Se você já esteve no meio de uma fábrica às 2 da manhã, observando robôs zumbindo, transportadores zumbindo e motores funcionando a toda velocidade mesmo quando uma linha de produção está ociosa, você sabe disso: o uso de energia na fábrica não é apenas uma conta de serviços públicos – é um custo oculto que pode consumir de 20 a 30 por cento do orçamento operacional de uma fábrica, de acordo com a Administração de Informações de Energia dos EUA (EIA). Como fornecedor de sistemas de automação fabril, passei anos ajudando os fabricantes a reduzir esse desperdício sem diminuir a produção, e o núcleo desse trabalho é construir sistemas de automação que não apenas controlem as máquinas – eles as ouçam, se adaptem às suas necessidades e eliminem o tipo de consumo desnecessário de energia que assola até mesmo as fábricas mais bem administradas. A questão não é se a automação pode otimizar o consumo de energia – é como fazê-lo de uma forma que funcione de acordo com o ritmo único de cada planta.
Vamos começar com o maior e mais evitável desperdício: sobrecarregar o equipamento quando não é necessário. Por exemplo, considere os processos de bobinagem, que são fundamentais para tudo, desde têxteis até fabricação de metal e embalagens. Um sistema de enrolamento padrão usado para funcionar a uma velocidade fixa 24 horas por dia, 7 dias por semana, mesmo quando as bobinas estavam sendo trocadas ou os materiais eram carregados de maneira desigual – desperdiçando energia com excesso de torque e fricção que se acumulam em uma única mudança. É aí que entra a automação de precisão vinculada aos dados do processo em tempo real. Quando integramos sistemas de controle inteligentes em um dispositivo de enrolamento (/factory-automation-system/winding-device.html), nós o programamos para ajustar o torque, a velocidade e a tensão dinamicamente à medida que o carretel enche ou esvazia. Se o sistema detectar um ponto fino no material que está sendo enrolado, ele automaticamente reduz ligeiramente a tensão para evitar esticá-lo ou desperdiçar energia extra no combate à resistência. No ano passado, um cliente meu do setor têxtil mudou da bobinagem de velocidade fixa para este modelo automatizado e reduziu o uso de energia relacionada à bobinagem em 28% em seis meses, sem queda na qualidade do produto.
Mas a otimização energética da automação não se limita às máquinas individuais – trata-se de conectar todas as partes da linha de produção para que funcionem em sincronia, e não com finalidades cruzadas. Muitas fábricas operam em silos: a linha de enrolamento funciona enquanto o transportador que fornece materiais para ela está ocioso, ou o alimentador que fornece matérias-primas para o próximo estágio funciona a toda velocidade, mesmo quando a máquina a jusante está pausada. É aqui que a modificação da linha de produção (/factory-automation-system/production-line-modification.html) usando automação integrada faz toda a diferença. Não apenas trocamos máquinas antigas – colocamos em camadas uma plataforma de controle central que compartilha dados entre todos os ativos na linha. Para um cliente de produção de lã de rocha, modificamos sua linha para que o alimentador de parafuso duplo para linha de produção de lã de rocha (/factory-automation-system/twin-screw-feeder-for-rock-wool-production.html) ajuste sua taxa de alimentação em tempo real com base nos sinais do sensor de saída do alimentador e do sistema de verificação de qualidade do próximo estágio. Se o forno a jusante precisar de um volume ligeiramente menor de matéria-prima para uma troca de lote, o alimentador desacelera instantaneamente em vez de ficar vazio. Essa pequena sincronização reduziu o uso total de energia da linha em 22% e também reduziu o desperdício de materiais, o que representa uma dupla vitória para seus resultados financeiros.
Outra área frequentemente esquecida são os equipamentos auxiliares: transportadores, coletores de pó, alimentadores e sistemas de ventilação que não são o núcleo da produção, mas funcionam constantemente para apoiá-la. Na indústria da lã de rocha, por exemplo, o pó de lã de rocha é um subproduto do processamento, pelo que as instalações dependem de transportadores de pó e sistemas de recolha que tradicionalmente funcionam a toda velocidade durante todo o dia, independentemente da quantidade de pó que está realmente a ser gerada. É por isso que projetamos e instalamos soluções personalizadas, como o transportador espiral de pó de lã de rocha (/factory-automation-system/rock-wool-dust-spiral-conveyor.html) que sincroniza com os sensores de geração de pó da linha de produção. Se a linha estiver operando com metade da capacidade durante uma troca de lote, o transportador em espiral desacelera, reduzindo a velocidade do motor e o consumo de energia em até 40% quando a demanda é baixa. Combinamos isso com inversores de frequência variável (VFDs) que funcionam com todos os transportadores, alimentadores e motores da linha, ajustando a potência para corresponder à carga real em vez de uma velocidade fixa – algo que nem mesmo os VFDs antigos podem fazer se não estiverem integrados ao sistema de controle central da linha.
