Controle de Processo & Instrumentação

Aplicação de Perfil Ótico Através do Processo

Dr. Steve Offley – PhoenixTM Ltd.; Reino Unido, Inglaterra Você sabe o que realmente acontece em seu forno? A aplicação de perfis ópticos em todo o processo o ajudará a entender completamente o que está acontecendo dentro do seu processo de tratamento térmico.

Fig. 1. Sistema de perfilamento de temperatura de processo completo que viaja através de um forno de tratamento térmico com esteira transportadora com medição da temperatura do produto e/ ou temperaturas do ar

No mercado global de tratamento térmico industrial, dezenas de milhares de produtos são passados por fornos de esteira ou similares todos os dias. O processamento térmico desses produtos - seja tratando termicamente o material do núcleo ou mesmo curando um revestimento de superfície - é frequentemente crítico para a qualidade ou desempenho do produto acabado. Quer seja a brasagem de alumínio de um radiador ou a cura de pintura na carroceria de um carro, é essencial atingir os tempos e temperaturas de processo corretos.

Aprender o que realmente está acontecendo com o produto dentro da caixa preta que é o seu forno é importante e molda o sucesso da sua operação e a satisfação do cliente.

Conforme discutido em um artigo anterior, [1] uma técnica essencial para compreender totalmente as características operacionais do processo de tratamento térmico é o perfil de temperatura do processo, onde o ambiente e a temperatura do produto são medidos continuamente conforme o produto viaja pelo processo. Essa técnica fornece o que é conhecido como “perfil de temperatura”, que é basicamente uma impressão digital térmica para aquele produto naquele processo específico.

Esta impressão digital térmica será única e permite a compreensão, controle, otimização e validação do processo de tratamento térmico. Conforme mostrado na Fig. 2, um perfil de temperatura de um forno de brasagem contínua de alumínio (CAB - Continuous Aluminum Brazing) mostra as fases críticas detalhadas do processo de tratamento térmico, cada uma contribuindo para a qualidade do produto final.

Análise de Causa Raiz: Ajuda do Perfil do Processo O perfil de temperatura de qualquer processo térmico é inesti-

Construir 392-1049˚C Até 81˚C / min

Secagem <482˚C Fluxo derretido Acima de 1049˚C Resfriamento

Derretimento de metal de enchimento 1071 a 1112˚C ± 18˚C

Fig. 2. O perfil de temperatura típico de um forno contínuo de brasagem de alumínio (CAB - Continuous Aluminum Brazing) mostrando as transições críticas de temperatura

3

3.1 3.2

3.1. Barreira térmica de alta temperatura para sistema de brasagem de alumínio com câmera e facho duplo

mável para obter uma melhor compreensão de como o forno está funcionando, e é uma ferramenta crítica para detectar falhas quando as coisas dão errado - porque dão e irão continuar dando!

A análise da causa raiz é uma ferramenta padrão usada na indústria para identificar a causa raiz dos problemas do produto ou processo sem tirar conclusões precipitadas ou ter reações instantâneas. Na análise de causa raiz, é importante distinguir entre sintomas e problemas e buscar encontrar, em meio a muitas causas potenciais, a verdadeira causa raiz.

Tomando um exemplo do processo CAB, o levantamento do perfil de temperatura pode mostrar que a causa de um problema de qualidade é devido à temperatura de brasagem do produto em uma zona específica do forno ser muito baixa. Isso, embora identifique uma causa, não explica necessariamente a causa raiz.

Uma baixa temperatura do produto em uma zona específica do forno pode ser devida a muitas causas-raiz possíveis - termopar de controle defeituoso, queimador, recirculador ou até mesmo danos à estrutura / isolamento do forno. A baixa temperatura do produto pode, em algumas circunstâncias, não ser detectada pelos controles do forno e exigirá uma investigação mais profunda.

Identificar a causa raiz exigirá a inspeção da origem do problema. Essa ação é comumente referida como “ir ao Gem-

3. 2. Barreira térmica de baixa temperatura para aplicações de pintura automotiva com uma única câmera e facho

ba”, uma palavra japonesa que significa “o lugar real”. Nessa situação, ir ao Gemba significa investigar o que realmente está acontecendo no forno em uma zona específica no ponto de ocorrência.

Análise de causa raiz: Exemplo de CAB - Linha de Radiador Automotivo

Sintoma: alto número de rejeições do radiador identificadas no controle de qualidade.

