A Ash Grove Cement melhora a confiabilidade e proteção de ativos
Soluções
- Controle inteligente de motor – Inversores de baixa tensão da Allen-Bradley® de 450 HP alimentam uma aplicação de motor CA existente de média tensão, 2.300 HP
- Controle inteligente de motor – Os recursos de torque do inversor fornecem torque total em velocidade zero e proporcionam um controle de velocidade suave do motor
Resultados
- Confiabilidade aprimorada – Auxiliou a aumentar a produção, reduziu os custos de manutenção e atingiu uma disponibilidade de mais de 90%
- Economia de custos – Auxiliou a economizar US$ 250.000 com a aquisição de um inversor no lugar do inversor de média tensão geralmente usado para a aplicação
- Tempo de comissionamento menor – Os inversores foram comissionados e a produção iniciou em uma hora ao trabalhar com os engenheiros de serviço da Rockwell Automation
Histórico
Como engenheiro elétrico na indústria de fabricação de cimento com uso intenso do motor há mais de 30 anos, Bob Wright acompanhou tudo:a evolução de conversores e motores CC para inversores e motores CA, acesso melhorado à informação e mais pressão para reduzir o consumo de energia do motor.
A primeira vez que atravessamos as portas da Ash Grove Cement em Chanute, Kansas, em 1975, Wright nos contou que era impossível usar um inversor de baixa tensão para controlar um motor CA de média tensão.Sem dúvida, os tempos e a tecnologia mudaram.
Wright supervisionou a operação elétrica da instalação centenária de Ash Grove, uma das nove fábricas do maior fabricante de cimento.Em conjunto, as fábricas têm uma capacidade de produção anual de quase 9 milhões de toneladas de cimento.Como outras empresas da indústria do cimento, a Ash Grove enfrenta uma concorrência pesada, demanda flutuante e uma intensa pressão para aumentar eficientemente a produtividade.
Para maximizar a produção, a fábrica de Chanute produz cimento 24 horas por dia, todos os dias.Quase 1.000 motores geram, combinados, 45.000 HP, impulsionando a produção de cinco toneladas de cimento por minuto.
“O sucesso ou a falha da nossa fábrica depende dos nossos motores”, disse Wright.“Nós precisamos de equipamento confiável e manutenção contínua para proteger nossos motores, controlar a produção e operar eficientemente.”
Para resolver problemas com um sistema de controle do motor antiquado e instável, a Ash Grove investiu em uma solução incomum, mas, mesmo assim, eficiente, instalando um inversor de frequência de baixa tensão de tecnologia avançada para os seus motores CA de média tensão e 2.300 HP existentes.A Ash Grove não só atualizou a sua tecnologia de inversor, mas também modernizou sua abordagem para manter os investimentos de capital.O resultado, até agora, é uma economia inicial de US$ 250.000 e 90% de disponibilidade.
“Até pouco tempo atrás, os fabricantes tinham a mentalidade de “usar até quebrar“.Mas agora dispomos de ferramentas para proteger investimentos de capital como os nossos motores”, disse Wright.
O sistema de controle do motor anterior e não confiável da Ash Grove exigia constantes manutenções.
Desafio
Na Ash Grove os motores alimentam tudo, desde a fornalha rotativa cheia de rochas até a moagem de até 4.500 toneladas de cimento por dia.A demanda está crescendo, aumentando a necessidade de manter a fábrica, e seus motores, operando em perfeito estado.Com a China investindo na produção de cimento para construir a sua própria infraestrutura, as importações de material caíram, aumentando a demanda por cimento doméstico.
Para produzir o clínquer usado no processo de fabricação de cimento, a Ash Grove usa a pedra calcária minerada de pedreiras no local, a mistura com outros ingredientes e aquece o material até 2.000 °F (1.100 °C) em uma fornalha rotativa de 150 pés (45 m) de comprimento.Ainda muito quente, o clínquer, que varia desde o tamanho de uma bolinha de gude até cerca de 3 pol. (8 cm) de diâmetro, passa por um processo de resfriamento e depois, no moinho, é moído com bolinhas de aço formando o cimento em pó.
Os trabalhadores em Ash Grove tinham problemas todo mês, na hora de fazer a manutenção desses três moinhos de bolas.Para que os técnicos pudessem entrar no moinho para fazer a manutenção, eles usavam um antiquado motor de gerador de 60 HP para girar o moinho, centímetro a centímetro, até ele ficar na posição exata.
O processo para posicionar o equipamento manualmente, chamado de “posicionamento”, se tornou difícil de realizar. Os técnicos não tinham uma forma efetiva de aplicar o torque de modo preciso para o motor de média tensão diretamente a partir do sistema de alimentação, a técnica usada para girar o moinho lentamente.“Além dos problemas para mover o imenso moinho para uma posição precisa, os trancos ou a partida e parada abruptas do motor podiam causar danos mecânicos ou elétricos ao equipamento”, disse Wright.
O problema interferiu com as metas da empresa de minimizar o tempo de parada e maximizar a produção.“Cada hora que desligávamos as operações para realizar a manutenção de rotina ou resolver uma falha, 300 toneladas de cimento deixavam de ser produzidas”, explicou Wright.
Cansado da frequência e custos do problema, Wright partilhou as suas frustrações com o seu contato de vendas da Rockwell Automation, fornecedor de automação da Ash Grove para o restante da fábrica.
“Tradicionalmente, essa situação exigia um novo controlador de posicionamento e um novo motor de engrenagem ou um inversor de média tensão”, disse Wright.“Mas os engenheiros da Rockwell Automation projetaram uma solução de inversor com um desempenho que supera as outras soluções a uma fração do custo.”
