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Por João Foresto, Engenheiro de Aplicação TOP Componentes
Caso de sucesso: instalação de atuador elétrico industrial BECK em alto-forno de siderúrgica
Neste artigo, apresentamos um case de sucesso com a instalação de atuador elétrico industrial BECK, implementado na área de alto-forno da planta de uma importante siderúrgica.
Em ambientes industriais de alta criticidade, como siderúrgicas, pequenas falhas em componentes de controle podem gerar impactos significativos na eficiência operacional, na estabilidade do processo e nos custos de manutenção.
Foi esse cenário que motivou um importante projeto de modernização em uma das principais companhias siderúrgicas do Brasil, localizada em São Paulo.
Esse projeto trouxe ganhos relevantes em confiabilidade, controle de processo e redução de manutenção, reforçando o valor de soluções tecnológicas robustas em aplicações industriais críticas.
O contexto operacional da aplicação
A aplicação analisada envolvia a área de alto-forno da siderúrgica, responsável por uma produção aproximada de 400 toneladas por hora.
Nesse ambiente, o controle eficiente de gases e da combustão é fundamental para garantir estabilidade térmica, eficiência energética e segurança operacional.
O sistema analisado envolvia o controle de dampers (válvulas borboleta) de grande porte, responsáveis pela regulagem do fluxo de gás nos regeneradores do alto-forno.
As características principais da aplicação:
- Equipamento: Damper / Válvula Borboleta;
- Diâmetro nominal: DN 1600 mm;
- Função: Controle de gás dos regeneradores;
- Local: Área do Alto-Forno;
- Capacidade do processo: 400 toneladas/hora.
Nesse tipo de aplicação, o posicionamento preciso do damper é essencial para garantir o equilíbrio do sistema térmico da fornalha, que está constantemente sujeita a variações de pressão e temperatura.
O Desafio: limitações do sistema hidráulico original no alto-forno
Antes da modernização, o sistema utilizava atuadores hidráulicos para o acionamento dos dampers. Apesar de serem tradicionalmente utilizados em aplicações industriais pesadas, esses equipamentos começaram a apresentar uma série de problemas operacionais.
Veja as principais dificuldades enfrentadas pela equipe de manutenção:
Vazamentos frequentes de óleo hidráulico
O sistema hidráulico dependia de circuitos pressurizados e componentes como mangueiras, válvulas e selos. Com o tempo, começaram a surgir vazamentos de óleo, gerando:
- riscos ambientais;
- necessidade de limpeza frequente;
- perda de eficiência do sistema;
- aumento de intervenções de manutenção.
Travamento do cilindro hidráulico
Outro problema recorrente era o travamento do cilindro hidráulico, que comprometia diretamente o funcionamento do damper, provocando:
- perda de controle do fluxo de gás;
- instabilidade no processo térmico;
- necessidade de parada para intervenção.
Falhas nas vedações
O desgaste natural das vedações hidráulicas também se mostrou um fator crítico. A deterioração desses componentes causava:
- perda de pressão no sistema;
- redução da força de atuação;
- necessidade de manutenção corretiva frequente.
Limitação no controle de posicionamento
Talvez o problema mais relevante tenha sido a limitação no controle preciso do posicionamento dos dampers.
Assim, como a fornalha está sujeita a variações constantes de temperatura e pressão, o controle do fluxo de gás exige ajustes finos e confiáveis.
Porém, os atuadores hidráulicos não ofereciam o nível de precisão necessário, refletindo na diminuição de eficiência do alto-forno por queima incompleta.
O resultado era um controle de processo menos eficiente, com impactos potenciais na estabilidade da operação.
Outro ponto importante a destacar, é que o sistema de atuadores hidráulicos originalmente instalado, possuía automação própria baseada em controlador lógico programável (PLC), responsável pelo controle dos principais componentes da unidade hidráulica, como bombas, válvulas e cilindros.
Entretanto, o controlador utilizado nesse sistema não possuía interface de comunicação com o sistema de automação do alto-forno. Na época da instalação, foi mantido o controlador original da unidade hidráulica, mesmo sem integração direta com o sistema principal da planta.
Essa falta de compatibilidade dificultava o controle adequado das válvulas e dos cilindros, uma vez que os comandos do processo não eram plenamente integrados ao sistema de automação do alto-forno.
Além da complexidade da arquitetura de controle, os atuadores hidráulicos também apresentavam elevada demanda de manutenção, devido aos problemas recorrentes já citados acima.
No caso desta aplicação, o sistema hidráulico já era antigo e não havia disponibilidade de peças sobressalentes, o que aumentava ainda mais o risco de paradas e intervenções corretivas.
Outro fator importante é que atuadores hidráulicos possuem, como característica, um tempo de resposta mais lento (delay). Esse comportamento gerava imprecisão no controle do processo, impactando diretamente a eficiência operacional do alto-forno.
Como consequência, ocorria combustão incompleta, reduzindo o desempenho térmico da operação.
A limitação no posicionamento dos dampers também dificultava ajustes mais precisos no controle do fluxo de gás. Assim, considerando que a fornalha está constantemente sujeita a variações de pressão e temperatura, essa limitação comprometia o controle adequado do processo.
Como resultado desse conjunto de fatores desfavoráveis, a operação passou a apresentar perdas excessivas de material, aumento no consumo de gás e maior indisponibilidade do equipamento, afetando diretamente a eficiência e a estabilidade do processo produtivo.
