A crescente eletrificação de instalações industriais está mudando a forma como as fábricas são projetadas, operadas e ampliadas. A infraestrutura elétrica não pode mais ser tratada como uma camada de serviços separada da automação da produção. Reconhecendo essa mudança, a Hitachi Energy e a Rockwell Automation anunciaram uma colaboração voltada para uma arquitetura integrada da rede elétrica ao processo, que conecta a infraestrutura de energia elétrica aos sistemas de automação e digitais responsáveis pela produção.
De sistemas separados a uma arquitetura da rede elétrica ao processo
Tradicionalmente, a distribuição elétrica, a qualidade da energia, a proteção, a gestão de energia, o controle de processos e a automação da produção costumam ser projetados como disciplinas de engenharia separadas. Essa abordagem pode criar barreiras entre os sistemas que fornecem energia e os que a consomem.
A abordagem proposta pela Hitachi Energy e pela Rockwell Automation avança em direção a uma arquitetura mais coordenada. Ela combina conhecimento especializado em conexão à rede elétrica, qualidade da energia, proteção e controle, gestão de energia, automação de processos e operações digitais.
Do ponto de vista da engenharia, o valor desse conceito não está simplesmente em colocar mais sistemas na mesma rede. A mudança mais significativa é a possibilidade de incluir as condições elétricas e os requisitos de produção no mesmo modelo de planejamento e operação.
Por que a eletrificação está se tornando uma questão de produção
A eletrificação industrial está cada vez mais ligada à capacidade de produção, em vez de ser vista apenas como um projeto de energia ou sustentabilidade.
Uma demanda elétrica maior pode afetar a capacidade da subestação, a arquitetura de distribuição, a qualidade da energia, a coordenação da proteção, os sistemas de motores e acionamentos e a disponibilidade dos equipamentos de produção. Ao mesmo tempo, mudanças nos processos produtivos podem alterar diretamente a carga elétrica e os requisitos operacionais.
Isso cria uma relação bidirecional: o sistema elétrico afeta a produção, enquanto a produção determina como o sistema elétrico deve ser projetado e operado.
Assim, uma arquitetura da rede elétrica ao processo pode oferecer uma estrutura comum para considerar essas dependências durante a engenharia, o comissionamento e a operação da fábrica.
Mineração e metais como aplicação inicial
Mineração e metais serão o foco inicial da colaboração. Esse setor é um exemplo claro de por que a infraestrutura elétrica e a automação precisam ser consideradas em conjunto.
Processos como britagem, moagem, transporte por correias e beneficiamento mineral consomem grandes quantidades de energia elétrica. Consequentemente, uma interrupção ou deterioração da qualidade da energia pode afetar a utilização dos equipamentos, a continuidade da produção e os custos operacionais.
As empresas de mineração também enfrentam pressão para aumentar a capacidade e, ao mesmo tempo, modernizar instalações existentes. A eletrificação acrescenta mais uma variável de engenharia a projetos que já são limitados por requisitos de capital, infraestrutura e comissionamento.
As empresas citam uma análise que estima que os investimentos de capital para expandir a capacidade de mineração poderão chegar a aproximadamente US$ 1 trilhão na próxima década.
A qualidade da energia faz parte do desempenho da automação
Um aspecto importante da engenharia é a qualidade da energia.
Os engenheiros de automação costumam se concentrar na disponibilidade dos controladores, na redundância de rede, no desempenho de E/S, na instrumentação e na lógica de controle. No entanto, esses sistemas dependem, em última instância, de uma infraestrutura elétrica que deve fornecer qualidade de tensão, proteção e continuidade adequadas.
Motores de grande porte, acionamentos de velocidade variável, conversores e outros equipamentos eletrônicos de potência podem introduzir perturbações elétricas ou criar perfis de carga exigentes. Por outro lado, condições elétricas instáveis podem se propagar para os equipamentos de automação e os processos de produção.
Portanto, integrar informações sobre a qualidade da energia com dados de automação e operação pode oferecer uma visão mais completa do desempenho da fábrica.
Proteção e controle precisam de mais contexto operacional
Tradicionalmente, os sistemas de proteção operam com base em parâmetros elétricos e esquemas de proteção predefinidos. Já a automação de processos responde às condições de produção e aos estados dos equipamentos.
