dissertação
Controle automatizado de fornos para tratamento térmico em aços
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Engenharia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Automação
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Resumo
Este trabalho propõe um sistema de baixo custo para o controle automatizado de fornos utilizados nos tratamentos térmicos de aços, capaz de controlar a curva de aquecimento do material em função do tempo, diminuindo consideravelmente a interferência subjetiva do fator humano durante o processo. O sistema proposto pode ser adaptado na maioria dos fornos de baixo custo disponíveis no mercado e utilizados por pequenas empresas. Este sistema é constituído por um microcontrolador de tecnologia aberta e programado com ações de controle do tipo PID (Proporcional Integral Derivativo), que recebe o valor da temperatura do forno, obtido por meio de um sensor, e ajusta a temperatura a partir de um ciclo definido para o tratamento térmico específico, atuando sobre os resistores do forno, onde uma das fases está conectada ao terminal de carga de um relé de estado sólido (RES), variando a potência média fornecida ao forno, através da modulação por largura de pulso (Pulse Width Modulation, PWM) no terminal de controle do relé. O objetivo do tratamento térmico é a obtenção desejada das propriedades mecânicas finais do material e a sua eficácia depende do controle da temperatura em função do tempo durante os ciclos de aquecimento. Em termos de validação, foram comparados os resultados da análise de dureza e metalográfico em amostras de aços D2 e D6 submetidos aos tratamentos térmicos de têmpera e revenimento, pelo método tradicional (visual e sem controlador) e o sistema proposto (com o controlador PID). As análises indicaram a eficácia do sistema de baixo custo, que apresentou valores para a dureza do material dentro do especificado pelo fabricante para o tratamento térmico executado. Ainda assim, a análise metalográfica apresentou uma estrutura granular fina e homogênea, dentro dos padrões previstos.
Abstract
This work is aimed to propose a low cost automated control of steel heat treatment furnace implemented by a single computer system in order to control the temperature with precision and reduce the human interaction during the heat treatment process. It can be adapted on low cost commercial furnace used by small business. In this case, a platform open licensed with microprocessor is programmed with PID (Proportional-Integral-Derivative) controller that receive the temperature by a sensor and adjust the temperature. With reference in a defined specific heat treatment cycle, this activates the furnace resistors wherein a phase is connected with a load terminal of solid state relay (SSR), varying the power furnished to furnace, using the technical of Pulse Width Modulation (PWM) on the relay control terminal. The purpose of heat treatment is to cause desired changes in the properties of metal parts and the results depends on the control of temperature in function of time. Preliminary tests were performed comparing the results of D2 and D6 materials samples that were hardening and after tempering by the traditional method (visual and without control) and the PID system control proposed. Results by hardness and metallographic analysis showed a precision control and a better final hardness were obtained with a fine granular and homogeneous structure.
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ZAMBALDI, E. da S. Controle automatizado de fornos para tratamento térmico em aços. 2016. 115 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2016.