A solução: modernização de todo o sistema com a instalação de Atuador Elétrico Industrial BECK
Diante desse cenário, foi proposto pela TOP Componentes um projeto de modernização com a substituição dos atuadores hidráulicos por atuadores elétricos BECK, conhecidos mundialmente como referência em atuador elétrico industrial para aplicações críticas.
Os atuadores elétricos industriais BECK são projetados para aplicações que exigem:
- alta precisão de posicionamento;
- confiabilidade operacional;
- baixo índice de manutenção;
- excelente desempenho em ambientes industriais severos.
Ao contrário dos sistemas hidráulicos, o atuador elétrico utiliza motores elétricos e sistemas de transmissão de alta precisão, eliminando a necessidade de fluidos hidráulicos e reduzindo significativamente os pontos potenciais de falha.
Objetivos e resultados da implementação do atuador elétrico
A substituição do sistema hidráulico por um atuador eletromecânico teve como principal objetivo modernizar a automação do alto-forno e melhorar o controle do processo de regulagem do fluxo de gás nos dampers.
Com a adoção dessa tecnologia, foi possível integrar diretamente o atuador ao sistema de automação do alto-forno, eliminando a necessidade de controladores adicionais utilizados anteriormente para intermediar a comunicação entre os sistemas.
Dessa forma, o controle do equipamento passou a ser realizado diretamente pelo sistema central da planta, simplificando significativamente a arquitetura de automação.
Essa integração trouxe benefícios importantes para a operação, como a eliminação de falhas de posicionamento e redução de efeitos indesejados como banda morta no controle do damper, fatores que anteriormente comprometiam a estabilidade do processo.
Outro diferencial da tecnologia eletromecânica é a disponibilidade imediata de torque para posicionamento, o que permite respostas rápidas e extremamente precisas aos comandos do sistema de controle.
Com isso, o posicionamento do damper se torna muito mais estável, reduzindo oscilações no processo e garantindo maior precisão na modulação do fluxo de gás.
Como resultado direto dessa melhoria no controle, o processo passou a operar com maior estabilidade e eficiência térmica, contribuindo para um melhor desempenho do alto-forno.
Ganhos Operacionais Obtidos
A substituição dos antigos atuadores pelo sistema eletromecânico trouxe ganhos expressivos para a operação, destacando-se:
Melhoria significativa no controle do processo
O novo sistema permite um controle muito mais preciso do posicionamento do damper, com alta capacidade de modulação e repetibilidade. Isso reduz oscilações no processo e melhora o equilíbrio térmico do alto-forno.
Redução do consumo de gás
Com maior precisão no controle do fluxo de gás e eliminação de variações indesejadas no posicionamento, foi possível alcançar uma redução no consumo de combustível de gás de até 6%, contribuindo diretamente para a eficiência energética da operação.
Simplificação da arquitetura de automação
A integração direta do atuador ao sistema principal de automação permitiu eliminar controladores intermediários anteriormente utilizados, reduzindo a complexidade do sistema e diminuindo pontos potenciais de falha.
Maior disponibilidade do equipamento
A tecnologia dos atuadores elétricos BECK possui menor necessidade de manutenção quando comparada aos sistemas hidráulicos, eliminando intervenções frequentes relacionadas a vazamentos, ajustes e calibrações. Como consequência, ocorre aumento da disponibilidade operacional do equipamento.
Redução de intervenções de manutenção
Com a eliminação de componentes hidráulicos e a adoção de um sistema mais robusto e preciso, houve redução significativa das paradas para manutenção e calibração, aumentando a confiabilidade da operação.
Portanto, a implementação do atuador elétrico industrial no sistema de controle de gás do alto-forno representou um avanço importante na modernização da planta, proporcionando maior precisão no controle do processo, simplificação da automação e ganhos operacionais relevantes.
Nesse projeto, a TOP Componentes teve participação decisiva, atuando como parceira técnica na avaliação da aplicação, na recomendação da solução mais adequada e no suporte ao processo de implementação, garantindo que a tecnologia aplicada atendesse às exigências do processo industrial.
Entre os principais resultados observados destacam-se:
- melhoria significativa no controle do processo;
- redução no consumo de gás;
- eliminação de controladores intermediários;
- aumento da disponibilidade do equipamento;
- redução nos níveis de manutenção;
- menor impacto ambiental.
Portanto, esses resultados demonstram que a adoção de tecnologias mais modernas de acionamento e controle pode gerar ganhos expressivos de eficiência, confiabilidade e desempenho operacional em aplicações industriais críticas.
A atuação consultiva da TOP Componentes, com suporte técnico especializado e profundo conhecimento da aplicação, foi fundamental para viabilizar essa modernização e garantir que os benefícios do novo sistema fossem plenamente alcançados.
Para determinar com maior precisão os impactos quantitativos do projeto, recomenda-se a realização de análises comparativas entre os dados operacionais anteriores e os resultados obtidos após a implementação, permitindo avaliar de forma detalhada os ganhos obtidos em termos de eficiência energética e estabilidade do processo.
Nesse contexto, a TOP Componentes também contribui como parceira estratégica, apoiando clientes na análise técnica das aplicações e na identificação contínua de oportunidades de melhoria nos processos industriais.