REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ni10202510160741
Autores: Edson Galdino da Silva Neto
Eric de Carvalho Novaes
Luiz Felipe Duarte Alves
Coorientador: Prof. Márcio José Dias
Orientador: Prof. Gabriel Araújo Macedo de Alcântara
Resumo
Este artigo apresenta o desenvolvimento e a análise de viabilidade de uma máquina de envase automatizada de baixo custo, voltada para micro e pequenas empresas. O projeto visa oferecer uma solução acessível, eficiente e de fácil replicação, capaz de aumentar a produtividade sem comprometer a sustentabilidade financeira. O sistema proposto elimina o uso de componentes pneumáticos, adotando exclusivamente acionamentos elétricos controlados por um CLP Delta DVP-14SS2, responsável pela coordenação da bomba de 800 L/h, válvulas solenoides e sensores capacitivos e fotoelétricos. O modelo de envase sequencial permite o enchimento de quatro frascos por ciclo, alcançando produtividade aproximada de 3.600 unidades por hora, com custo até 60% inferior ao de equipamentos comerciais equivalentes. A metodologia baseou-se em benchmarking, levantamento de requisitos técnicos e aplicação da ferramenta 5W2H, assegurando um projeto tecnicamente viável, seguro e alinhado às Boas Práticas de Fabricação (GMP). Conclui-se que a proposta constitui uma alternativa economicamente vantajosa para pequenos empreendedores que buscam automatizar seus processos produtivos.
Palavras-chave: automação industrial; envase; baixo custo; CLP Delta; pequenas empresas.
Abstract
This paper presents the development and feasibility analysis of a low-cost automated filling machine designed for micro and small enterprises. The project aims to provide an accessible, efficient, and replicable solution capable of increasing productivity without compromising financial sustainability. The proposed system eliminates pneumatic components, using only electrical actuators controlled by a Delta DVP-14SS2 PLC, which manages a 800 L/h pump, solenoid valves, and capacitive and photoelectric sensors. The sequential filling design enables the filling of four bottles per cycle, achieving an estimated productivity of 3,600 units per hour, with a total cost up to 60% lower than comparable industrial machines. The methodology included benchmarking, technical requirements definition, and the 5W2H analysis tool, ensuring a technically feasible and safe design aligned with Good Manufacturing Practices (GMP). The results demonstrate that the proposed system represents an economically viable automation alternative for small-scale producers.
Keywords: industrial automation; filling machine; low cost; Delta PLC; small enterprises.
1. INTRODUÇÃO
A história da automação remonta ao final do século XIX, quando as primeiras máquinas a vapor impulsionaram a Primeira Revolução Industrial, promovendo uma mudança drástica na forma como os bens eram produzidos. À medida que os processos industriais evoluíram, surgiram mecanismos baseados em engrenagens, roldanas e sistemas pneumáticos que possibilitaram um controle rudimentar, mas progressivo, das operações de produção (KOSSMANN, 2020). Durante a Primeira e Segunda Guerra Mundial, houve uma aceleração no desenvolvimento tecnológico voltado à produção em massa e ao controle mais preciso de armamentos e suprimentos, o que posteriormente se refletiria na indústria civil (LIMA; SOUZA, 2019). Com o advento da eletrônica, o surgimento dos supercomputadores e, na década de 1960, dos primeiros controladores lógicos programáveis (CLPs), iniciou-se uma nova era na automação industrial, marcada pela transição dos sistemas puramente mecânicos para os elétricos e digitais (SIEMENS, 2018).