É claro que todas essas ferramentas só funcionam se você tiver os dados para saber quando há desperdício, e é aí que entram os sensores inteligentes e a análise preditiva. Os sistemas modernos de automação de fábrica não são apenas interruptores – eles são coletores de dados que rastreiam o uso de energia, a carga e a eficiência de cada máquina em tempo real. Por exemplo, nosso alimentador de dupla hélice de alta eficiência (/factory-automation-system/high-efficiency-twin-screw-feeding-machine.html) possui sensores integrados que medem a corrente do motor, taxa de fluxo de material e torque. Se o sensor detectar um aumento de 10% na corrente que não corresponda a uma mudança na taxa de alimentação, ele sinalizará isso como um problema potencial – como uma alimentação entupida ou peça desgastada – que poderia estar desperdiçando energia muito antes de causar uma pane. Um cliente de processamento de alimentos usou esses dados para descobrir que seus comedouros estavam funcionando 15% acima da capacidade durante o turno da noite, quando a demanda era menor, e ajustou as configurações para corresponder, reduzindo o uso de energia relacionado aos comedouros em 19%, sem qualquer impacto na produção do produto.
O que faz isso funcionar não é apenas a tecnologia – é a capacidade de adaptá-la às necessidades específicas de uma planta, e não de aplicar uma solução única para todos. Uma fábrica de papel terá pontos de desperdício de energia diferentes de uma fábrica de estamparia de metal, e os desafios de um produtor de lã de rocha são totalmente diferentes dos de um fabricante farmacêutico. É por isso que a nossa abordagem à automação começa com uma auditoria energética completa da planta: mapeamos o uso de energia de cada máquina, identificamos gargalos onde ocorrem desperdícios e projetamos um sistema que conecta apenas os ativos que importam, em vez de adicionar complexidade desnecessária. Por exemplo, uma fábrica de embalagens de peças pequenas com a qual trabalhei não precisou substituir todas as linhas de transporte – apenas integramos um pequeno sistema de controle que sincroniza as máquinas de embalagem, os transportadores e os alimentadores de materiais, reduzindo o uso geral de energia em 17%, com retorno do investimento em menos de 18 meses.
Já vi muitas fábricas comprarem máquinas “eficientes em termos energéticos” por conta própria, apenas para descobrir que essas máquinas ainda desperdiçam energia porque não fazem parte de um sistema conectado. Um motor que funciona com 90% de eficiência é ótimo, mas se estiver funcionando quando não é necessário, essa eficiência não importa. A automação transforma máquinas individuais eficientes em um sistema completo que quase não desperdiça energia. Também reduz o tempo de inatividade inesperado, que é um custo de energia oculto – quando uma máquina avaria, as fábricas muitas vezes operam outras linhas a velocidades mais elevadas para compensar a perda de produção, desperdiçando mais energia no processo. Nossos recursos de manutenção preditiva, integrados em todos os sistemas de automação, detectam problemas antes que eles causem tempo de inatividade, para que as linhas funcionem de forma constante em velocidades ideais, e não em velocidades de emergência.
No final das contas, otimizar o consumo de energia da fábrica com automação envolve três coisas simples: combinar o uso de energia com as necessidades reais de produção, conectar todos os ativos para que funcionem em sincronia e usar dados para capturar desperdícios antes que se tornem um problema. Não se trata de forçar uma planta a funcionar mais rápido ou usar menos produção – trata-se de fazer com que cada watt conte. Se você deseja reduzir os custos de energia da sua fábrica sem sacrificar o desempenho ou deseja saber mais sobre como as soluções de automação personalizadas funcionam para sua linha, podemos ajudá-lo a auditar seu sistema atual e criar um plano que atenda às suas necessidades.
Referências
- Administração de Informações sobre Energia dos EUA. (2023). Visão geral do uso de energia na fabricação. Washington, DC: Departamento de Energia dos EUA.
- Agência Internacional de Energia. (2022). Eficiência Energética na Indústria: Principais Tendências e Tecnologias. Paris: Publicação IEA.
- Associação para o Avanço da Automação. (2023). Impacto da automação fabril na redução de energia industrial. Ann Arbor, MI: A3.
- Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. (2022). Gestão de Energia para Sistemas de Fabricação Inteligentes. Gaithersburg, MD: NIST.