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Estudo de Caso

Produção Eficiente de Produtos Plásticos

Projetada e construída pela Orex, a máquina de rotomoldagem SHUTTLE-5700 HYBRID permite o uso de fontes de energia renováveis no processo de moldagem de plástico, proporcionando economia de material e maior produtividade.

A Orex fabrica máquinas de rotomoldagem especializadas utilizadas na produção de produtos de plástico através do processo de moldagem rotacional. Estas máquinas são utilizadas para produzir tanques de armazenamento de água, brinquedos, caixas e outros itens com formas complexas. Para um cliente na Alemanha, a Orex projetou e construiu uma máquina personalizada: o SHUTTLE-5700 HYBRID. É a primeira máquina deste tamanho e sofisticação tecnológica desenvolvida pela empresa polaca. Em comparação com outras soluções disponíveis no mercado, destaca-se pela flexibilidade na utilização de fontes de energia e pela sua elevada eficiência, proporcionando poupanças significativas. A solução baseia-se na tecnologia Siemens e nos gabinetes de controlo fornecidos pela Rittal.

Como funciona a Rotomoulding?

A moldagem rotacional, também conhecida como rotomoulding, é um processo de fabrico utilizado para produzir produtos plásticos tridimensionais.

“A rotomoulding oferece vantagens significativas em relação aos métodos alternativos de conformação de plástico. Minimiza o desperdício de material, contribui para uma maior qualidade do produto e reduz o custo de produção de curtas tiragens. Também permite o fabrico de produtos com formas complexas e geometrias intrincadas,”
explica Sławomir Kocur, Especialista em Compras e Logística no Departamento de Automação da Orex.

O componente central das máquinas de rotomoldagem Orex é o forno. Dentro do forno, o material plástico é depositado nas paredes do molde sob altas temperaturas enquanto o molde gira em dois eixos. Um papel fundamental neste processo é desempenhado pelo sistema de aquecimento, que inclui componentes como queimadores a gás e outras tecnologias de aquecimento. A formação do produto é possível graças ao sistema de rotação, que garante a distribuição uniforme do plástico fundido sobre as superfícies internas do molde, resultando numa espessura de parede uniforme. Uma função adicional das máquinas de rotomoldagem é fornecida pelo sistema de arrefecimento. Arrefece o produto após a moldagem, ajudando a manter a sua forma final.

Alcançar a alta qualidade do produto requer um controlo preciso do processo. As máquinas de rotomoldagem Orex, incluindo a SHUTTLE-5700 HYBRID, estão equipadas com sistemas avançados de automação e controlo que não só garantem um controlo preciso do processo de moldagem, mas também permitem a monitorização de parâmetros e a programação de vários ciclos de produção e configurações de moldes.

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O processo de rotomolding requer uma adesão estrita aos parâmetros tecnológicos e monitorização rigorosa em todas as fases da produção.

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O processo de moldagem pode ser controlado manual ou automaticamente. No coração do sistema de controlo está um PLC SIMATIC S7-1500, enquanto a gestão e monitorização do processo são fornecidas através de uma interface de toque SIMATIC Comfort HMI.

Solutions Híbridas

O SHUTTLE-5700 HYBRID combina diferentes tecnologias de aquecimento de moldes, aumentando a eficiência energética, reduzindo as emissões de gases com efeito de estufa e melhorando a produtividade do processo. Uma vantagem fundamental das máquinas híbridas é a capacidade de usar alternativamente queimadores a gás ou aquecedores elétricos powered by fontes de energia renováveis, como painéis solares e geradores eólicos, para aquecer a câmara de moldagem.

“As soluções híbridas implementadas pela Orex são extremamente importantes no contexto da proteção climática. Substituir as fontes de energia convencionais por renováveis ajuda a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e a diminuir a pegada de carbono global,”
enfatiza Marcin Koter, Gerente de Vendas da Siemens Polónia.

O SHUTTLE-5700 HYBRID é um dos modelos de máquinas híbridas mais importantes fabricados pela Orex para o processamento térmico de materiais de polietileno em pó (PE) utilizando o processo de moldagem rotacional. Estas máquinas estão equipadas com sistemas avançados de monitorização e diagnóstico que permitem a análise contínua dos parâmetros da máquina e ajudam a prevenir potenciais problemas operacionais. Além disso, as soluções Orex baseadas na tecnologia Siemens fornecem um controlo preciso do processo, resultando numa maior qualidade do produto e numa gestão de produção mais eficiente.

