Inversores de Frequência – Ampliam o uso em operações industriais

Química e Derivados, Inversores de FrequênciaDeslanchou o uso de inversores de frequência no Brasil: antes dedicados basicamente ao acionamento e desligamento de motores – em especial em sistemas de movimentação de cargas –, eles são agora empregados em uma gama muito vasta de aplicações industriais: bombeamento e controle de fluxos, compressão e ventilação, entre outras.

Como principal fundamento da crescente demanda por esses equipamentos – chamados também de drives ou conversores de frequência –, aparece uma funcionalidade hoje valorizadíssima, que atende aos requisitos de sustentabilidade não apenas em sua vertente ambiental, mas também na questão financeira: sua capacidade de reduzir o consumo de energia e, em alguns casos, até mesmo reaproveitar a energia antes desperdiçada.

Mas eles também se tornaram mais inteligentes, e hoje aliam a possibilidade de controle muito preciso das rotações a funções de programação que tanto poupam os recursos dos sistemas de automação quanto ampliam a segurança operacional.

Conseguem, assim, constituir um mercado que, mesmo na atual pouco animadora conjuntura econômica, mantém-se em rota ascendente, e tem inúmeras possibilidades de expansão. Atentas a esse potencial de geração de negócios, as grandes transnacionais produtoras de inversores, que antes apenas os importavam, começam a produzi-los no Brasil.

Química e Derivados, Raymond Schimitz, gerente de produto de potência da Rockwell, Inversores de Frequência
Raymond Schimitz: produção de inversores de média e baixa tensão em Jundiaí

A Rockwell começou a fabricação na planta inaugurada há pouco tempo no município paulista de Jundiaí (onde instalou também uma nova linha de produção de CLPs). “Ali produziremos inversores de média e de baixa tensão, cujas primeiras unidades começam a ser entregues entre setembro e outubro”, conta Raymond Schimitz, gerente de produto de potência da Rockwell.

Por sua vez, a ABB iniciou em maio último a produção desses equipamentos na cidade de Sorocaba-SP. Lá, por enquanto, fabrica os inversores da linha ACS850, definida pela empresa com o conceito ‘all compatible’ (ou ‘compatibilidade total’). “Começamos a produção no Brasil por esses produtos porque são muito versáteis: atendem a uma demanda ampla de potências – de 0,37 kW a 560 kW –; e têm excelente conectividade com o ambiente de automação”, destaca Marcelo Palavani, gerente-geral de drives e PLC da ABB no Brasil. Segundo ele, os inversores da linha ACS850 podem ser utilizados nas mais diversas aplicações, entre elas: gruas, pontes rolantes, extrusoras, guinchos, esteiras transportadoras, bombas, exaustores e misturadores.

A Siemens mantém no Brasil, já há alguns anos, uma linha de produção de inversores de média tensão, destinados a motores com potências muito elevadas, utilizados, por exemplo, em atividades de mineração e em algumas aplicações de óleo e gás. Mas, com equipamentos importados, essa empresa compete também no segmento da baixa tensão, com a linha Sinamics, indicada para potências entre 0,12 kW e 4,5 mil kW.

Química e Derivados, Inversor de baixa tensão Sinamics G120C da Siemens, Inversores de Frequência
Inversor de baixa tensão Sinamics G120C da Siemens

Com a linha Sinamics, a Siemens integrou – e designou como “famílias” – marcas antes distintas, como Micromaster e Simotics. “E este ano lançamos no Brasil a linha compacta de inversores de baixa tensão Sinamics G120C, que se diferencia pela combinação de alta densidade de potência e recursos avançados, como o controle vetorial”, destaca José Moreira, gerente responsável pelo segmento de negócios de inversores de baixa tensão da empresa. “Ainda neste ano anunciaremos a chegada de mais um componente da família Sinamics, voltado para aplicações mais simples e com menor exigência tecnológica”, ele acrescenta.

