redução de carbono para fundições — Este estudo de caso descreve uma fundição tradicional que produz cilindros para automóveis e motocicletas e componentes metálicos para elevadores. Em vez de substituir motores ou equipamentos antigos (soluções caras e que exigem parada de produção), a solução adotada aplica medição e análise de dados para otimizar o aquecimento e a alimentação de material sem interromper a produção.
Redução de carbono para fundições: resumo da solução
Foi implementada uma solução personalizada de medição que monitora com precisão o peso das matérias‑primas, o consumo de energia e o peso do produto acabado. Através da análise integrada desses dados, o sistema otimiza o controle do forno e do processo de alimentação, alcançando uma economia anual de eletricidade de 22% (aproximadamente USD 30.000) e redução de 28% no desperdício de matérias‑primas.
Principais desafios
- O peso das matérias‑primas, o tempo de fusão e o consumo do forno eram registrados manualmente. Os dados estavam dispersos e incompletos, dificultando a análise e gestão posteriores.
- O volume de alimentação durante a fusão era difícil de controlar com precisão; as temperaturas de aquecimento dependiam da experiência dos operadores. A falta de indicadores padronizados e quantitativos gerava consumo de energia extra e impedia a formação científica de novos operadores.
- Os dados de consumo elétrico só eram obtidos via fatura, sem monitoramento em tempo real ou análise detalhada, o que impedía a implementação de ações de economia precisas.
Arquitetura da solução ICP DAS
I — Área de matérias‑primas e tratamento de fundição: monitoramento inteligente de pesos
O controlador I-7188XBD, instalado em um gabinete, lê os dados da balança eletrônica via interface RS-232. Com a placa de expansão X107 I/O e um programa personalizado, o controlador detecta sinais dos botões físicos da balança.
O gabinete possui botões correspondentes aos diferentes tipos de matéria‑prima. Ao pressionar o botão adequado durante a pesagem, o I-7188XBD registra o valor do peso, a unidade, o timestamp e o número serial da matéria‑prima, e transmite os dados via RS-485 para o modem sem fio RFU-433.
Como a balança utiliza um protocolo proprietário, a ICP DAS desenvolveu firmware de gateway personalizado para o I-7188XBD Serial MiniOS7 Controller, convertendo os dados do protocolo proprietário para Modbus RTU padrão, facilitando a integração dos dados.
II — Área de fusão: monitoramento de consumo do forno e lembrete de manutenção de temperatura
A fundição utiliza um forno por indução para controlar a temperatura de fusão: aquecer até 1450 °C e reduzir para 1380 °C para vazamento, conforme prática anterior. Contudo, durante a fusão a temperatura frequentemente ultrapassava 1450 °C, aumentando o consumo energético.
Para gestão energética precisa, foi usado o medidor de energia trifásico inteligente PM-3133-RCT2000P (precisão de potência W melhor que 2%, PF=1; corrente de entrada > 200 A), acoplado a uma bobina Rogowski instalada na barra condutora sob o forno. O medidor mede e registra o consumo em tempo real durante o processo de fusão.
Foi selecionada uma bobina Rogowski capaz de medir até 2000 A, adequada às exigências de saída do forno por indução. A série cobre medições de alta corrente de 500 A a 4000 A, condutores de grande diâmetro (busbars) e instalações em espaços confinados, oferecendo flexibilidade na medição de energia.
Interface local e integração de dados de campo
Na área de fusão, um dispositivo HMI VPD-173N-64 conecta via RS-485 ao medidor PM-3133-RCT2000P, ao registrador de temperatura e umidade DL-100TM485S e a dois modems RFU-433 — um para receber dados da área de matéria‑prima e outro para transmitir os dados coletados ao escritório central.
O VPD-173N-64 exibe, em tempo real no local, leituras de peso da balança, horário de início da fusão, gráficos de tendência, informações de potência do forno, ícone de lembrete de manutenção de temperatura e temperatura/umidade ambiental medida pelo DL-100TM485S, permitindo que a equipe monitore todos os parâmetros rapidamente.
Como o forno por indução opera como equipamento isolado (sem comunicação nativa), os operadores ajustam parâmetros locais (por exemplo, Gain e Offset do peso do aço na fórmula) no VPD-173N-64 para ajustar a curva de aquecimento; o tempo recomendado de manutenção de temperatura é atualizado com base nesses ajustes.