Soluções
A Ash Grove substituiu os geradores que alimentavam o posicionamento do moinho por inversores de frequência pré-configurados de 450 HP e 480 volts da Rockwell Automation.Os inversores Allen-Bradley® alimentam três motores CA existentes de 4.000 volts e 2.300 HP exclusivamente durante o processo de posicionamento para rotacionar o moinho de bolas eficientemente, controlando a partida e a parada.Para o funcionamento do moinho com velocidade total, a Ash Grove usa uma partida de motor síncrona que não tem controle de velocidade.
“Com mais de 30 anos de experiência na indústria do cimento, me considero um apaixonado por CC”, disse Wright.“Nunca acreditei que a tecnologia CA pudesse produzir 100% de torque a uma velocidade zero até que a Rockwell Automation desenvolveu uma solução de controle do motor CA para uma aplicação de torque elevado.”
Configurado para substituir a aplicação de motor gerador, o inversor Allen-Bradley de baixa tensão tem a capacidade de controle de torque para operar com os 6 Hertz requeridos para o posicionamento do moinho de bolas.O inversor consegue separar e controlar independentemente o fluxo e torque do motor produzindo corrente, permitindo que ele forneça torque total até a velocidade zero.Esses recursos, além de um controle preciso da velocidade do motor, permitem que o inversor atenda a aplicações exigentes de controle do motor, incluindo aquelas tipicamente reservadas para motores CC.
Quando o inversor chegou na Ash Grove, parecia ser um projeto de instalação mais complicado do que o normal. Então Wright contatou a Rockwell Automation para obter assistência.Os engenheiros de campo da Rockwell Automation forneceram serviços de partida do inversor para auxiliar Wright a fazer uma programação correta e deixar a aplicação de inversor operando sem falhas.
“Os engenheiros da Rockwell Automation nos auxiliaram a comissionar o inversor e colocar todo o restante para funcionar em uma hora”, relembra Wright.“Essa transição simples e rápida ajudou a reduzir o tempo entre integração e operação real da máquina.”
Ao interligar em rede o inversor a um controlador ControlLogix® da Allen-Bradley já existente, a Ash Grove incrementou o desempenho operacional, passou a ter acesso em tempo real a dados de produção essenciais e a proteger recursos valiosos mediante capacidades avançadas de diagnóstico e proteção.A abordagem integrada ajuda a Ash Grove a melhorar os resultados finais ao longo de toda a operação ao aumentar a produtividade e reduzir os custos.
São quase 1.000 motores que alimentam as aplicações na fábrica de Chanute da Ash Grove em Kansas para produzir 150 milhões de toneladas de clínquer anualmente.
Resultados
A implementação da tecnologia de inversor da Rockwell Automation proporcionou à Ash Grove um controle de motor confiável, economia de recursos financeiros e melhor proteção dos ativos.
“Fazer a manutenção dos equipamentos elétricos em uma fábrica que produz cimento 24 horas por dia e controla a operação com quase 1.000 motores é um trabalho exigente”, disse Wright.“A confiabilidade da tecnologia de inversor não só me dá tranquilidade como engenheiro elétrico, mas também contribui para uma maior produção e mais de 90% de disponibilidade.”
O conhecimento da aplicação dos engenheiros da Rockwell Automation mais as capacidades tecnológicas do inversor fizeram a Ash Grove economizar dinheiro.
“Além dos custos, reduzidos a menos da metade do que se gastava com um inversor de média tensão, o uso de um inversor de baixa tensão nesta aplicação ajuda a economizar dinheiro em manutenção e consumo de energia e o trabalho é feito de forma ainda melhor”, disse Wright.
A economia inicial da Ash Grove foi de US$ 250.000 quando ela escolheu um inversor de baixa tensão e ela ainda economiza milhares de dólares anualmente em manutenção.Diferente do gerador anterior, a tecnologia integrada do inversor de frequência ajuda a reduzir o desgaste mecânico do equipamento além de economizar o tempo e o dinheiro que eram gastos na manutenção do motor.Em vez de uma manutenção anual do motor, o novo inversor requer bem menos manutenções e rebobinamentos do motor, se é que ocorrerão.A capacidade de operar inversores a velocidades muito baixas para posicionamento controlado facilita o processo de posicionamento requerido para a manutenção regular do moinho de bolas.
“Acreditamos na manutenção de motores para o funcionamento em longo prazo”, disse Wright.“Ela nos economiza mais dinheiro para dedicar nossos esforços para proteger esses motores, em vez de utilizá-los até quebrarem.”
Além de gastar menos dinheiro nos motores e na manutenção da caixa de engrenagens e substituição do equipamento, a Ash Grove reduziu o consumo de energia.
“Antes, era preciso colocar o motor do gerador para funcionar durante o processo de posicionamento”, disse Wright.“Diferente do gerador, o inversor de frequência consome muito menos energia elétrica enquanto fazemos a manutenção dos moinhos, o que resultou em economia de energia.”
Para proteger seus investimentos em tecnologia de motor, a Ash Grove desenvolveu uma estratégia de manutenção geral que complementa os esforços internos com o suporte da Rockwell Automation, quando necessário.
“A técnica inovadora do uso de inversores de baixa tensão para alimentar uma aplicação de média tensão provou ser uma solução econômica e confiável”, disse Wright.“Pretendemos colaborar com a Rockwell Automation para futuramente desenvolver abordagens mais ousadas para alcançar nossas metas.”
