolha de articulações e atuadores pesa tanto quanto a lógica. Veja como a PMA trata projetos desse tipo em automação e controle e em soluções para mineração.

Perguntas frequentes

Dá para automatizar a alimentação de forno sem trocar a estrutura existente?

Na maioria dos casos, sim. Neste projeto o dispositivo foi aparafusado sobre a estrutura de alimentação que já existia, e só o cilindro ganhou um suporte de piso próprio.

O mesmo dispositivo atende esferas de diâmetros diferentes?

Atende, desde que o ajuste esteja previsto no projeto. Aqui, fusos com volante regulam a posição do conjunto, e a troca de produto é feita sem ferramenta especial e sem trocar peças.

É possível integrar o dispositivo ao CLP que já existe na linha?

Sim. O autoloading foi ligado em rede Profibus ao comando existente. O levantamento de campo define a rede, os sinais trocados e o que fica no CLP do cliente e o que fica no comando novo.

Por que usar um mecanismo em paralelogramo?

Porque ele desloca a peça mantendo a mesma orientação usando só articulações, sem guias lineares. Em ambiente com poeira e calor, isso significa menos componentes sensíveis e manutenção mais simples.