Esse avanço contínuo da automação também influenciou diretamente o desenvolvimento de equipamentos específicos, como as máquinas de envase, que evoluíram significativamente desde o século XIX, acompanhando os marcos tecnológicos da Revolução Industrial (TEIXEIRA, 2014; PINTO, 2020). Por volta de 1850, surgiram os primeiros equipamentos semiautomáticos para envase de líquidos, principalmente na indústria de bebidas e farmacêutica (ENCYCLOPÆDIA BRITANNICA, 2025). Em 1890, com o crescimento das fábricas e da produção em massa, começaram a ser utilizadas máquinas mais automatizadas, como as enchedoras rotativas (ROCKWELL AUTOMATION, 2025). No início do século XX, empresas como a Crown Cork & Seal desenvolveram sistemas para vedação automática, essenciais para o envase seguro (CROWN HOLDINGS, 2025). A partir da década de 1950, com a eletrônica e os sistemas pneumáticos, os equipamentos ganharam precisão e velocidade (FERREIRA, 2020). Nos anos 1980-1990, o controle por CLP (Controlador Lógico Programável) permitiu maior automação e integração com linhas de produção (KOSSMANN, 2020). Já no século XXI, com a Indústria 4.0, surgiram as máquinas de envase inteligentes, com sensores, IoT e monitoramento em tempo real, permitindo ajustes automáticos, rastreabilidade e eficiência energética (SANTOS; PEREIRA, 2021).
1.1 Situação-Problema
Atualmente, a automação industrial tem desempenhado um papel essencial no aumento da competitividade das empresas, especialmente nas etapas críticas como envase e embalagem. No entanto, as pequenas empresas enfrentam diversas dificuldades para adotar tais tecnologias, sobretudo em função da escassez de investimentos, da alta rotatividade de mão de obra qualificada e da limitação de recursos para aquisição de equipamentos e manutenção de sistemas (SANTOS; PEREIRA, 2021). Esses fatores impactam diretamente os custos de produção e, consequentemente, os preços de venda dos produtos. No Brasil, as micro e pequenas empresas respondem por mais de 30% do PIB industrial e representam cerca de 99% das empresas formalmente estabelecidas (SEBRAE, 2023). Apesar disso, muitas ainda operam de forma artesanal ou sem controle automatizado, perdendo competitividade frente à crescente exigência por produtividade e padronização.
1.2 Objetivo geral
Neste contexto, este trabalho apresenta a concepção de uma solução automatizada de baixo custo para o envase de líquidos, utilizando um CLP da linha Delta DVP e componentes de fácil aquisição no mercado nacional. O objetivo é desenvolver um sistema funcional, econômico e replicável, voltado especialmente para pequenos empreendimentos que buscam aumentar sua eficiência produtiva sem comprometer sua sustentabilidade financeira.
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1 Tipos de envases e níveis de automação
As máquinas de envase variam conforme o tipo de produto e a escala de produção. Podem ser classificadas em envasadoras por gravidade, que utilizam a força gravitacional para o preenchimento, sendo adequadas para líquidos de baixa viscosidade; envasadoras por pistão, indicadas para produtos viscosos, como cremes e pastas; envasadoras a vácuo, utilizadas para líquidos voláteis ou espumantes; e envasadoras rotativas, projetadas para altas velocidades de produção. Além disso, há máquinas específicas para aerossóis, que podem ser semiautomáticas ou totalmente automáticas, atendendo desde laboratórios até grandes indústrias (WJ MACHINERY, 2024).
A automação das máquinas de envase pode ser dividida em três níveis: o manual, em que as operações são realizadas totalmente por operadores, com baixa produtividade; o semiautomático, que combina operações manuais e automáticas, aumentando a eficiência; e o automático, no qual todo o processo é conduzido por CLPs (Controladores Lógicos Programáveis) e sensores, proporcionando alta produtividade e consistência (ALMEIDA et al., 2022).