Produção maior, preços menores – Excetuando-se o segmento das potências mais elevadas, até há pouquíssimo tempo apenas um dos concorrentes do mercado brasileiro de inversores tinha produção local: a Weg. Mas, apesar da presença de novos concorrentes com plantas fabris instaladas no país, ou talvez por causa deles, essa empresa segue investindo na expansão da oferta desses equipamentos. “No fim do ano passado, mudamos para uma fábrica totalmente nova, já com capacidade ampliada, e ainda este ano instalaremos a máquina que ampliará ainda mais essa capacidade”, conta Helcio Makoto, diretor de vendas da Weg Automação.

Química e Derivados, Helcio Makoto, Diretor de vendas da Weg Automação, Inversores de Frequência
Helcio Makoto: Weg produzirá 250 mil inversores em 2012

Este ano, diz Makoto, a Weg produzirá cerca de 250 mil inversores (quantidade superior àquela produzida no ano passado em um percentual “na casa dos dois dígitos”). Segundo ele, “o mercado de inversores de frequência está em rampa ascendente”.

A queda nos preços dos produtos contribui para essa “rampa ascendente” na curva de vendas de inversores: de acordo com Adriano Lobo de Souza, gerente de produtos da Eaton, “de forma um pouco similar ao que ocorre na eletrônica destinada ao varejo, esse segmento de eletrônica de potência tem apresentado grande redução em seus custos, e começa também a ser um mercado de grandes volumes”.

Para comprovar essa afirmação de queda nos preços, ele conta que, pelos dados da Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (Abinee), nos últimos anos, o faturamento dessa indústria no país cresce anualmente em índices situados na faixa entre 20% e 25%, enquanto a quantidade de peças comercializadas se eleva entre 30% e 35%. Ou seja: há mais equipamentos sendo vendidos por preços menores.

No conjunto dos fabricantes de máquinas – principal mercado dos inversores da Eaton –, as compras desses produtos geram hoje, diz Souza, um tíquete médio de mil reais. “Mas no segmento dos inversores maiores esse tíquete chega a R$ 80 mil, e já vendemos inversores de R$ 300 mil”, informa.

De acordo com Souza, inversores podem ser importantes mesmo para motores cuja velocidade não precisa variar, pois eles oferecem melhor proteção, e também porque nessa aplicação eles permitem reduzir o consumo de energia, pois conseguem, simultaneamente, eliminar os picos de corrente na partida do motor – que, em média, atingem seis vezes a corrente nominal –, e entregar a potência realmente necessária ao sistema.

Ele materializa essa tese da redução no consumo de motores com rotação constante recorrendo ao exemplo de uma máquina que exija um motor de 67 kW, que não esteja disponível nos fabricantes de motores, sendo necessário trabalhar com um motor de 75 kW. “Nesse caso, um inversor de frequência controlará as grandezas elétricas de modo que otimize este consumo o mais próximo possível da potência nominal da máquina, os 67 kW, e não dos 75 kW do motor”, destaca o gerente da Eaton.

Química e Derivados, Ronaldo Bartolomei, diretor de vendas de power electronics da Danfoss, Inversores de Frequência
Ronaldo Bartolomei: drives permitem ajustar rotação dos motores

Reduzir e reaproveitar – Nas aplicações em que o giro do motor deve variar, a economia de energia pode ser ainda mais significativa. São os casos, por exem­plo, de bombeamento e de ventilação, que sempre controlaram os fluxos de líquidos por meio de válvulas, e a movi­mentação de ar e de gases por dampers.

Nesses dois casos, quando contro­lado por métodos mais tradicionais, o motor sempre funciona na velocidade máxima, enquanto inversores permitem ajustar sua rotação a cada necessidade específica. “Quando se opera com 80% da rotação nominal da bomba ou do ventilador, há uma economia de 50% no consumo de energia”, explica Ronaldo Bartolomei, diretor de vendas de power electronics da Danfoss.

Muitos fabricantes hoje investem em uma tecnologia denominada AFE (Active Front End), com a qual o inver­sor permite até mesmo o aproveitamento de energia antes desperdiçada. Essa tec­nologia, como explica Carlos Urbano, chefe de produtos de inversores de frequência e soft starters da Schneider Electric, é adequada a aplicações como elevação de carga e esteiras transporta­doras, nas quais, durante o movimento de descida, o motor pode atuar como um gerador, pois a carga traciona o seu eixo, e ele devolve energia para a fonte de alimentação.