Tecnologia Siemens para Solutions de Rotomolding

O processo de moldagem rotacional requer uma adesão estrita aos procedimentos tecnológicos e uma monitorização rigorosa dos parâmetros em todas as fases da produção. Durante a fabricação, um molde devidamente preparado contendo polietileno em pó é girado dentro da câmara do forno por um período especificado, a velocidades apropriadas e com mudanças programadas na direção de rotação. Um fator-chave para garantir a exatidão do processo é alcançar e manter a temperatura de moldagem adequada. A máquina OREX SHUTTLE-5700 HYBRID foi adaptada para operar com elementos de aquecimento elétrico que consistem em 24 painéis de aquecimento com uma potência de 40 kW cada, bem como um sistema de aquecimento a gás-óleo composto por dois queimadores com uma potência de 1,250 kW cada. Como os queimadores são instalados dentro de um permutador de calor, esta solução permite uma circulação de ar limpa dentro da câmara do forno, proporcionando melhores condições de combustão tanto para o gás natural como para o óleo de aquecimento.

“A máquina SHUTTLE foi equipada com modernos sistemas de controlo de movimento e posição, controladores de aquecimento PID, contactores SSR rápidos e sensores de temperatura, pressão e posição. Isto torna possível adaptar com precisão o processo tecnológico, garantindo uma produção extensiva e capacidades tecnológicas,”
diz Sławomir Kocur.

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A máquina construída pela Orex incorpora uma gama de soluções Siemens das famílias de produtos SIMATIC, SIMATIC NET e SINAMICS, bem como equipamentos de comutação e proteção de baixa tensão SIRIUS/SENTRON.

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As soluções baseadas na Siemens empregadas pela Orex permitem um controlo preciso do processo, que por sua vez se traduz numa maior qualidade do produto e numa gestão de produção mais eficiente.

O processo de moldagem pode ser controlado manualmente ou automaticamente. No coração do sistema de controlo está um SIMATIC S7-1500 PLC, que gere os componentes de actuação, recolhe dados de medição e processa a informação adquirida para executar os algoritmos do processo. A gestão de processos, monitorização e aquisição de dados são fornecidos através de SIMATIC Comfort HMI interface com ecrã táctil. Outro aspeto importante é a utilização de dispositivos de comutação e proteção fiáveis do SIRIUS/SENTRON família de produtos.

“O sistema de controlo incorpora as mais recentes tecnologias da Siemens, garantindo um controlo preciso sobre o processo. Os principais componentes responsáveis pelo controlo da máquina incluem Servo-drives SINAMICS equipado com funções de segurança avançadas. A sua implementação permite uma regulação suave da velocidade para os eixos de rotação principal e secundário, dentro de uma gama de 0,5 a 7 rpm,” diz Krzysztof Staszek, Especialista em Programação de Automação Industrial da Orex Rotomoulding.

A utilização de codificadores absolutos nos eixos de acionamento permite um controlo preciso do movimento de rotação dos braços da máquina. Graças a esta tecnologia avançada, o molde pode ser posicionado com precisão, garantindo a segurança operacional e o manuseamento rápido durante as atividades de carga, descarga e manutenção.

Como padrão, a máquina Orex está equipada com um medidor de consumo de eletricidade, um analisador de qualidade de energia e um medidor de consumo de gás.

Segurança em primeiro lugar

Um aspecto fundamental de qualquer linha de produção é a proteção do pessoal contra ferimentos e equipamentos contra danos. Na solução Orex, estes requisitos são rigorosamente observados e supervisionados por sistemas de segurança dedicados suportados, entre outros, pela tecnologia Siemens.

“A segurança da máquina SHUTTLE ao longo de toda a sua vida útil é assegurada por um conjunto abrangente de dispositivos e sistemas de segurança, suportados por modernos sistemas ativos de detecção de gás, detectores de chama, fechaduras intertravadas e bloqueios de movimento. Combinada com zonas de trabalho especialmente designadas e protegidas, bem como pessoal operacional treinado e consciente da segurança, a máquina proporciona um ambiente de trabalho seguro e moderno,” diz Krzysztof Staszek.

Para aumentar ainda mais a segurança operacional, a câmara do forno está equipada com um sistema de extracção de gases de escape de emergência e um ventilador de troca de calor adicional. Além disso, o acesso à máquina é protegido por uma cerca de segurança com portas de acesso dedicadas ao processo e à manutenção. A máquina inclui zonas designadas que só podem ser acedidas por pessoal autorizado que executa tarefas operacionais ou de manutenção.

O funcionamento do SHUTTLE-5700 HYBRID e a monitorização do processo de produção são realizados através de um painel de controlo touchscreen.

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A segurança da máquina SHUTTLE ao longo de toda a sua vida operacional é assegurada por um sistema abrangente de dispositivos e salvaguardas, apoiado por modernos sistemas ativos de detecção de gás, sensores de chama, travas de segurança intertravadas e bloqueios de movimento.