2.2 Controlador logico programável
O Controlador Lógico Programável (CLP) é um dispositivo eletrônico digital projetado para automatizar processos industriais, substituindo sistemas de controle convencionais baseados em relés. Com arquitetura modular e capacidade de processamento em tempo real, o CLP permite monitorar entradas e saídas de sensores e atuadores, garantindo precisão e confiabilidade em operações contínuas ou sequenciais (GRAHAM, 2019; ALCARÁ; PEREIRA, 2020). Sua programação é geralmente realizada em linguagens padronizadas pela IEC 61131-3, como Ladder, Texto Estruturado e Blocos de Função, possibilitando flexibilidade na implementação de lógicas complexas em linhas de produção, máquinas de envase, transportadores e sistemas automatizados (IEC, 2013).
A utilização de CLPs oferece vantagens significativas, como redução de falhas humanas, manutenção simplificada, maior segurança operacional e escalabilidade do sistema. Além disso, esses dispositivos possibilitam integração com redes industriais e sistemas de supervisão, fornecendo dados em tempo real que permitem otimização de processos e tomada de decisão baseada em indicadores de desempenho (GRAHAM, 2019). Tais características tornam o CLP uma ferramenta essencial em projetos industriais modernos, especialmente em aplicações que demandam baixo custo, alta confiabilidade e facilidade de reprogramação (ALCARÁ; PEREIRA, 2020).
A escolha do CLP Delta DVP-14SS2 para o projeto é justificada pelos fatores de que, com preço competitivo no mercado brasileiro, o modelo oferece recursos avançados a um custo acessível, tornando-o ideal para projetos que buscam otimizar investimentos (KALATEC, 2025; PLCLOGICCONTROLLER, 2025). As características técnicas do CLP atendem às necessidades típicas de uma envasadora, como controle de válvulas, monitoramento de níveis e controle de temperatura, sem a necessidade de recursos excessivos (DELTA ELECTRONICS, 2025). A utilização do software ISPSoft, gratuito e de fácil aprendizado, permite o desenvolvimento rápido e eficiente das lógicas de controle necessárias para o funcionamento da envasadora. Embora o DVP-14SS2 seja um modelo compacto, ele permite expansões digitais e analógicas, possibilitando ajustes futuros conforme a evolução das necessidades do projeto (THIAGO ABRÃO, 2025; SÃO FÁTIS, 2025).
Dessa forma, o CLP Delta DVP-14SS2 se apresenta como uma solução técnica e economicamente viável para a automação de sistemas de envase de pequeno porte, atendendo às exigências de controle e desempenho típicas dessas aplicações.
2.3 Sensores Capacitivos e fotoelétricos
Os sensores capacitivos e fotoelétricos desempenham um papel fundamental na automação de máquinas de envase, especialmente em projetos de baixo custo destinados a pequenas empresas. Os sensores capacitivos são capazes de detectar a presença de materiais sólidos e líquidos sem contato físico direto, tornando-se uma solução versátil para identificar recipientes plásticos, vidros ou até mesmo o nível de enchimento em determinadas aplicações (BOLTON, 2021; OMRON, 2020). Essa característica permite maior confiabilidade no processo e contribui para a redução de falhas de envase.
Por outro lado, os sensores fotoelétricos utilizam a emissão e recepção de feixes de luz para identificar a passagem, presença ou ausência de objetos. Essa tecnologia é amplamente utilizada em esteiras transportadoras e sistemas de posicionamento, garantindo precisão no momento de identificar frascos durante o processo de envase (SIEMENS, 2021). Além disso, esses sensores apresentam alta velocidade de resposta e baixo custo, características que se alinham ao objetivo de desenvolver equipamentos acessíveis e eficientes para pequenas empresas (OMRON, 2020).
A integração de sensores capacitivos e fotoelétricos em máquinas de envase automatizadas proporciona maior confiabilidade e flexibilidade operacional, reduzindo a dependência de intervenção manual. Dessa forma, essas tecnologias se consolidam como alternativas viáveis para otimizar processos produtivos em empresas que buscam automatização com investimentos reduzidos, contribuindo para o aumento da competitividade e da qualidade final do produto (BOLTON, 2021).
