A CBMM é a principal fornecedora mundial de nióbio, responsável por cerca de 70% a 80% da oferta global. Sem um sistema para gerenciar e padronizar as curvas de potência dos fornos, os operadores da CBMM precisavam confiar em julgamento e intuição próprios, o que frequentemente levava ao desperdício de energia e recursos, descarte de produtos e falhas de equipamentos.
Somente com os investimentos já existentes em AVEVA e a experiência da integradora de sistemas IHM Stefanini, a equipe construiu outro sistema para implementar, padronizar, gerenciar e automatizar as curvas de potência em todas as operações de fornos. O novo sistema já ajudou a CBMM a reduzir o consumo de energia, o tempo de ciclo, o risco à segurança e os custos operacionais.
Desafios
Era necessário um sistema para melhorar o gerenciamento da curva de potência e a eficiência energética
Faltou padronização e orientação nas operações de fornos elétricos a arco
Processos manuais levavam a erros, ineficiência e riscos à segurança
Resultados
5,5%
Redução do uso de energia em um forno
US$ 140.000
Economias anuais em ganhos de eficiência energética em três fornos
Mais eficiência e segurança
7%
Redução no tempo de ciclo
Principal fornecedor mundial de nióbio
Quando apenas uma pequena quantidade de nióbio, não mais que 0,1%, é adicionada ao aço, esse aço (agora chamado de aço microligado de alta resistência, ou HSLA) torna-se de 30% a 50% mais resistente, sem aumento de peso. O metal também é altamente resistente ao calor, à oxidação, à ação química e, em temperaturas criogênicas, é supercondutor. Essas propriedades notáveis tornam o nióbio muito valioso em diversos setores e aplicações industriais, desde projetos de energia renovável, arranha-céus, pontes e dutos até produtos eletrônicos de consumo, ímãs de ressonância magnética, motores a jato, propulsores de foguetes e aceleradores de partículas.
Embora o nióbio esteja presente em inúmeros produtos industriais e de consumo, para encontrar minério de nióbio é preciso ir ao Brasil, onde se encontram cerca de 98% das reservas mundiais. É também onde se encontra a CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração), líder mundial no fornecimento de nióbio, responsável por entregar de 70% a 80% da oferta global.
Um novo padrão
Depois de minerado, homogeneizado e concentrado, o minério de nióbio precisa ser refinado, e é aí que começa o projeto de transformação digital da CBMM, especificamente na planta de refino de desfosforação. A desfosforação é uma das etapas mais essenciais do processo de produção e também uma das mais intensivas em energia. O processo exige um forno elétrico a arco especializado e múltiplos tipos de consumo energético, incluindo eletrodo e energia elétrica, carvão vegetal e gás LP. Antes do projeto de transformação digital da CBMM, as operações de desfosforação careciam de um elemento crucial: padronização.
Sem padronização, os operadores não têm um padrão definido que indique exatamente quanta energia aplicar ao forno. Em vez disso, baseiam-se na experiência, na intuição e em tentativas e erros. Aplicar pouca energia significa risco de processamento incompleto e qualidade inconsistente ou inferior, o que pode gerar retrabalho, descarte, desperdício e atrasos; aplicar energia demais significa desperdício, custos elevados, sobrecarga de equipamentos ou pior. “Quando falamos de fornos”, explica Amanda Branco, engenheira de produção da CBMM, “se você colocar muita energia quando não é necessário, isso pode ser catastrófico.”
É aqui que entram a IHM Stefanini, integradora de sistemas com sede no Brasil, e a AVEVA. Com a expertise da IHM Stefanini e o conjunto de ferramentas AVEVA já existente na CBMM, a equipe construiu um novo sistema para implementar, padronizar e gerenciar curvas de potência em toda a operação de fornos da empresa.
Solução
Utilizou o AVEVA™ PI System™, AVEVA™ Production Management e AVEVA™ InTouch HMI para desenvolver uma solução de curva de potência que padroniza e automatiza as operações do forno
Com três soluções AVEVA já em uso, a CBMM e a IHM Stefanini desenvolveram um sistema integrado para implementar, padronizar e gerenciar curvas de potência.
