Economia de energia na geração de vácuo para a fixação de chapas de alumínio

A produção de componentes de alta precisão para aeronaves feitos de metal leve está entre os campos de atividade do Grupo A&T. A empresa processa chapas de alumínio de 0,3 a 8 milímetros de espessura e até sete metros de comprimento.

Na fresagem de chapas metálicas em fresadoras de 5 eixos, ventosas de vácuo são usadas para fixar as chapas pré-dobradas nas mesas de usinagem. Um sistema de vácuo da Busch Vacuum Solutions com três bombas de vácuo de palhetas rotativas R5 gera o vácuo para as duas fresadoras.

Graças ao design e ao controle dependente da pressão do sistema de vácuo, ele oferece eficiência energética extrema e garante uma fixação confiável das chapas de alumínio durante a fresagem de contorno.

Sobre o Grupo A&T

O Grupo A&T foi fundado em 2007 e oferece diversos produtos e serviços dentro da rede de suas empresas. Além de componentes para aeronaves feitos de metal leve, a A&T fabrica perfis decorativos de várias geometrias para interiores de aeronaves em produção em série. A A&T também produz fibras de vidro sob medida e blanks de carbono para a fabricação de pás de rotor para turbinas eólicas. A empresa também é ativa no setor de logística em vários locais da Alemanha.

A A&T Manufacturing, na sede da empresa em Nordenham, é especializada no processamento de alumínio para a construção de aeronaves e atende aos mais altos padrões de precisão e qualidade para a fabricação de componentes estruturais complexos para a indústria de aviação civil.

Fixação de chapas de alumínio

São usadas chapas de alumínio, ligas de alumínio ou titânio. Chapas planas de metal são fresadas na superfície em mesas de usinagem usando fresadoras de 3 eixos. Cada uma das fresadoras tem capacidade para fresar chapas de até 2,8 metros de largura e 10 metros de comprimento. O vácuo é usado para a fixação das chapas. Elas são mantidas imóveis e seguras por aspiração através de aberturas nas mesas de usinagem. O vácuo para isso é gerado por duas bombas de vácuo de garras MINK da Busch. Essas bombas de vácuo a seco (sem fluido de operação) são controladas por pressão e frequência.

Do ponto de vista técnico, é mais complexo, por exemplo, fresar contornos de chapas metálicas que já foram laminadas ou estiradas para se ajustarem ao raio da fuselagem de uma aeronave. Como não é possível colocá-las de maneira perfeitamente plana sobre a mesa de usinagem, são usadas ventosas de vácuo ajustáveis em altura. Elas são fixadas com precisão na posição especificada na mesa de usinagem e ajustadas em altura conforme a peça formada a partir da chapa metálica.

Nossa solução

A função do sistema de vácuo da Busch (fig. 2) é manter com precisão o nível de vácuo predefinido. Por um lado, o nível de vácuo é programado alto o suficiente para fixar as chapas metálicas com segurança durante a fresagem e, por outro lado, não tão alto que as chapas metálicas possam ser deformadas ou dobradas.

Anteriormente, cada uma das duas fresadoras estava equipada com uma bomba de vácuo de palhetas rotativas obsoleta, funcionando continuamente em cada máquina durante todo o tempo de operação. Em operação de três turnos e uma semana de cinco dias úteis, os dois motores de 7,5 kW consumiam cerca de 85.000 kWh por ano.

Isso foi razão suficiente para o gerente de produção Leenert Folkens buscar um suprimento de vácuo com maior eficiência energética. Graças às excelentes experiências obtidas com bombas de vácuo da Busch nas outras fresadoras, ele consultou um especialista em vácuo da Busch. A decisão tomada foi de um sistema de vácuo com três bombas de vácuo de palhetas rotativas R5.

Um tanque de compensação com volume de 1.000 litros se encontra a montante do sistema. Isso quer dizer que ambas as fresadoras são alimentadas com vácuo dependendo da pressão. A unidade de controle foi projetada de maneira que o nível de vácuo predefinido seja mantido permanentemente no tanque de compensação.

Quando o sistema é colocado em operação, apenas a primeira bomba de vácuo dá partida. Se esta bomba de vácuo não tiver atingido o nível de vácuo após 60 segundos, a segunda bomba de vácuo é ligada. Se o nível de vácuo ainda não tiver sido atingido após mais 60 segundos, a terceira bomba de vácuo é ligada automaticamente.

A unidade de controle funciona de maneira que a sequência das bombas de vácuo mude a cada dois dias. Isso garante que as três bombas de vácuo tenham os mesmos tempos de operação. Isto é importante, explica Leenert Folkens, porque geralmente apenas uma bomba de vácuo fica em operação, já que seu desempenho é suficiente para as duas fresadoras. Duas, ou até as três bombas de vácuo, são usadas somente se, por acaso, as duas fresadoras forem acionadas ao mesmo tempo após uma troca.

Por isso, é possível adaptar o desempenho do sistema de vácuo à demanda atual usando a unidade de controle. Cada uma das três bombas de vácuo tem uma velocidade de bombeamento de 300 metros cúbicos por hora. Portanto, a velocidade de bombeamento máxima é de 900 metros cúbicos por hora.

Na prática diária, uma das três bombas de vácuo de palhetas rotativas R5 funciona durante aprox. 30 segundos a cada 5,5 minutos. Normalmente, isso é suficiente para manter o nível de vácuo desejado no vaso de vácuo ou para garantir vácuo suficiente nas ventosas em ambas as fresadoras. Isso resulta em um tempo de operação de cerca de cinco minutos por hora para cada bomba de vácuo. Levando em consideração a operação de arranque e o tempo de execução mais longo relacionado (em vez de cinco minutos, é considerado um tempo de execução médio de 10 minutos por hora), o resultado é um consumo de energia anual de aproximadamente 7.100 kWh. Em comparação com o consumo de eletricidade de 85.000 kWh anterior, isso representa uma economia de energia anual de 77.900 kWh, ou mais de 90%.

Vantagens para o Grupo A&T

Ao decidir usar um sistema central de vácuo, Leenert Folkens atingiu perfeitamente seu objetivo de economia de energia. Agora ele tem um suprimento de vácuo redundante que garante que os dispositivos de fixação nas fresadoras não sejam afetados negativamente em caso de falha de uma bomba de vácuo. Agora, a manutenção das bombas de vácuo também pode ser realizada nas fresadoras, sem interrupção da produção. Assim, além da imensa economia de energia, ele também encontrou uma solução com extrema confiabilidade operacional.