Cada estação de trabalho foi equipada com um painel de controlo manual independente. A segurança e a qualidade do processo tecnológico são supervisionadas por um sistema SAFETY implementado através de um PLC Siemens Fail-Safe, bem como pelos nossos servo-drives SINAMICS topo de linha equipados com funções de SEGURANÇA integradas
Marcin Koter, Gestor de Vendas, Siemens Polónia

Equipamento de Gabinete de Controlo

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Uma parte importante do equipamento da máquina é a gama de soluções fornecidas pela Rittal, incluindo gabinetes de controlo e distribuição VX25 com climatização integrado, bem como os sistemas de distribuição de energia VX25 Ri4Power e RiLine60.

Além das soluções Siemens, a máquina SHUTTLE-5700 HYBRID incorpora equipamentos fornecidos pela Rittal, incluindo gabinetes de controlo VX25 e distribuição de energia com controlo climático integrado, bem como sistemas de distribuição de energia VX25 Ri4Power e Riline60. No total, a máquina está equipada com 12 armários Rittal que abrigam equipamentos eléctricos de baixa tensão.

“Os dois principais gabinetes de abastecimento estão equipados com um disjuntor principal Siemens 2500 A e desconectores do interruptor de fusíveis Rittal NH3 630 A. Nos gabinetes de alimentação de saída que fornecem os elementos de aquecimento individuais, foram instalados sistemas de barramento RiLine60 com barramentos de cobre de 30 × 10 mm, juntamente com desconectores de interruptor de fusíveis e adaptadores de conexão,” explica Bartosz Kaźmierczyk, Product Manager responsável pelo segmento de Distribuição de Energia na Rittal.

O sistema de gabinete e barramento constitui uma solução abrangente para a construção de conjuntos certificados de comutação de baixa tensão com compartimentação interna. O sistema VX25 Ri4Power foi testado com equipamento elétrico Siemens de acordo com a norma EN 61439, incluindo o disjuntor de ar 3WL1225 2500 A (ACB) utilizado neste projeto.

“Esta solução foi concebida para aplicações com classificações atuais de até 6.300 A. O VX25 Ri4Power combina tecnologia de distribuição e controlo de energia num único receptáculo. O sistema modular abrangente permite a implementação rápida e flexível de qualquer secção de comutação com formas de separação de 1 a 4b. Permite também a criação de compartimentos de barramento configurados individualmente, unidades funcionais e áreas de conexão,”
diz Bartosz Kaźmierczyk da Rittal.

O projeto também incorpora quatro unidades de ar condicionado Blue e+, cada uma com uma capacidade de arrefecimento de 2 kW. Cada unidade é montada diretamente na porta de um armário de comutação. Para melhorar a eficiência energética, a Rittal utiliza tecnologia híbrida inovadora nos seus sistemas de ar condicionado. Esta tecnologia combina um sistema de arrefecimento convencional baseado em compressor com um sistema de tubo de calor que fornece arrefecimento passivo. O compressor funciona apenas quando o arrefecimento passivo por si só é insuficiente. Como resultado, a solução proporciona um menor consumo de energia e emissões reduzidas de CO₂.

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Para garantir condições térmicas ideais para os equipamentos instalados no interior dos gabinetes, foram implantadas unidades de ar condicionado Blue e+ com uma capacidade de arrefecimento de 2 kW.”

Alta Qualidade, Poupança de Custos e Benefícios Ambientais

O uso de soluções e materiais ecológicos, incluindo sistemas de energia baseados em fontes de energia renováveis e de baixa emissão, é uma das características distintivas das máquinas desenvolvidas pela Orex. Outras vantagens das soluções híbridas da empresa incluem a redução do desperdício de material e custos de produção mais baixos, particularmente para pequenas tiragens de produção.

Em comparação com outras tecnologias de moldagem, como moldagem por injeção ou moldagem por prensagem, o processo de moldagem rotacional não requer as altas pressões necessárias para forçar o material a entrar num molde. Esta característica torna-o um método ideal para a fabricação de grandes produtos de uma peça, tais como tanques, contentores e caixas externas.Além disso, a moldagem rotacional minimiza significativamente o desperdício de material. Ao contrário dos métodos de produção concorrentes, onde o excesso de material é frequentemente aparado e descartado, quase todo o plástico utilizado no processo de moldagem rotacional torna-se parte do produto final. Isto resulta numa utilização mais eficiente do material e contribui para reduzir os custos gerais de produção.

“As ferramentas utilizadas na moldagem rotacional são geralmente mais simples e menos dispendiosas do que as ferramentas necessárias para outras tecnologias de moldagem. Como resultado, o processo é mais acessível aos fabricantes, especialmente aqueles que produzem lotes de curto prazo. Além disso, os produtos fabricados com este processo caracterizam-se por uma qualidade superior. São perfeitas e livres de soldas e juntas, tornando-as mais resistentes ao desgaste, danos e stress mecânico. Todas estas vantagens tornam a moldagem rotacional uma escolha atraente para produtos que devem funcionar em condições ambientais exigentes,”
conclui Przemysław Orlik, CEO da Orex Rotomoulding.

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