2.4 Controle de qualidade
Do ponto de vista conceitual, o controle de qualidade pode ser definido como o conjunto de técnicas e atividades operacionais utilizadas para satisfazer os requisitos de qualidade de um produto ou processo. No caso das máquinas de envase, isso envolve desde a verificação das condições de funcionamento dos equipamentos até a análise dos volumes envasados, integridade das embalagens e limpeza do sistema. Esse controle deve estar alinhado com normas de gestão da qualidade, como a ISO 9001 (ABNT, 2015), e com exigências específicas de setores regulados, como a RDC nº 275 da ANVISA (BRASIL, 2002), que determina práticas de boas manufaturas.
No contexto de máquinas de envase, o controle de qualidade sistêmico é composto por práticas que visam garantir a consistência e a conformidade do produto envasado, por meio da integração de sistemas, calibração de equipamentos e validação laboratorial.
Um dos aspectos críticos no envase é assegurar que cada unidade contenha o volume ou peso correto, conforme declarado no rótulo. Para isso, utilizam-se balanças e sensores integrados às linhas de envase, que realizam a pesagem automática e rejeitam produtos fora da faixa especificada. Além disso, emprega-se a amostragem e análise laboratorial, que validam os resultados obtidos eletronicamente por meio da pesagem de amostras estatísticas, utilizada para verificação do desvio padrão e cálculo da incerteza. Essas ações são fundamentais para prevenir fraudes econômicas, assegurar a conformidade com regulamentações de órgãos como o INMETRO (INMETRO, 2023) e a ANVISA (ANVISA, 2023), e preservar a confiança do consumidor.
A limpeza eficiente das embalagens e do sistema de envase também é essencial para prevenir contaminações físico-químicas e microbiológicas. Os procedimentos devem abranger inspeção visual e remoção de partículas das embalagens antes do envase, utilização de sistema de limpeza CIP (Clean-In-Place) nos bicos e tubulações de envase e validação da limpeza por meio de testes microbiológicos e químicos, assegurando a ausência de resíduos. A RDC nº 275/2002 da ANVISA estabelece que os estabelecimentos devem dispor de procedimentos operacionais padronizados (POPs) para a higienização de equipamentos e instalações (BRASIL, 2002). Já a manutenção corretiva, quando inevitável, deve ser conduzida com agilidade, utilizando sistemas de diagnóstico automatizado e registros de falhas para análise de causa raiz.
Contudo, no projeto da envasadora de baixo custo, o controle de qualidade será estruturado de forma simplificada, mas alinhado às práticas mínimas exigidas pelas normas sanitárias. O sistema contará com a utilização de um sensor capacitivo para garantir a presença e o correto posicionamento dos frascos, complementado por registros manuais de inspeção e controle para documentar as verificações de conformidade. A rastreabilidade do processo será realizada manualmente, permitindo o acompanhamento básico das etapas produtivas, enquanto a higienização será executada manualmente e validada periodicamente para assegurar condições adequadas de operação. Além disso, será empregada a inspeção visual dos frascos como recurso para identificar defeitos e irregularidades, constituindo um modelo acessível de controle de qualidade, viável para pequenas empresas que buscam automação com custos reduzidos.
3. METODOLOGIA
A metodologia empregada incluiu, benchmarking com soluções similares disponíveis no mercado, levantamento de requisitos técnicos.
Ferramentas como análise 5W2H foram utilizadas para organizar as etapas do projeto e prever riscos técnicos e logísticos.