Uma integração maior entre esses domínios pode permitir que as equipes operacionais entendam os eventos elétricos no contexto dos ativos de produção. Por exemplo, uma perturbação elétrica pode ser avaliada não apenas como um evento de proteção, mas também considerando quais sistemas de produção foram afetados, como mudou a utilização dos equipamentos e se é necessário retomar a produção.
Isso não elimina a necessidade de funções de proteção independentes. Em vez disso, cria uma oportunidade para melhorar a troca de informações entre os sistemas de proteção, controle elétrico, automação de processos e supervisão.
As operações digitais criam a camada de conexão
Quando uma instalação industrial está em operação, a combinação de eletrificação, automação e tecnologias digitais pode revelar informações sobre o consumo de energia, o desempenho da produção e a utilização dos ativos.
Essas informações podem apoiar análises operacionais e servir de base para identificar relações entre a carga elétrica e o comportamento da produção.
Na minha opinião, esse é um dos aspectos mais práticos da colaboração. A integração digital é mais útil quando transforma dados de engenharia antes isolados em informações que operadores e equipes de manutenção podem usar para agir. Simplesmente coletar mais dados não melhora uma fábrica, a menos que eles estejam associados aos estados dos equipamentos, aos requisitos de produção e às decisões operacionais.
Planejamento para a capacidade futura
Os sistemas elétricos industriais raramente são estáticos. A capacidade de produção pode aumentar, novos acionamentos podem ser instalados, novos equipamentos de processo podem ser introduzidos e, eventualmente, fontes de energia alternativas podem ser incorporadas à instalação.
Projetar os sistemas elétricos e de automação de forma independente pode dificultar expansões futuras, pois cada alteração pode exigir mudanças em vários domínios da engenharia.
Em contrapartida, uma arquitetura coordenada pode estabelecer uma base escalável para aumentar a capacidade de produção e a eletrificação, além de integrar novas fontes de energia.
Isso é especialmente relevante para projetos de mineração, nos quais a infraestrutura talvez precise acomodar mudanças significativas ao longo da vida útil da instalação.
O benefício para a engenharia: menos barreiras
O argumento técnico mais forte a favor da colaboração é a redução das barreiras entre a engenharia elétrica e a engenharia de automação.
Uma instalação industrial moderna pode incluir distribuição de média e baixa tensão, equipamentos de proteção e controle, motores e acionamentos, sistemas PLC ou DCS, redes industriais, instrumentação, plataformas de gestão de energia e aplicações de monitoramento de ativos. Esses sistemas já interagem fisicamente, mesmo quando são projetados e gerenciados separadamente.
O conceito da rede elétrica ao processo reconhece essa interação física e busca oferecer uma estrutura de engenharia e operação mais coordenada.
Para as equipes de projeto, isso pode melhorar a coordenação durante o projeto dos sistemas, o comissionamento, a solução de problemas e as futuras expansões.
Além da mineração e dos metais
Embora mineração e metais sejam o foco inicial, os mesmos princípios de engenharia podem ser aplicados a outros setores de alto consumo de energia.
Fábricas, centros de dados, instalações químicas, infraestruturas de transporte e outros grandes locais industriais dependem cada vez mais de alta disponibilidade de energia elétrica e de processos de produção rigorosamente controlados.
Com a expansão da eletrificação, a distinção entre “sistema de energia” e “sistema de produção” continuará perdendo relevância do ponto de vista operacional.
O que isso significa para a automação industrial
A colaboração entre a Hitachi Energy e a Rockwell Automation reflete uma tendência mais ampla na engenharia industrial: a infraestrutura elétrica está se tornando um componente cada vez mais visível do desempenho da produção.
A oportunidade de longo prazo não está simplesmente em conectar equipamentos elétricos às redes de automação. Está em criar uma arquitetura que permita considerar em conjunto as condições elétricas, os requisitos de produção, a utilização dos ativos e o consumo de energia.
Para os engenheiros de automação industrial, isso significa que as futuras arquiteturas de fábrica provavelmente exigirão uma coordenação mais estreita entre distribuição elétrica, proteção, acionamentos, plataformas PLC/DCS, redes industriais, gestão de energia e operações digitais.
O resultado prático dependerá de como as empresas transformarão o conceito em arquiteturas e aplicações industriais específicas. A direção técnica, porém, é clara: à medida que os processos industriais se tornam mais eletrificados, a engenharia de energia e a engenharia de automação precisam cada vez mais ser projetadas como partes do mesmo sistema.
