Fábrica da Toyota reduz custo de energia com novos controles de compressor de ar

Freio nas emissões

Você já ouviu falar de veículos sem emissões. Mas e a produção de veículos sem emissões?

Essa é a visão da Toyota, uma das maiores montadoras do mundo. O Desafio Ambiental Toyota 2050 exige que a empresa elimine as emissões de CO2 das fábricas de produção global até 2050.

Para atingir esse objetivo ambicioso, a Toyota está tomando medidas para reduzir o uso de energia e passar para a energia reutilizável. E, como evidenciado na fábrica da empresa em Huntsville, no Alabama (EUA), esses esforços estão ajudando a Toyota a não apenas reduzir a pegada ecológica, mas também estão beneficiando os resultados finais.

Custos com energia inflados

A fábrica de Huntsville fabrica motores para veículos populares da Toyota, como Tacoma, Tundra e Highlander. Os trabalhadores da fábrica recebem componentes do motor que foram fundidos em outras instalações para usiná-los e montá-los nos motores que vão para os veículos de outras instalações.

O sistema de compressão de ar da fábrica é crucial para o processo de produção. Composto principalmente por cinco grandes compressores de ar centrífugos, o sistema fornece ar em toda a fábrica, que tem 111 mil metros quadrados, para vários processos de máquinas, automação e componentes de motores de secagem.

Os sistemas de ar comprimido (CA) consomem muita energia por natureza. O sistema na fábrica de Huntsville não é exceção; isso representa 25% dos custos anuais de energia da fábrica.

Os controles herdados fizeram do sistema um consumidor de energia ainda maior do que o necessário. Os controles antigos demoravam para iniciar os compressores e não permitiam que eles trabalhassem juntos como um sistema integrado, além de não terem armazenamento de CA suficiente para extração durante os picos altos de demanda de ar.

Por causa dessas limitações, os membros da equipe tinham que manter os compressores on-line mais do que o necessário durante a maior parte do dia para garantir capacidade de ar suficiente para suportar surtos de demanda curtos e ocasionais na fábrica.

“Precisamos de no mínimo 81 PSI para que as máquinas funcionem sem interrupção”, disse Eddy Kiggen, especialista em instalações da Toyota. “Mas como os compressores demoravam muito para inicializar, tínhamos que manter 91 PSI apenas para garantir que não teríamos falhas com uma pressão de CA baixa de 81 PSI”.

O contrato de energia elétrica da fábrica criou mais desafios. O contrato cobra mais pela energia consumida durante o horário de pico. Quando os membros da equipe precisavam iniciar um dos compressores grandes durante esse período para manter a fábrica dentro da capacidade, uma única partida de máquina podia aumentar a conta de eletricidade da fábrica em 100% em um dia.

Atualizações locais e em toda a fábrica

Para ajudar a controlar os custos de energia e apoiar a iniciativa energética para 2050, a Toyota Motor Manufacturing de Alabama (TMMAL) decidiu atualizar os sistemas de controle de compressores de ar da fábrica.

Para esse trabalho, eles procuraram a IZ Systems e a Case Engineering, parceira na fabricação de máquinas no programa PartnerNetwork da Rockwell Automation. A empresa entregou uma solução em duas partes que incluía controles locais e em toda a fábrica.

Localmente, a Case migrou os controladores nos cinco compressores grandes para a solução de controle AirLogix da empresa. A solução é baseada na plataforma de controle CompactLogix e inclui uma interface de operação PanelView Plus 7 para oferecer aos trabalhadores dados de desempenho e diagnóstico em cada compressor.

No nível da fábrica, a Case usou a solução de compartilhamento de carga AirMaster da empresa para criar um sistema mestre de controle de ar. Esta solução é baseada na plataforma ControlLogix e usa o software FactoryTalk View SE para a coleta e a visualização de dados. A Case trabalhou com a IZ Systems, que também instalou um tanque de armazenamento de 5.000 galões para CA aumentada de 500 PSI para possibilitar tempo de recuperação do sistema sem falhas.

Uma válvula moduladora fornece ar durante períodos de alta demanda de ar. Esse ar armazenado oferece uma transição suave quando uma máquina centrífuga adicional é necessária para atender à demanda de ar da fábrica.

Aceleração das economias

Os controles novos e mais eficientes dos compressores de ar ajudaram a fábrica de Huntsville a reduzir o uso anual de energia em quase 1 milhão de kWh por ano. Isso não inclui as economias obtidas ao evitar partidas durante o horário de pico.

Por conta disso, a fábrica recuperou o investimento que fez nos controles novos mais rapidamente do que a meta que tinha, que era de dois anos.

“Conseguimos reduzir nosso ponto de ajuste para o sistema de 91 para 85 PSI”, explicou Kiggen. “É aí que está a maioria da economia neste projeto.”

Os controles locais atualizados ajudam os compressores a operar com mais eficiência do que os controles herdados, graças ao aumento da capacidade de aceleração de cada máquina. O novo controlador mestre monitora a pressão, e o fluxo de ar iniciará ou interromperá os compressores para atender à demanda. Ele extrai o CA do tanque de armazenamento de alta pressão enquanto um compressor fica on-line, acompanha os surtos de demanda e protege contra possíveis problemas.

“Da maneira como está configurado agora, sempre temos pressão suficiente no tanque de armazenamento para eventuais quedas ou falhas no compressor”, disse Kiggen. “Mesmo que o próximo compressor que tentarmos iniciar falhe, podemos iniciar outro, e as pessoas no chão de fábrica nem saberão o que aconteceu.”

O novo sistema oferece aos trabalhadores informações sobre tendências para monitorar a pressão e o fluxo do ar, uso de energia e dados críticos em cada máquina, incluindo vibração. E como essas informações estão disponíveis quase em tempo real (algo do qual os membros da equipe não dispunham anteriormente), isso ajuda a analisar o sistema de CA e auxilia na localização de falhas.

Os membros da equipe podem visualizar as informações localmente em cada máquina como parte do monitoramento de operações de rotina. A Toyota e a Case Engineering podem visualizá-las de qualquer lugar usando um acesso remoto.

“Depois da eletricidade, o ar é o serviço público mais importante que temos, por isso mantemos um olhar atento nele”, disse Kiggen. “Examino os dados diariamente para ver o desempenho do sistema e analisar a eficiência dele. Recebo uma mensagem de texto se há um problema, como uma queda de pressão ou o tanque de armazenamento ficando abaixo de um determinado nível. Também gostamos de entrar em contato com a Case e informá-la sobre um problema para que ela possa entrar em comunicação para resolver o problema imediatamente.”

A Toyota está tentando replicar esse projeto em outros lugares para obter economias de energia semelhantes, além de continuar o caminho em direção à meta de emissão zero de CO2.

“Produzir zero CO2 no processo de construção de um veículo é uma tarefa muito grande”, afirmou Kiggen. “No momento, estamos tentando economizar o máximo de energia possível antes de entrarmos nas energias renováveis. E para esta fábrica, essas atualizações de controle são os projetos de energia mais bem-sucedidos que realizamos há muito tempo.”

Os resultados mencionados acima são específicos do uso pela Toyota de produtos e serviços da Rockwell Automation, juntamente com outros produtos. Os resultados específicos podem variar para outros clientes.