Problema: Má qualidade do produto devido a juntas de brasagem fracas.

Causa: A partir dos perfis de temperatura, a temperatura de brasagem do produto identificada como muito baixa na Zona 4.

Causa raiz: Falha do ventilador de recirculação na zona 4, o que resulta em transferência de calor não uniforme para os radiadores.

Ir para o Gemba nem sempre é a tarefa mais fácil, especialmente quando se considera a identificação da causa raiz dos problemas do forno. Qualquer tarefa que envolva a inspeção interna de um forno geralmente requer que o forno seja desligado, resfriado e desmontado para permitir o acesso dos operadores.

Tomando nosso exemplo de brasagem de alumínio (CAB), a inspeção interna do forno não é uma tarefa rápida

e fácil. Operando a 538°C, o período de resfriamento é significativo para permitir que os engenheiros tenham acesso seguro para inspeção e ação corretiva. Há um atraso adicional para que o forno volte a uma temperatura de operação estável. Essa ação de manutenção pode significar um ou dois dias de perda de produção dessa linha, o que é obviamente prejudicial à produtividade, cumprindo os cronogramas de produção, satisfazendo os principais clientes e seus resultados financeiros.

Além dos problemas de temperatura do processo, existem muitos outros problemas de produção que podem ser enfrentados relacionados à operação do forno e à transferência segura e confiável do produto através do forno ou do próprio forno. Um risco diário do processo CAB é o acúmulo de detritos de fluxo. Os materiais de fluxo usados para remover os óxidos da superfície do metal e permitir a brasagem bem-sucedida podem se acumular no vazio interno do forno. Esses materiais são mais problemáticos na extremidade posterior da seção da mufla do forno, onde - devido à queda na temperatura ao entrar na zona de resfriamento - os materiais se condensam. O acúmulo de fluxo pode criar muitos problemas de processo diferentes, incluindo: • Danos físicos à correia transportadora ou estrutura de suporte, o que requer substituição cara • Redução da lubrificação da correia, que cria movimentos bruscos e causa vibração indesejada do produto • Levantamento da malha da correia, o que cria uma

Perfil ótico - Novos Benefícios da Tecnologia “Indo para Gemba”

• Instantâneo - Visualize o funcionamento interno de seu forno sem a necessidade de desmontá-lo ou interromper a produção • Novos entendimentos - Veja o processo real de tratamento térmico e as mudanças visuais no produto, possivelmente pela primeira vez. • Condições de produção - Veja a operação do forno nas condições reais de produção, totalmente carregado. • Economia de tempo - Sem demora para resfriar, desmontar e remontar como nos procedimentos normais de inspeção. • Complementar - execute o perfil de vídeo simultaneamente com o perfil de temperatura para combinar informações térmicas e visuais para uma imagem completa do seu processo de tratamento térmico.

transferência irregular de produtos e causa possível moviFig. 4. Sistema de perfil ótico PhoenixTM sendo usado em um forno de mento excessivo do produto, aglomeração ou choque esteira para brasagem de alumínio • Redução na folga do forno interno, o que cria possíveis problemas de impacto e bloqueios do produto

A inspeção regular programada e a limpeza do forno são necessárias para evitar esses problemas. Esta não é uma operação agradável e rápida e requer a remoção de fragmentos de fluxo com ferramentas pneumáticas. Frequentemente, exigindo um tempo de inatividade do forno de um a dois dias, essa tarefa só é realizada quando necessário. 4.1 Deixar a operação de limpeza por muito tempo pode ser catastrófico, no entanto, causando uma deterioração dramática na qualidade do produto ou risco de paradas no meio da produção.

Até agora, não havia uma maneira fácil de ver como o seu produto viaja pelo forno em condições normais de operação ou meios pelos quais a necessidade de reparo ou limpeza do forno pode ser confirmada. Uma nova tecnologia chamada perfil óptico muda tudo isso e, pela primeira vez, oferece a você os meios para ver o que seu produto vê na produção - uma verdadeira visão do produto!

Perfil Ótico

O perfil ótico é uma técnica nova e complementar àquela do perfil de temperatura através do processo. A nova tecnologia permite que os engenheiros de processo iniciantes vejam o funcionamento interno do forno 4.2 em condições normais de produção. Viajando através do forno com os produtos sendo processados, o sistema ótico dá uma visão do produto durante toda a jornada do tratamento térmico (Fig. 3).