Quando o processo de fusão atinge um ponto temporal específico, o ícone de lembrete de manutenção de temperatura no VPD-173N-64 acende, alertando os operadores para mudar para modo de manutenção, evitando aquecimento desnecessário e economia de energia.
III — Área administrativa: gestão centralizada e visualização
O computador central recebe dados da área de fusão via RFU-433 e utiliza o software AVEVA Edge para visualização e gestão das emissões de carbono.
O display LED industrial iKAN-124-IP65, conectado ao computador central via Ethernet, mostra dinamicamente dados-chave como uso de matéria‑prima, consumo de energia, emissões de carbono e produção.
O SCADA exibe dados em tempo real — consumo, temperatura/umidade ambiente, peso e tempo de processamento do último lote — e inclui alertas de erro para identificar anomalias (por exemplo, excesso na pesagem), facilitando a solução de problemas e a fluidez das operações.
Além disso, o SCADA integra dados de produção e emissões de carbono de toda a fábrica (peso acumulado de produtos e sucata, rendimentos) e calcula emissões de CO₂ em bases diária, semanal, mensal e anual, oferecendo uma interface abrangente para gestão de fusão e emissões.
Benefícios da implementação
- Transmissão sem fio supera restrições de cabeamento: O ambiente de fundição dificulta cabeamento físico; por isso foi usado o RFU-433, que transmite em 433 MHz ISM, reduzindo esforço de fiação e custo de obra e acelerando a implantação.
- Economia de tempo e mão de obra: O sistema automatiza o registro de dados, eliminando lançamentos manuais e erros humanos, e suporta visualização e armazenamento em banco de dados.
- 22% de economia em energia e emissões de carbono: Com coleta de peso de matéria‑prima, consumo energético, temperatura ambiente e duração de fusão, análise de regressão identificou correlações entre peso e consumo. Com fatores como temperatura ambiente e tempo de processamento, o sistema calcula demandas energéticas recomendadas ou gera tabelas de referência para uma estratégia de aquecimento mais precisa.
- Como resultado, a temperatura de vazamento do ferro fundido foi reduzida de 1509 °C para 1444 °C, diminuindo consumo energético e emissões; a economia elétrica anual estimada é de 22%, aproximadamente USD 30.000.
- 28% de economia de material: Um sistema completo de gestão do peso de matérias‑primas permite alimentações precisas, reduzindo o desperdício de material em 28%.
- Melhoria na eficiência produtiva: Estratégia precisa de aquecimento reduz o tempo de aquecimento e aumenta a eficiência de produção.
- Rastreamento abrangente de emissões de carbono: Ingredientes como endurecedores, resinas furânicas e agentes de revestimento que ainda são pesados manualmente podem ser inseridos no SCADA com fatores de emissão de CO₂ para cálculo preciso da pegada de carbono.
Conclusão
A ICP DAS fornece soluções personalizadas de aquisição e monitoramento de dados adaptadas às condições de campo e às necessidades da fundição. Ao implementar controle preciso de alimentação de material e aquecimento, uma fundição tradicional pode avançar na transformação digital e operar de forma mais sustentável, economizando eletricidade e matérias‑primas e melhorando a eficiência produtiva. A integração SCADA de dados de emissões de carbono permite auditorias de carbono mais eficientes e gestão completa da pegada de carbono.
Produtos relacionados (citados)
- I-7188XBD Serial MiniOS7 PAC — controlador serial com suporte RS-232/RS-485.
- X107 I/O Expansion Board — expansão de I/O para botões e sinais digitais.
- RFU-433 433 MHz RF Wireless Modem — modem RF para transmissões sem fio em 433 MHz.
- PM-3133-RCT2000P Three‑phase Smart Power Meter — medidor trifásico com precisão W < 2% e suporte a Modbus RTU/TCP e CANopen.
- VPD-173N-64 HMI Device — HMI 7″ touch com RS-232/RS-485 e Ethernet.
- DL-100TM485S Temperature and Humidity Data Logger — registrador ambiental IP66.
- iKAN-124-IP65 Industrial LED Display — display LED para exibição de KPIs.
- AVEVA Edge — software HMI/SCADA para visualização e integração com bancos de dados e ERP/MES.
