(English version at the bottom)
Tive o prazer de
bater um papo com Diego
Moreira,
Diego teve a oportunidade de integrar uma multinacional alemã, a qual é uma das líderes mundiais do setor de manufatura, enquanto cursava tecnologia em eletrônica. Trabalhando inicialmente no departamento de laboratório de análises e reparações de inversores de frequência dessa empresa, Diego teve uma formação completa em contato com o estado da arte da tecnologia de sistemas de acionamento para motores. Durante os mais de sete anos de carreira corporativa, ele descobriu também outros departamentos e, em particular, o setor de grandes projetos de retrofit para aplicações de acionamentos.
A indústria brasileira possui uma idade média de quase vinte anos[1]. Isso representa mais de quatro vezes a idade média da indústria alemã[1]. Projetos de retrofit são portanto essenciais para manter a competitividade da indústria nacional pois em muitas vezes não é rentável importar novas máquinas devido a uma taxa de câmbio desvalorizada e flutuante, alta burocracia e tributos. Trabalhando em projetos com empresas do setor de mineração, açúcar e álcool, entre outros, o entrevistado percebeu que grandes melhorias podem ser implementadas com um melhor entendimento dos sistemas de acionamentos e otimizações dos inversores de frequência.
De um modo simplificado, um inversor de frequência é um dispositivo de acionamento capaz de controlar a velocidade de um motor trifásico de indução assíncrono. Os módulos na figura abaixo são os principais elementos de um inversor: a fonte de alimentação e componentes de proteção estariam à esquerda (não estão representados na figura) sendo conectados diretamente aos retificadores do inversor (normalmente são os contatos de entrada R-S-T), que realizam a conversão de Corrente Alternada (CA) à Corrente Contínua (CC). Capacitores são instalados em paralelo para filtrar e estabilizar essa tensão que pode passar de quinhentos Volts em CC. A CC em seguida é enviada ao motor CA por meio de pulsos de alta frequência, normalmente entre um e dezesseis kHz, por meio dos Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT) que trabalham como chaves seguindo um sequenciamento particular de abertura e fechamento. Os três cabos do motor são normalmente conectados às saídas do inversor nos contatos U-V-W.
Na prática, controlar um motor por meio de um inversor de frequência traz muitos benefícios. Um grande ventilador de um forno industrial, por exemplo, podendo funcionar em uma velocidade variável conforme a necessidade do processo, ao invés de trabalhar somente na sua velocidade nominal, poderia trazer economias energéticas significativas para as fábricas. Nesse tipo de aplicação, a potência consumida é proporcional ao cubo da velocidade, em virtude da curva da carga aplicada ao motor em função da velocidade do motor. Portanto uma redução da velocidade em dez por cento resultaria em mais de trinta e cinco por cento de economia energética para esse mesmo ventilador[3].
Além do ganho energético, exitem outras vantagens em utilizar inversores de frequência na indústria de processos para realizar a dosagem precisa de ingredientes nos produtos. Os ingredientes líquidos, por exemplo, podem ser regulados por meio de bombas dosadoras, como as bombas de cavidade progressivas. Ingredientes sólidos podem ser dosados por meio de roscas sem fim, válvulas rotativas, e esteiras. Uma dosagem mais assertiva e precisa, combinada a uma instrumentação de qualidade e um controle de malha fechada correto, podem resultar em uma melhoria significativa da qualidade do produto, da estabilidade do processo, além de economia de matéria-prima.
Em 2017, Diego decidiu seguir seu próprio caminho, pedindo demissão da multinacional alemã para empreender como consultor técnico realizando manutenção especializada. Hoje em dia, a empresa SM Electric em que possui sociedade, atende grandes clientes em um vasto portfólio de setores, como açúcar e álcool, indústria química, cimenteiras, saneamento, mineração, papel e celulose. Porém o início empreendedor, especialmente no Brasil, não foi fácil. Os projetos começaram a se concretizar somente após um ano de existência e progressivamente a confiança foi conquistada no mercado.