Empregando tecnologia de proteção térmica semelhante à barreira térmica usada no perfil de temperatura, uma câmera de vídeo compacta e uma lanterna potente são usadas (no lugar do registrador de dados de temperatura) para gravar um vídeo do que um produto veria viajando pelo forno. O princípio é como a câmera do painel do 4.3 seu carro. A única diferença é que sua jornada está sendo realizada em um forno de até 538°C. O vídeo resultan-

4.1. Sistema de perfil ótico entrando em um forno de brasagem 4.2. Captura de tela de perfil de vídeo - saída da mufla mostrando forte acúmulo de fluxo 4.3. Captura de tela de perfil de vídeo - forno de brasagem a vácuo mostrando elemento de aquecimento infravermelho com defeito

te, “Optical Furnace Profile”, mostra aos engenheiros de processo muito sobre como seu processo está operando

sem a necessidade de parar, resfriar e desmontar o forno. Isso permite uma inspeção de rotina segura do forno, sem os problemas de perda de produção dispendiosa e dias de paralisação do forno.

Benefícios da Aplicação do Princípio de Levantamento Ótico em Processos de Fornos de Esteira Transportadora Condição do forno

• Verifique a condição das paredes internas do forno para garantir que sejam adequadas ao uso. • Identifique painéis / lacunas de vedação / corrosão / locais danificados ou distorcidos. • Acúmulo de sujeira / fluxo / condensado ou detritos gerais de processamento - risco de contaminação - identifica a necessidade de ação crítica de limpeza (Fig. 4.2). • Ajuste correto do alinhamento dos dutos para permitir o fluxo de ar correto / transferência de calor por convecção. • Identificar eventos de ignição ou outras questões relacionadas à segurança dentro do forno.

Transferência de Produto

Verifique se o produto se desloca com segurança e suavidade pelo processo sem conflito ou obstrução. • As esteiras transportadoras funcionam na horizontal e a orientação do produto é mantida constante - sem danos ou distorções na cinta. • Nenhuma vibração do produto ou movimento excessivo, o que pode causar danos ao produto ou afetar uma etapa de processamento (por exemplo, brasagem). • Verifique se o produto consegue passar sem colidir com o interior do forno ou aglomerar-se.

Condição e Operação dos Principais Recursos do Forno

Verifique se os principais recursos do forno estão funcionando corretamente e não estão danificados. Isso inclui ventiladores, dutos, termopares de controle, tubos de alimentação de gás e cortinas / escovas de separação de zonas (Fig. 4.3).

Observação de Processo Térmico

Verifique se o processo está sendo executado corretamente onde a ação do tratamento térmico é fisicamente visível. Para brasagem, verifique o derretimento e o fluxo do metal de preenchimento. Para pintura, identifique visualmente as gotas e identifique sua origem.

Resumo

O levantamento ótico do processo é uma técnica nova e revolucionária para inspecionar visualmente a condição e a transferência do produto através de um forno contínuo. Combinando essas informações com um perfil de temperatura do produto, os engenheiros de processo podem trabalhar com equipes de manutenção não apenas para entender, controlar, otimizar e validar o processo de tratamento térmico, mas também manter o forno para proteger a produtividade e a qualidade.

Empregando as informações do perfil óptico, a manutenção preventiva ou a limpeza do forno podem ser programadas com confiança. Quando ocorrem problemas, é possível encontrar rapidamente as falhas. A inspeção da temperatura do forno como parte do fluxo de produção elimina dias de paralisação do forno, perda de produção e interrupção da cadeia de abastecimento do produto.

Tradução gentilmente revisada por Eng. Ivan Siqueira, PhoenixTM Brasil Ltda.

Referências

[1] Industrial Heating (edição americana de junho de 2019), “Through-process Temperature Profiling for Heat-Treat Efficiency”, Dr. Steve

Offley, PhoenixTM Ltd.

PARA MAIS INFORMAÇÕES: Entre em contato com o Dr. Steve Offley, gerente de marketing de produto, Phoenix Temperature Measurements (PhoenixTM Ltd. U.K.); tel .: +44 (0) 1353 223100; e-mail: Steve.Offley@phoenixtm.com ; web: www.phoenixtm.com.