Midwest Flexible Packaging é um fabricante de médio porte com sede em Ohio, que emprega 320 pessoas. A empresa produz filmes e bolsas multicamadas para as indústrias alimentícia e médica. Suas instalações operam 12 linhas de extrusão de alta velocidade, 8 impressoras e dezenas de motores e acionamentos auxiliares. A planta funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana, com apenas duas janelas de manutenção programadas por ano.

A empresa estava sob pressão para melhorar o desempenho da entrega no prazo. Os clientes exigiam prazos de entrega mais curtos e qualquer interrupção inesperada da linha impactava a receita. No ano anterior ao projeto, as paradas não programadas foram em média de 84 horas, 2% da capacidade de produção anual.

Desafios e pontos problemáticos

A causa raiz da maioria das paradas não planejadas foram surtos elétricos. A usina fica no final de um alimentador de distribuição rural, e picos de tensão causados ​​por raios e trocas de serviços públicos eram comuns. Dentro da instalação, partidas frequentes de grandes motores em compressores e resfriadores também geravam transientes de comutação que percorriam a rede de energia.

Esses surtos nem sempre acionavam os disjuntores imediatamente. Em vez disso, degradaram gradualmente componentes sensíveis. Durante um período de 12 meses, a fábrica substituiu sete fontes de alimentação PLC, quatro inversores de frequência variável e mais de uma dúzia de painéis de toque HMI. Cada falha significava uma interrupção da produção que durava de 2 a 6 horas enquanto os técnicos diagnosticavam a falha e instalavam um substituto. Os custos totais de reparo direto atingiram US$ 38.000, com um adicional de US$ 120.000 em margem de produção perdida.

A equipe de engenharia primeiro tentou instalar tomadas baratas com proteção contra surtos em estações de trabalho individuais. Essa abordagem protegeu apenas os equipamentos conectados a essas tomadas. Máquinas conectadas, como unidades de extrusão e sensores de registro de impressão, permaneceram expostas. Uma tentativa de usar sistemas de proteção contra raios em todo o edifício não abordou os transientes de comutação internos, que não vieram de fora do edifício.

Por que o dispositivo de proteção contra surtos Soutya AC 230V?

O gerente de engenharia elétrica da usina avaliou três opções: um sistema de isolamento do motor-gerador, uma fonte de alimentação ininterrupta para todo o edifício e uma solução coordenada de dispositivo de proteção contra surtos. Os dois primeiros custavam US$ 80.000 e US$ 150.000, respectivamente, com longos prazos de entrega e altos custos de manutenção contínua.

O dispositivo de proteção contra surtos Soutya AC 230V, por outro lado, oferecia proteção Tipo 2 conforme definido pela IEC 61643-11 e estava em conformidade com UL 1449. A classificação de proteção de tensão da unidade era baixa o suficiente para proteger o PLC e as entradas do inversor, e apresentava uma desconexão térmica que evitava danos irreparáveis ​​após um surto severo. O custo total de seis unidades, cobrindo o quadro de distribuição principal e cinco subpainéis, foi de US$ 2.400, incluindo disjuntores e equipamentos de montagem. A equipe de engenharia também gostou do indicador visual de status, que simplificou a inspeção em campo.

Processo de Implementação

O projeto levou duas semanas desde o design até o comissionamento. Um eletricista licenciado, trabalhando com a equipe de manutenção da usina, concluiu a instalação em três dias.

• Passo 1 – Estudo de carga:A equipe mapeou todos os circuitos e identificou os cinco painéis de distribuição que alimentavam os equipamentos de produção mais críticos.
• Passo 2 – Montagem em painel:Cada SPD Soutya foi montado dentro do respectivo painel, com cabos curtos e retos para minimizar a impedância.
• Passo 3 – Coordenação:Os instaladores verificaram que a capacidade de corrente de surto do SPD excedeu o nível de surto de pior caso calculado em cada ponto.
• Etapa 4 – Teste:Após a energização, os indicadores de status confirmaram a operação normal e a equipe registrou os níveis de tensão de linha de base em cada painel.
• Passo 5 – Treinamento:A equipe de manutenção recebeu uma sessão de 30 minutos para ler a janela de status e substituir o dispositivo após um grande evento de pico.

Um desafio surgiu durante a instalação: o quadro principal tinha espaço interior limitado. O empreiteiro resolveu isso usando um gabinete de montagem em superfície adjacente ao painel, mantendo o comprimento do condutor abaixo de 10 polegadas e ainda atendendo às recomendações do fabricante.

Resultados da aplicação e resultados quantificados

Nos 12 meses seguintes, a fábrica registrou uma redução de 41% nas paradas não programadas. As falhas repentinas relacionadas a equipamentos caíram de 23 incidentes para 9. O custo total de reparos, incluindo peças e mão de obra terceirizada, caiu de US$ 38.000 para US$ 16.000.

A produção aumentou 3,2% porque as linhas funcionaram por mais tempo sem interrupção. A fábrica de embalagens alcançou uma taxa de entrega dentro do prazo de 98,5%, acima dos 94,1% do ano anterior. O gerente da fábrica também informou que os seis dispositivos Soutya se pagaram em três meses, com base apenas nos custos de reparos evitados e de tempo de inatividade.

Os dispositivos de proteção contra surtos não eram isentos de manutenção. Em janeiro, uma unidade próxima a um grande compressor de ar apresentou um fusível térmico queimado após uma série de aumentos de tensão interna. O custo de substituição foi de US$ 180, e o tempo de inatividade para essa troca foi de apenas 20 minutos – um evento menor em comparação com as horas perdidas antes.

Voz do cliente

"Estávamos céticos de que um protetor contra surtos de US$ 450 pudesse resolver um problema que nossos antigos equipamentos UPS não conseguiam. Depois de um ano de dados, os números falam por si. Os dispositivos Soutya têm sido a parte mais confiável do nosso sistema elétrico", disse o gerente de engenharia, que supervisionou o projeto.

Lições e insights

Três lições podem ajudar outras fábricas com problemas semelhantes:

• Coordenar a proteção em todos os níveis.Um único filtro de linha no painel principal não é suficiente. Instale dispositivos Tipo 2 em subpainéis que alimentam componentes eletrônicos sensíveis.
• Verifique o indicador de status regularmente.Uma desconexão térmica pode ser ativada sem um evento externo visível. Adicione uma patrulha mensal para inspecionar as janelas dos indicadores.
• Planeje a substituição.Os dispositivos de proteção contra surtos degradam-se após repetidos transientes. Mantenha uma unidade sobressalente na prateleira e faça um orçamento para substituição a cada 3 a 5 anos.

Se o projeto fosse repetido, a equipe de engenharia instalaria dispositivos de monitoramento que registrariam eventos de picos em um sistema central. Isso forneceria dados ainda mais claros sobre a frequência e a gravidade dos surtos, ajudando a justificar proteção adicional no futuro.

Referências

CEI 61643-11:2011. Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão — Parte 11: DPSs conectados a sistemas de energia de baixa tensão. 

UL 1449. Padrão para dispositivos de proteção contra surtos.