Atualmente um dos focos principais da empresa são os acionamentos da gama de grande porte, cuja potência é superior a duzentos e cinquenta kW. Esses dispositivos são os que possuem um maior valor agregado, uma maior criticidade e as suas substituições podem ser mais complexas e onerosas. Além disso, os profissionais da sua empresa possuem experiência em acionamentos de baixa e média tensão. A sua equipe suporta projetos remotamente, no Brasil e na América Latina, ou in loco quando necessário.
Source: Diego Moreira from LinkedIn. Reparo de inversor Siemens Micromaster MM440 FSGX - 132kW
Os inversores de frequência evoluíram bastante ao longo dos anos do ponto de vista computacional e de controle. Novas funcionalidades estão disponíveis em diversos dispositivos do mercado, como, por exemplo, as interfaces de comunicação por Bluetooth e Wi-Fi. Elas tornam simples a conexão ao computador para configuração e resolução de problemas.
Diego ressaltou uma funcionalidade que pode ser uma solução para algumas aplicações: os controles de malha fechada embarcados no controlador do inversor. Dessa forma, um controle do tipo Proporcional-Integral-Derivativo (PID), comumente utilizado em diversas aplicações industriais, como circuitos de bombas, compressores, misturadores, entre outros, podem ser controlados completamente pelo inversor de frequência, ao invés de usar um Controlador Lógico Programável (CLP). Com as suas entradas e saídas digitais e analógicas, um poder computacional suficiente e com os blocos PID embarcados, esse tipo de arquitetura pode se tornar uma boa opção.
As consequências desses avanços tecnológicos podem trazer um papel ainda maior dos inversores de frequência para as indústrias. Pois eles podem, de forma distribuída, executar tarefas efetuadas anteriormente pelos CLPs, diminuindo portanto a carga e responsabilidades desses últimos. Nesse cenário, os CLPs focariam em outras tarefas, como a interface com o sistema de supervisão, a orquestração do sequenciamento do processo, a comunicação industrial com diversos dispositivos em rede e a gestão de alarmes.
Nossa conversa se concluiu com uma reflexão sobre carreira. Diego acredita que é importante para o profissional ser responsável pela sua própria carreira e procurar focar em pelo menos uma área de especialidade. Desse modo, o profissional não somente diminui riscos de integrar o mercado de trabalho após um eventual desligamento de uma determinada empresa, mas também sendo especialista em um campo, as portas do empreendedorismo estarão sempre abertas. Vale a pena seguir o trabalho do Diego no LinkedIn e conferir o site da sua empresa
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I had the pleasure of chatting with Diego Moreira, a technical specialist in electrical drives who has a solid background in frequency inverters. We talked about his professional trajectory in this extremely important field for industries, as well as some episodes from his career.
Diego had the opportunity to join a German multinational company, which is one of the world's leading manufacturers, while studying electronics technology. Working initially in the company's laboratory department for analysis and repair of variable frequency drives, Diego had a complete education in the state-of-the-art technology of motor drive systems. During his more than seven-year corporate career, he also discovered other departments and, in particular, the sector for large retrofit projects for drive applications.
Brazilian industry has an average age of almost twenty years [1]. This is more than four times the average age of the German industry [1]. Retrofit projects are therefore essential to maintain the competitiveness of the Brazilian industry, as it is often not profitable to import new machinery due to a devalued and floating exchange rate, high bureaucracy and taxes. Working on projects with companies in the mining, sugar and ethanol sectors, among others, the interviewee realized that great improvements can be implemented with a better understanding of the drives systems and optimizations of the frequency inverters.
In simplified terms, an inverter is a drive device capable of controlling the speed of an asynchronous, three-phase induction motor. The modules in the figure below are the main elements of an inverter: the power supply and protection components would be on the left (they are not represented in the figure) being connected directly to the inverter rectifiers (usually the R-S-T input contacts), which perform the conversion from Alternating Current (AC) to Direct Current (DC). Capacitors are installed in parallel to filter and stabilize this voltage, which can pass five hundred volts DC. The DC is then sent to the AC motor by means of high frequency pulses, typically between one and sixteen kHz, through Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) that work as switches following a particular sequencing of opening and closing. The three motor leads are normally connected to the inverter outputs at the U-V-W contacts.