Se o motor for controlado por um método tradicional, ou mesmo por um inversor sem esse recurso, essa energia “devolvida” seria dissipada em um resis­tor – denominado resistor de frenagem – e, portanto, desperdiçada na forma de calor. Mas, se o inversor contar com a tecnologia AFE, o resistor desaparece, e essa energia é restituída à rede elétrica, podendo ser utilizada pelos equipamen­tos a ela conectados. “Normalmente, 95% da energia da frenagem é desper­diçada, mas a tecnologia AFE a devolve para o sistema de energia”, diz Urbano.

A tecnologia AFE ajuda ainda a minimizar um dos piores efeitos dos inversores: a geração das chamadas harmônicas – ou harmônicos –, que em termos leigos em eletrônica podem ser descritos como distorções capazes de prejudicar a movimentação na rede. Esse problema dos harmônicos pode ser atualmente solucionado, ou reduzido, mediante a aplicação de filtros. Na Eaton, diz Souza, “os inversores saem de fábrica já com filtros destinados à atenuação de harmônicos”.

Foi desenvolvida uma categoria de filtros, denominados “ativos”, com os quais a geração de harmônicos pode ser praticamente zerada. “Esses filtros ativos geram contra-harmônicas desti­nadas a anular as harmônicas produzi­das pelo inversor”, explica Bartolomei, da Danfoss.

Ferramentas de automação – Inversores são facilmente integráveis aos sistemas de automação e controle, como atestam não apenas os fabricantes desses equipamentos, mas também representantes de clientes (ver box).

Cada vez mais, os equipamentos agregam às suas propriedades rotinei­ras algumas funcionalidades antes rea­lizadas pelos CLPs, disponibilizando, por exemplo, informações necessárias à manutenção preventiva dos equipa­mentos. “Podem, por exemplo, avisar que está na hora de trocar os rolamentos dos motores, ou de substituir os ven­tiladores de refrigeração”, especifica Schimitz, da Rockwell.

Além disso, complementa Schimitz, esses drives podem trabalhar também com informações de segurança, impe­dindo, por exemplo, o giro do motor em condições determinadas, ou sua rotação acima de determinada velocidade dian­te da aproximação de um operador.

Química e Derivados, Inversores da Rockwell, Inversores de Frequência
Inversores da Rockwell são integrados aos sistemas de controle

Cada vez mais, destaca o profissio­nal da Rockwell, inversores vêm com protocolo Ethernet nativo, podendo assim se comunicar com esse tipo de rede sem a necessidade de acessórios. “Hoje insistimos muito no uso da Ethernet, uma rede aberta que permite integração total”, comenta.

A popularidade do uso de Ethernet é crescente, confirma Daniel Paganini, consultor técnico da SEW. Essa empresa, em sua linha Movidrive, disponibiliza inversores dotados de seus próprios recursos de programação. “Com eles, é possível fazer programação de posicionamento, de controle de torque e de rotação”, detalha Paganini.

A Schneider, afirma Urbano, lançou há pouco mais de um ano a linha Altivar 32, que reúne funções de CLP e de segurança em um único produto, e possibilita a automação de pequenos transportadores, sistemas de bombeamento e automação de máquinas. “Quando utilizada em máquinas, ela dispensa o uso de relés de segurança; isso garante economia e rapidez na elaboração da máquina”, ele observa.

Química e Derivados, Adriano Lobo de Souza, gerente de produtos da Eaton, Inversores de Frequência
Adriano Lobo de Souza acredita na substituição dos sistemas mecânicos

Na Weg, os inversores com CLP integrado têm até uma designação específica: soft PLC. E essa categoria de produtos, diz Makoto, além de dispensar o uso de outro CLP em algumas funcionalidades, permite o desenvolvimento de assistentes com os quais o próprio inversor pode ser programado para tarefas bastante complexas, sem a necessidade de CLP externo.