Transformando investimentos existentes em novas soluções
No início, a IHM Stefanini fez um levantamento das soluções AVEVA já utilizadas pela CBMM: AVEVA PI System, AVEVA InTouch HMI e AVEVA Production Management. “O que precisávamos fazer”, explica Moacyr Junior, líder de manufatura digital na IHM Stefanini, “era dividir e montar essas peças: integrar esse quebra-cabeça para resolver o problema”. Juntos, tiveram que decidir: quais recursos o novo sistema de curvas de potência da CBMM precisaria ter e quais das soluções AVEVA já existentes poderiam oferecer esses recursos da melhor forma?
Depois que o design foi mapeado, a equipe começou a construir um sistema integrado que aproveitasse totalmente os investimentos existentes da CBMM em AVEVA, cada solução desempenhando um papel específico na definição, execução e monitoramento das curvas de potência. Usando o AVEVA Production Management, o sistema define as receitas das curvas de potência em todas as fases de refino, garante a rastreabilidade das receitas e consolida métricas de produção relacionadas para calcular a aderência à receita. Em seguida, com o AVEVA PI System, a CBMM coleta dados de produção em tempo real e calcula métricas para acompanhar a curva de potência real e seu alinhamento com a curva de referência. Por fim, o AVEVA InTouch HMI atua como a interface com o PLC, gerenciando o download e a execução da receita da curva de potência.
Esse painel no AVEVA Production Management mostra, mês a mês, o grau de aderência das operações do forno à curva de potência definida na receita.
Juntas, essas três soluções permitem que a CBMM padronize e implemente curvas de potência, além de executar, controlar, monitorar e automatizar as operações dos fornos. “Agora nossos operadores não precisam alterar a potência manualmente”, afirma Amanda Branco. “O sistema faz isso sozinho”. Eliminando as estimativas das operações dos fornos, o novo sistema não apenas reduz o consumo de energia, como também ajuda a minimizar riscos à segurança.
O novo sistema de curvas de potência reduziu o consumo de energia do forno mais recente da CBMM em aproximadamente 5,5%.
Operações de fornos mais seguras e com maior eficiência energética
Com as curvas de potência padronizadas e automatizadas, a CBMM observou melhorias consideráveis na eficiência de cada um de seus três fornos, especialmente no mais novo, o forno n.º 3. Antes de implementar e padronizar as curvas de potência, o Forno n.º 3 consumia 55,91 MWh por ciclo. Agora, após a implementação, o forno n.º 3 consome 52,80 MWh por ciclo. Isso representa uma redução de cerca de 5,5% no consumo de energia.
Os fornos n.º 1 e n.º 2 tiveram aproximadamente 1 MWh de redução por ciclo. A economia de energia entre os três fornos totaliza aproximadamente US$ 140.000 por ano.
Além de melhorar a eficiência e a segurança, o novo sistema também reduziu os tempos de ciclo em cerca de 7%. “Simplesmente porque agora sabemos o que estamos fazendo”, diz Amanda Branco. “Sabemos quando estamos nos saindo muito melhor ou pior e assim estabelecemos um padrão”. Tem sido realmente ótimo para o processo.”
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“Sabemos quando estamos nos saindo muito melhor ou pior e assim estabelecemos um padrão. Tem sido realmente ótimo para o processo.”
— Amanda Branco, engenheira de produção, CBMM
O que vem a seguir para a CBMM?
O sucesso inicial da nova solução de curva de potência da CBMM deixou a equipe otimista com a possibilidade de alcançar ainda mais economia de energia e de custos. Com as curvas de potência padronizadas já implementadas, o próximo passo é otimizá-las utilizando tecnologias com IA. Mas os benefícios vão além de operações de forno mais eficientes. “Esse tipo de solução”, explica Lucas da Silva Rigobello, analista de sistemas da CBMM, “que estabelece padrões para nossas operações e também aproveita ao máximo nossos sistemas de TI e de controle existentes deve ser replicado em outros processos produtivos da CBMM.”
Destaques do produto
AVEVA™ PI System™
Colete, agregue e enriqueça dados de operações em tempo real para a solução imediata de problemas e forneça facilmente dados formatados para aplicativos corporativos e análises avançadas.
AVEVA InTouch HMI, formerly Wonderware
Conhecido anteriormente como InTouch HMI
O AVEVA InTouch HMI é um software de visualização HMI para que os operadores possam visualizar as operações em tempo real. O HMI fabril mais amplamente usado no mundo para monitoramento e controle de processos.
