Desafios do tratamento térmico por indução num mundo altamente digitalizado
A tecnologia do tratamento térmico por indução eletromagnética está a avançar a um ritmo acelerado, respondendo a novos desafios e a um ambiente empresarial em rápida evolução. A variedade de peças aumenta, enquanto os tempos de ciclo dos produtos se tornam cada vez mais curtos. Em muitas aplicações de indução, o tempo de aquecimento é inferior a alguns segundos e, em alguns casos, é de apenas uma fração de segundo.
Os fatores tradicionalmente utilizados pelas empresas de tratamento térmico comercial para avaliar o equipamento de indução incluem a capacidade técnica, a consistência do desempenho, o prazo de entrega, a longevidade da máquina e o preço. Com as recentes tendências industriais, a decisão de adquirir equipamento de tratamento térmico exige também a consideração de fatores adicionais, incluindo a flexibilidade do equipamento, a rastreabilidade da qualidade do tratamento térmico dos componentes, a conectividade digital e a capacidade de armazenar e aceder aos dados do processo.
A capacidade de processamento peça a peça com rastreabilidade individual dos componentes, a preparação para a automatização e a digitalização do controlo e monitorização dos processos sempre estiveram entre as características mais atrativas do tratamento térmico por indução no contexto da quarta revolução industrial (Indústria 4.0). Os avanços contínuos na tecnologia dos microprocessadores e microcontroladores resultaram em sistemas sofisticados de controlo e monitorização que antes não estavam disponíveis.
No entanto, essa sofisticação pode aumentar consideravelmente o custo do equipamento, o que pode desincentivar alguns aspetos da implementação da estratégia operacional da Indústria 4.0. Por exemplo, incluir todas as funcionalidades possíveis na conceção do equipamento para melhorar as capacidades de monitorização e controlo e a recolha de dados digitais pode resultar num preço que exceda em muito o que o comprador está disposto a pagar. Essa é a realidade.
Além disso, é necessário analisar volumes extremamente grandes de dados recolhidos para avaliar de que forma as alterações no processo afetam o produto, o que leva tempo e implica custos. Em alguns casos, poderá ser mais sensato recorrer a técnicas de monitorização e controlo menos complexas, acompanhadas de programas adequados de manutenção preventiva e/ou preditiva. Por conseguinte, a questão que se coloca ao engenheiro prudente passa de «O que se pode fazer?» para «O que é preciso fazer?»
Um dos primeiros passos na implementação da digitalização da indústria consiste na adoção de medidores digitais que utilizam circuitos integrados especiais, como alternativa aos medidores analógicos amplamente utilizados no passado. Quando utilizados dentro dos seus limites nominais, os medidores digitais proporcionam uma medição precisa dos parâmetros elétricos de saída da fonte de alimentação. Como o tempo de resposta dos medidores digitais ainda pode ser demasiado lento para processos rápidos de tratamento térmico por indução, alguns fabricantes disponibilizam um gráfico de barras de resposta rápida em combinação com a leitura digital, de resposta mais lenta, do valor do parâmetro no mesmo invólucro do medidor. No entanto, é necessário continuar a trabalhar para reduzir ainda mais o tempo de resposta dos medidores digitais e dos circuitos.
Prevê-se que a monitorização do processo em tempo real, com base em assinaturas, continue a ter uma procura elevada. O sistema verifica as configurações críticas das máquinas para garantir a qualidade das peças processadas. Os sistemas modernos de tratamento térmico oferecem controlo, aquisição de dados e monitorização por assinatura num único pacote, utilizando uma interface computadorizada com interface homem-máquina (HMI), combinada com controlo por PLC, para proporcionar o melhor de ambas as tecnologias. Muitos fabricantes desenvolveram soluções próprias para circuitos de monitorização digital, o que aumenta a precisão e minimiza o tempo de resposta.
De acordo com a Lei dos Grandes Números, a instalação de um número excessivo de sensores, detetores e dispositivos/sistemas relacionados pode afetar negativamente o tempo de funcionamento do equipamento e a fiabilidade geral do sistema. Por conseguinte, é imperativo estabelecer um número mínimo de parâmetros de processo verdadeiramente cruciais para uma aplicação de tratamento térmico que requeira monitorização, razão pela qual a conceção dos equipamentos de indução modernos se tornou holística. Têm sido feitas tentativas para conceber sistemas de indução modernos que apresentem uma construção sofisticada e rígida, mas com um design simples e um número mínimo de componentes, tornando-os mais fiáveis, compactos e mais fáceis de operar e manter. Devem ser envidados todos os esforços para detetar e impedir que peças defeituosas cheguem à linha de montagem.
A cibersegurança tornou-se crucial no nosso mundo altamente digitalizado, devido ao risco potencial de pirataria informática, que pode comprometer as receitas de processo, os protocolos, a validação e a calibração dos equipamentos, bem como a recolha de dados digitais. É necessário criar e armazenar registos eletrónicos, devendo ser tomadas medidas para evitar a sua alteração sem que tal seja detetado. Isto implica a utilização de programas adequados e a implementação de funcionalidades de segurança, o que acarreta custos adicionais, o que pode representar um desafio para alguns fabricantes de equipamentos de pequena dimensão.
No passado, era comum os fornecedores manterem um contrato específico para uma determinada peça durante muitos anos. Hoje em dia, os contratos podem passar de um fornecedor para outro com muito mais frequência. Por conseguinte, conquistar um contrato face à concorrência pode exigir que um fornecedor avalie novos equipamentos de indução para garantir que estes têm capacidade para realizar o trabalho, adquira e instale a máquina, conclua um processo de aprovação de peças de produção (PPAP) e esteja pronto para a produção num curto espaço de tempo. O equipamento moderno, de alta qualidade e fiável, deve permitir uma fácil reajustagem e reprogramação para processar peças diferentes. O desenvolvimento de fontes de alimentação inovadoras (por exemplo, a tecnologia IFP da Inductoheat), que permitem o ajuste instantâneo e independente da potência e da frequência de forma digitalizada e pré-programada durante o ciclo de aquecimento, representa um avanço significativo no aumento da flexibilidade do equipamento e na otimização da qualidade metalúrgica das peças submetidas a tratamento térmico.
Não se pode subestimar a importância das capacidades de modelação numérica por computador no nosso mundo altamente digitalizado. Alguns pacotes de software comercial permitem aos utilizadores criar aplicações de software (apps) próprias e altamente especializadas, que podem ser incluídas nos pacotes de equipamento. Essas aplicações já são uma realidade, uma vez que alguns fabricantes de equipamentos de indução incorporaram ferramentas de software próprias nos seus pacotes de equipamento. Há fortes indícios de que esta tendência continuará a crescer.
A Comissão de Investigação e Desenvolvimento da Sociedade de Tratamento Térmico da ASM está atualmente a trabalhar no Roteiro de I&D para o Tratamento Térmico 2030, que ajudará a identificar e categorizar vias de desenvolvimento tecnológico para tecnologias e materiais de tratamento térmico economicamente eficientes, amigos do ambiente e competitivos a nível global.
Valery Rudnev, FASM, Membro do IFHTSE
Diretor de Ciência e Tecnologia da Inductoheat Inc.
Pode encontrar abaixo uma versão em PDF do artigo da ASM International.