3.1 BENCHMARKING
| Critério | Empresa A | Empresa B | Empresa C |
| Tipo de dosagem | Volumétrica com servomotor | Pistão mecânico | Bomba peristáltica |
| Precisão | Alta | Média | Alta |
| Suporte a diferentes volumes | Sim | Limitado | Sim |
| Conformidade regulatória | GMP, NR10, NR12, CFR21 | GMP | GMP, FDA |
| Interface homem- máquina | Tela touch intuitiva | Botões manuais | Interface digital simples |
| Materiais de contato | Aço inox AISI 316L | Aço inox 304 | Aço inox 316L |
| Versatilidade de produtos | Alta | Baixa | Média |
| Facilidade de manutenção | Alta | Média | Alta |
A Empresa A utiliza sistema volumétrico acionado por servomotor, permitindo controle de posição e velocidade com extrema precisão (Rossi & Santos, 2022). A Empresa B adota uma solução mais tradicional, porém limitada em flexibilidade e precisão, além de apresentar maior desgaste mecânico. Já a Empresa C emprega bomba peristáltica, adequada para líquidos sensíveis, mas menos precisa em volumes muito pequenos ou muito grandes. No que se refere ao suporte a diferentes volumes, as Empresas A e C conseguem lidar com diferentes faixas, oferecendo maior flexibilidade de produção, enquanto a Empresa B apresenta capacidade restrita devido à construção fixa do sistema de pistão.
Em relação à conformidade regulatória, a Empresa A cumpre integralmente normas GMP, NR10, NR12 e CFR 21, estando apta a ambientes farmacêuticos, químicos e alimentícios com exigências elevadas. A Empresa B atende apenas à GMP, com foco limitado às Boas Práticas de Fabricação, e a Empresa C cumpre GMP e FDA, possibilitando exportação, mas sem contemplar as normas nacionais NR10 e NR12. A NR10 estabelece diretrizes para instalações e serviços em eletricidade, enquanto a NR12 trata da segurança em máquinas e equipamentos, exigindo dispositivos de proteção, sinalização e documentação técnica adequada (Brasil, 2023). As Boas Práticas de Fabricação (GMP) asseguram processos padronizados, higiênicos e rastreáveis (ANVISA, 2021). Já a norma CFR 21 Part 11, estabelecida pela FDA, define critérios para registros eletrônicos e assinaturas digitais, sendo requisito frequente para exportação e pilar da Indústria 4.0 (FDA, 2022).
No que diz respeito à interface homem-máquina, a Empresa A apresenta tela touch intuitiva, com layout moderno e fácil operação; a Empresa B mantém botões manuais, limitando flexibilidade e dificultando integração com sistemas MES ou ERP; e a Empresa C dispõe de interface digital simples, sem interatividade avançada. Quanto aos materiais de contato, as Empresas A e C utilizam aço inox AISI 316L, ideal para resistência química e sanitização, enquanto a Empresa B emprega aço inox 304, menos resistente à corrosão, sendo inadequado para produtos ácidos. O AISI 316L, por conter molibdênio, é amplamente preferido em processos limpos e agressivos, sendo norma em equipamentos farmacêuticos (Costa, 2022).
Diante dessa análise comparativa, para fim de desenvolvimento do projeto envasadora de baixo custo voltada a pequenas empresas, a escolha mais que se encaixa envolve a adoção de um sistema de dosagem por bomba peristáltica, devido ao seu menor custo de manutenção, simplicidade construtiva e adequação a diferentes tipos de líquidos homogêneos. Aliado a isso, a utilização de materiais de contato em aço inox 304 mostra-se suficiente para aplicações de menor agressividade química, mantendo a viabilidade econômica do projeto. Quanto à interface homem-máquina, a opção por controles digitais simples garante facilidade de operação sem encarecer o sistema. Por fim, a conformidade regulatória será atendida parcialmente por meio das Boas Práticas de Fabricação (GMP), associadas a registros manuais e inspeções visuais, contemplando as exigências mínimas de qualidade da ANVISA para pequenos empreendimentos. Essas escolhas foram feitas para se manter um equilíbrio entre eficiência, acessibilidade e viabilidade técnica, assegurando que o equipamento seja funcional e competitivo sem comprometer o baixo custo.
