Poupar energia ao gerar vácuo para a fixação de chapas de alumínio

A produção de componentes de aeronaves de alta precisão feitos de metal leve é uma das áreas de atividade do A&T Group. A empresa processa chapas de alumínio de 0,3 a 8 mm de espessura e de até 7 metros de comprimento.

Durante a fresagem das chapas metálicas em duas fresadoras de 5 eixos, são utilizadas ventosas a vácuo para fixar as chapas previamente dobradas sobre as mesas de maquinagem. Um sistema de vácuo da Busch Vacuum Solutions com três bombas de vácuo de palhetas rotativas R5 gera o vácuo para ambas as fresadoras.

Devido ao design e ao controlo em função da pressão do sistema de vácuo, a operação do sistema é muito eficiente a nível energético e assegura a fixação fiável das chapas de alumínio durante a fresagem dos contornos.

Sobre o A&T Group

O A&T Group foi fundado em 2007 e oferece vários produtos e serviços através da rede das suas próprias empresas. Adicionalmente aos componentes de aeronaves em metal leve, o A&T Group fabrica em série perfis decorativos em várias formas geométricas para o interior de aeronaves. O A&T Group também produz chapas de carbono e fibra de vidro personalizadas para a produção das pás do rotor dos aerogeradores. A empresa também está ativa no setor da logística em diversas localidades na Alemanha.

A A&T Manufacturing na sede da empresa, em Nordenham, na Alemanha, está especializada na maquinagem de alumínio para a construção de aeronaves, fabricando componentes estruturais complexos para a indústria da aviação civil com a mais alta precisão e de acordo com os mais elevados padrões de qualidade.

Fixação de chapas de alumínio

São utilizadas chapas de alumínio, ligas de alumínio ou titânio. As superfícies das chapas metálicas são fresadas nas mesas de maquinagem, através de fresadoras de 3 eixos. Cada máquina consegue fresar chapas de até 2,8 m de largura e de até 10 metros de comprimento. O vácuo é usado para fixar as chapas. Elas são fixadas de maneira fiável, ficando imóveis sob o efeito de sucção através de aberturas nas mesas de maquinagem. O vácuo é gerado por duas bombas de vácuo de rotores de garra MINK da Busch. Estas bombas de vácuo a seco (operadas sem fluidos) são controladas por pressão e velocidade.

A nível técnico, é mais complexo, por exemplo, fresar contornos de chapas metálicas que já tenham sido laminadas ou estiradas até adquirirem a forma correspondente ao raio da fuselagem de uma aeronave. Uma vez que não assentam de forma plana na mesa de maquinagem, são utilizadas ventosas a vácuo ajustáveis em altura. São fixadas com precisão na posição especificada na mesa de maquinagem e ajustadas em altura à peça formada a partir da chapa metálica.

A nossa solução

A função do sistema de vácuo da Busch (fig. 2) consiste em manter precisamente o nível de vácuo predefinido. Este nível de vácuo é programado de forma a, por um lado, ser alto o suficiente para fixar fiavelmente as chapas metálicas durante a fresagem e, por outro, para não ser demasiado elevado ao ponto de as chapas metálicas possivelmente se deformarem ou dobrarem.

Cada uma das duas fresadoras já tinha tido instalada uma bomba de vácuo de palhetas rotativas obsoleta, que funcionava continuamente durante todo o tempo de funcionamento. Num regime de funcionamento em três turnos, cinco dias por semana, os dois motores de 7,5 kW consumiam cerca de 85 000 kWh por ano.

Foi este o motivo pertinente que levou o gestor de produção Leenert Folkens a procurar por um sistema de fornecimento de vácuo energeticamente mais eficiente. Devido às boas experiências feitas com outras bombas de vácuo da Busch nas outras fresadoras, Folkens consultou um especialista em vácuo da Busch. Foi tomada a decisão de instalar um sistema de vácuo com três bombas de vácuo de palhetas rotativas R5.

A montante deste sistema, encontra-se um tanque de compensação com um volume de 1000 litros. Isto significa que ambas as fresadores são fornecidas com vácuo em função da pressão. O painel de controlo foi concebido de forma a que o nível de vácuo predefinido seja mantido constante no tanque de compensação.

Quando o sistema é colocado em funcionamento, apenas a primeira bomba de vácuo é inicializada. Se esta bomba de vácuo não tiver atingido o nível de vácuo após 60 segundos, a segunda bomba de vácuo é ativada. Se o nível de vácuo continuar sem ser atingido passados mais 60 segundos, a terceira bomba de vácuo é automaticamente ativada.

O painel de controlo funciona de forma a que a ordem das bombas de vácuo se altere a cada dois dias. Isto assegura que as três bombas de vácuo têm tempos de funcionamento idênticos. Segundo Leenert Folkens, isto é importante porque, por norma, apenas uma bomba de vácuo está em funcionamento, uma vez que o seu desempenho é suficiente para ambas as fresadoras. Duas ou até mesmo as três bombas de vácuo só são usadas, se, por acaso, ambas as fresadoras forem ligadas ao mesmo tempo depois de uma comutação.

Portanto, utilizando o painel de controlo, é possível adaptar o desempenho do sistema de vácuo à solicitação efetiva. Cada uma das três bombas de vácuo tem um caudal de 300 metros cúbicos por hora. Por conseguinte, o caudal máximo é de 900 metros cúbicos por hora.

Na operação diária, uma das três bombas de vácuo de palhetas rotativas R5 funciona a cada 5,5 minutos durante aprox. 30 segundos. Por norma, isto basta para manter o nível de vácuo pretendido no recipiente de vácuo, ou para assegurar a existência de vácuo suficiente nas ventosas a vácuo de ambas as fresadoras. Isto resulta num tempo de funcionamento de aprox. cinco minutos por hora para cada bomba de vácuo. Tendo em conta a colocação em funcionamento e o respetivo tempo de funcionamento mais longo (em vez de cinco minutos, presume-se um tempo de funcionamento médio de 10 minutos por hora), isto resultado num consumo energético anual de aprox. 7100 kWh. Em comparação com o consumo energético anterior de 85 000 kWh, isto representa uma poupança energética anual de 77 900 kWh ou de mais de 90 por cento.

Vantagens para o A&T Group

Ao optar por um sistema de vácuo centralizado, Leenert Folkens conseguiu alcançar a sua meta de poupar energia da melhor forma possível. Agora, também possui um fornecimento de vácuo redundante, que assegura que os dispositivos de fixação nas fresadoras não são negativamente afetados no caso de uma bomba de vácuo se avariar. A manutenção das bombas de vácuo agora também pode ser realizada nas fresadoras, sem interrupção da produção. Deste modo, para além da enorme poupança energética, também encontrou uma solução extremamente fiável a nível operacional.