Makoto cita, como exemplo, um software implementado pela Weg para facilitar o uso de inversores na tarefa de bobinamento de materiais. “A interface de programação é um PC ou um notebook, conectado ao inversor através de uma porta USB”, ressalta.
Bartolomei, da Danfoss, comprova ser atualmente possível compatibilizar inversores com praticamente qualquer sistema de automação, lembrando que sua empresa não produz CLPs e, mesmo assim, tem seus equipamentos utilizados por empresas usuárias dos mais diversos protocolos. “A grande maioria dos protocolos – Devicenet, Profibus, Ethernet, CanOpen – é aberta; e, para a integração, basta que um módulo de comunicação específico seja acoplado ao inversor”, explica.

Atualmente, prossegue Bartolomei, evolui bastante a capacidade de controle dos inversores. “Temos hoje um modelo, o VLT FC302, apto a acionar tanto motores de indução eletromagnética tipo gaiola quanto motores de ímã permanente (servomotores)”, informa.

Um servomotor, explica Bartolomei, é aplicado principalmente nos casos em que se requer alta precisão na posição de parada do eixo do motor, como nas máquinas de embalagem e nos centros de usinagem. Ou quando os ciclos de trabalho são muito rápidos, mesclando acelerações e paradas rápidas em espaços de tempo muito curtos, a exemplo das máquinas de envase e em sopradoras de garrafas PET.

Menores e mais econômicos – Inversores, dizem os representantes das indústrias do setor, comparativamente aos sistemas mecânicos de controle da rotação de motores, exigem investimento menor em manutenção. Além disso, em equipamentos submetidos a stress mecânico mais elevado – elevadores, por exemplo –, ajudam a prolongar a vida útil das peças mecânicas.

Química e Derivados, Inversores compactos da Eaton, Inversores de Frequência
Inversores compactos da Eaton consomem menos energia

A crescente demanda por esse gênero de equipamento parece estar hoje associada também à maior familiaridade com seu uso. “Até algum tempo atrás ele era visto como produto complexo e carente de mão de obra qualificada; com o avanço da tecnologia, foi simplificada a implantação do equipamento, que passou a receber interfaces mais amigáveis, contribuindo para a mudança de conceito”, relata Souza, da Eaton.

Segundo ele, a tecnologia dos inversores evolui até mesmo no quesito de sua própria eficiência energética: “Eles também consomem energia, a princípio com perdas de aproximadamente 5%, mas hoje podem ser inferiores a 2%”, diz Souza.

A associação dos inversores com a redução do consumo de energia vem sendo enfatizada pela ABB nos equipamentos de sua linha ACS850, que permitem mensurar essa economia no decorrer do processo de maneira muito direta, não apenas em kW, mas também na diminuição das emissões de CO2. “Além disso, os equipamentos dessa linha são mais compactos”, complementa Palavani.

Equipamentos com menores dimensões constituem uma tendência marcante na evolução dos inversores: segundo Paganini, da SEW, nos últimos anos essa redução chegou a aproximadamente 60%.

Por enquanto, informa Paganini, não existe uma norma específica para a produção de inversores, e a própria SEW utiliza muito as normas internacionalmente reconhecidas da IEC (International Electrotechnical Commission). “No Comitê Brasileiro de Eletricidade, Eletrônica, Iluminação e Telecomunicações (Cobei), da ABNT, estamos discutindo a nacionalização de algumas normas, mas isso é ainda muito embrionário”, informa.

Alguns fatores, como a possibilidade de redução do consumo de energia e da demanda por manutenção, afirma o consultor da SEW, tornam cada dia mais comum a substituição dos variadores mecânicos por inversores: “Quem hoje tem um sistema mecânico, na próxima manutenção provavelmente passará para um inversor”, ele prevê.

 

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Um Comentário

  1. Boa noite.
    Os novos inversores da siemens e a linha dos plcs 1200 ficaram muito bom gostaria de saber como faço para trabalhar com a siemens. Tenho uma bancada em casa com inversores e plcs da siemens meu objetivo e se aperfeiçoar em automação siemens

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