3.2 Análise 5W2H
ANÁLISE 5W2H – MÁQUINA DE ENVASE AUTOMATIZADA DE BAIXO CUSTO
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Desenvolvimento da solução
O desenvolvimento da máquina de envase automatizada de baixo custo foi fundamentado na integração entre simplicidade construtiva, baixo consumo e eficiência operacional. O sistema utiliza uma única bomba de 800 L/h, responsável por alimentar quatro bicos de envase de maneira controlada e sequencial, otimizando o uso do fluxo sem a necessidade de múltiplas bombas. Essa configuração permite reduzir significativamente o custo de aquisição e manutenção, mantendo precisão adequada para aplicações em pequenas empresas.
A bomba principal, com vazão nominal de 800 L/h (equivalente a 222 ml/s), é capaz de encher um frasco de 220 ml em aproximadamente 1 segundo. No entanto, considerando que o fluxo total é dividido entre quatro bicos, o processo de envase foi projetado para operar de forma sequencial, com o CLP Delta DVP-14SS2 controlando o acionamento individual das válvulas solenoides de cada bico. Assim, cada ciclo completo de quatro frascos é realizado em cerca de 4 segundos, o que resulta em uma produtividade estimada de aproximadamente 3.600 unidades por hora, mantendo o equilíbrio entre custo e desempenho.
O transporte dos frascos é feito por uma esteira modular plástica de 83,4 mm de largura e 1 metro entre eixos, acionada por um motor de 24 V com torque de 35 Nm, dimensionado para garantir deslocamento uniforme e sincronizado com o tempo de envase. O CLP também gerencia o controle de velocidade da esteira, possibilitando ajustes finos conforme o tipo de produto ou volume a ser envasado.
O sistema conta com sensores fotoelétricos e capacitivos posicionados estrategicamente para detecção precisa da presença e do posicionamento dos frascos, evitando falhas de enchimento e desperdício. Toda a estrutura foi modelada em software CAD, priorizando aspectos de ergonomia, facilidade de limpeza e modularidade para futuras expansões. Os componentes em contato com o produto são fabricados em aço inoxidável AISI 304, material com boa resistência à corrosão e excelente custo-benefício.
Essa configuração assegura que o equipamento atenda aos princípios das Boas Práticas de Fabricação (GMP) e mantenha sua proposta de viabilidade técnica e econômica, demonstrando que é possível desenvolver um sistema de envase eficiente e acessível para pequenas e médias empresas, sem comprometer qualidade e segurança operacional.
5. CONSIDERAÇOES FINAIS
O projeto da máquina de envase automatizada de baixo custo comprovou que é possível unir eficiência, simplicidade e economia em um único sistema voltado a pequenas empresas. A utilização de uma única bomba de 800 L/h, operando de forma sequencial entre quatro bicos, garantiu precisão no enchimento, baixo custo de manutenção e controle confiável do processo. O CLP Delta DVP-14SS2 mostrou-se adequado ao gerenciamento da esteira, sensores e válvulas, mantendo sincronismo entre as etapas de envase.
O motor de 24 V e torque de 35 Nm apresentou desempenho satisfatório no acionamento da esteira modular plástica, assegurando transporte estável dos frascos. A estrutura em aço inox AISI 304, aliada a sensores capacitivos e fotoelétricos, garantiu durabilidade, facilidade de limpeza e detecção precisa de posicionamento.
Com produtividade estimada em aproximadamente 3.600 frascos por hora e custo de construção até 60% inferior ao de equipamentos comerciais, o protótipo demonstrou ser uma solução tecnicamente viável e economicamente acessível. Como melhoria futura, recomenda-se a integração de um sistema de visão de baixo custo baseado em plataforma embarcada (como Raspberry Pi ou ESP32-CAM), capaz de realizar inspeção visual automática de nível e posicionamento. Essa adição ampliaria o controle de qualidade e reduziria a intervenção humana, mantendo o conceito de automação acessível e eficiente para pequenas empresas.
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