Otimização energética num processo de soldadura por resistência

Abstract

Perante a mudança do paradigma ambiental e a crescente necessidade de redução das emissões de carbono, surge a necessidade de otimizar a eficiência energética dos processos industriais de maneira a utilizar apenas a energia necessária para que o produto cumpra com os objetivos de qualidade estipulados pelo cliente. Neste âmbito, surge o projeto em torno do qual se desenvolve a presente dissertação. O caso de estudo diz respeito a um processo de soldadura por resistência no qual a média de resultados obtidos nos ensaios destrutivos (ensaios de tração) é significativamente superior ao objetivo definido pelo cliente. Desta forma, pretende-se reduzir o sobredimensionamento dos parâmetros do processo sem comprometer a qualidade do produto. Face ao objetivo de reduzir o referido consumo energético, assegurando a qualidade do produto, surge como prioridade a necessidade de estabilizar a grande variabilidade de resultados obtidos nos ensaios de tração. Para tal, numa fase inicial, foi realizado um levantamento de dados no qual se definiram as variáveis influentes no processo de soldadura em estudo e quais das referidas variáveis poderiam ser manipuladas de modo a lograr o objetivo. Adicionalmente, mediu-se o consumo energético (kWh/peça) na máquina nas condições iniciais de funcionamento. Numa segunda fase, procedeu-se à manipulação de parâmetros, iterativamente, de modo a obter um processo estável com resultados satisfatórios de qualidade do produto. Finalmente, efetuou-se uma monitorização do processo otimizado e uma segunda medição do consumo energético da máquina (em kWh/peça), onde se verificou um ganho energético de 12 Wh/peça, equivalente a um ganho anual de 3 MWh de acordo com as previsões de consumo da referência para 2022.

Towards the changes in the environmental paradigm and the growing necessity of reducing the carbon emissions, it is necessary to optimize the energy efficiency of the industrial processes in order to use the minimum energy that accomplishes the requirements for the product. In this context, arises the project around which this dissertation is developed. The study case concerns a process of Resistance Spot Welding in which the average value obtained in the destructive tests (tensile tests) is largely superior to the minimum demanded by the client. Being so, it is intended to reduce the over-dimensioned parameters of the process without compromising the product quality. Towards the aim to reduce the referred energy consumption assuring the quality of the product, firstly, there’s the need to stabilize the major variety of results obtained in the tensile tests. In this sense, in an initial approach, it was made a data collection in which were defined all the variables with influence in the welding process and, additionally, the ones that could be manipulated in order to obtain the goal of the project. It was also measured the initial energy consumption (kWh/ part) of the welding machine in its initial conditions. The second phase, associated with de design of experiments, consisted in the manipulation of the welding parameters, according to the planning, in order to get a stabilized process with good results regarding the quality of the product. Finally, there was a verification and validation of the optimized process followed by a second measurement of the energetic consumption of the machine (in kWh/ part) in which it was verified an energetic gain of 12 Wh/part, equivalent to an annual gain of 3 MWh, according to the production previsions to 2022.