In practice, controlling a motor by means of a frequency inverter brings many benefits. A large fan in an industrial oven, for example, being able to run at a variable speed according to the needs of the process, instead of working only at its nominal speed, could bring significant energy savings to factories. In this type of application, the power consumed is proportional to the cube of the speed, due to the curve of the load applied to the motor as a function of the motor speed. Therefore, a reduction in speed by ten percent would result in more than thirty-five percent energy savings for that same fan [3].
In addition to the energy gain, there are other advantages to using variable frequency drives in the process industry for precise dosing of ingredients into products. Liquid ingredients, for example, can be regulated by means of metering pumps, such as progressive cavity pumps. Solid ingredients can be metered by means of screw conveyors, rotary valves, and belt conveyors. More assertive and accurate dosing, combined with quality instrumentation and correct closed-loop control, can result in significantly improved product quality, process stability, and raw material savings.
In 2017, Diego decided to follow his own path, resigning from the German multinational to become a technical consultant performing specialized maintenance. Today, the SM Electric company in which he has a partnership serves large clients in a wide portfolio of sectors, such as sugar and ethanol, chemical industry, cement, water and waste, mining, paper and cellulose. But the entrepreneurial start, especially in Brazil, was not easy. The projects began to materialize only after a year of existence, and progressively the confidence was gained in the market.
Currently, one of the company's main focuses is on drives in the large range, whose power is greater than two hundred and fifty kW. These are the devices that have the highest added value, are more critical, and their replacements can be more complex and costly. In addition, his colleagues are experienced professionals in low and medium voltage drives. His team supports projects remotely, in Brazil and Latin America, or on-site when necessary.
Variable frequency converters have come a long way over the years from a control and computational point of view. New features are available in many devices on the market, such as Bluetooth and Wi-Fi communication interfaces. These make it simple to connect to a computer for configuration and troubleshooting.
Diego highlighted a feature that can be a solution for some applications: the closed loop controls embedded in the inverter controller. This way, a Proportional-Integral-Derivative (PID) type control, commonly used in several industrial applications, such as pump circuits, compressors, mixers, among others, can be completely controlled by the inverter, instead of using a Programmable Logic Controller (PLC). With its digital and analog inputs and outputs, sufficient computing power, and with the PID blocks on board, this type of architecture can become a good option.
The consequences of these technological advances can bring an even greater role for variable frequency drives in industries. Because they can, in a distributed way, perform tasks previously performed by PLCs, therefore decreasing the load and responsibilities of the latter. In this scenario, PLCs would focus on other tasks such as interfacing with the SCADA system, orchestrating the process sequencing, industrial communication with various networked devices, and alarm management.
Our conversation concluded with a reflection on career. Diego believes that it is important for professionals to be responsible for their own careers and to focus on at least one area of specialty. This way, the professional not only reduces the risks of joining the labor market after an eventual lay-off from a certain company, but also by being a specialist in one field, the doors to entrepreneurship will always be open. It is worth following Diego's work at LinkedIn and check his company's website to learn more about the services offered, as well as see several photos from completed projects.
References:
[1] Article ABIMAQ (Brazilian Association of the Machinery and Equipment Industry)
[2] Motor Performance on PWM / IGBT AC Drives (Figure 1, Page 1)
[3] Siemens Standard Drives Application Handbook (Page 19, Section 3.4.1 Variable Torque Applications)
Further reading:
[4] WEG technical guide
[5] Blog post about frequency inverters
[6] ABC of Drives
[7] Examples of applications with frequency inverters
Supplementary videos:
[8] Configuration of a closed loop PI directly on a Siemens Sinamics G120X inverter via webserver, connecting to the inverter via wi-fi. Wiring and configuration of the inverter analog input and parameterization.
[9] Configuration of a closed loop PID in a Sinamics G120 inverter using the Starter software. Configuration of analog input and scale and normalization of values.
[10] Configuration of a closed loop PID in a Rockwell PowerFlex 525 inverter using the CCW software. See manual 520-UM001 for further information.
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