Custos operacionais da automação do armazenamento refrigerado: geada, falhas de sensores e degradação de baterias

No dia em que um projeto de automação de armazenamento refrigerado foi aprovado, o gerente de um armazém de distribuição de alimentos congelados em Langfang me levou até a sala de medidores e apontou para o medidor. O equipamento estava funcionando, disse ele, então por que a conta de luz havia subido? Antes da automação do armazenamento refrigerado entrar em operação, a conta mensal de eletricidade daquele armazém variava em uma faixa de poucas centenas de milhares de yuans. Nos três primeiros meses após a entrada em operação, ela subiu cerca de dez por cento. Nada estava quebrado no sentido óbvio, e ninguém havia lido um medidor errado. O próprio frio havia amplificado silenciosamente um conjunto de pequenas perdas que o caso de negócio nunca havia orçado.

Comece pela cena mais comum. Dentro de um freezer bem abaixo de vinte graus Celsius negativos, no momento em que uma esteira para, a umidade do ar começa a formar geada sobre rolos, suportes e sensores fotoelétricos. É como deixar um carro do lado de fora em uma noite de inverno: de manhã o para-brisa está coberto de geada, e é preciso raspá-lo antes de dirigir. Em um freezer a geada cresce mais rápido, e raspá-la é uma interrupção da produção em vez de uma tarefa matinal. Aquele armazém de Langfang começou descongelando sua esteira duas vezes por semana, o que no início bastava. À medida que o volume aumentou, a geada ficou espessa o suficiente para enganar um sensor e fazê-lo registrar um palete que não estava lá, e a linha parou três ou quatro vezes em um mês só por esse motivo. Cada parada durou apenas cerca de meia hora, mas as empilhadeiras, os conferentes e a equipe de carregamento atrás dela esperaram. A geada em si não custa quase nada. A espera que ela causa custa muito.

A geada não é um pequeno incômodo: é aqui que a automação do armazenamento refrigerado perde energia

A geada prejudica mais não em um único degelo, mas ao manter todo o sistema em um estado meio doente. Quando a serpentina de um evaporador congela com geada, a troca de calor piora, e o compressor precisa funcionar por mais tempo para trazer a câmara de volta à temperatura programada. Aberturas de portas, passagens de esteiras pelas paredes e poços de elevadores são todos lugares onde o ar quente e o frio se encontram, e essas junções congelam primeiro. Com o tempo, a geada vira gelo, o gelo atrita as correias, a resistência aumenta, e a corrente do motor aumenta junto. Muitos armazéns orçam a energia a partir das potências nominais da planta de refrigeração e do equipamento de automação, e nunca orçam esse trabalho extra que o sistema faz apenas para combater a geada.

A solução é menos exótica do que as pessoas imaginam, e começa com um mapa. Desenhe cada ponto propenso à geada: passagens pelas paredes, os dois lados de cada porta, a face de cada evaporador e a área ao redor de cada sonda de sensor. Dê a cada ponto um ritmo de inspeção, e limpe a geada quando ela passar de dois ou três milímetros em vez de esperar até que tenha virado gelo. Cortinas de ar nas portas e isolamento e vedação adequados nas passagens das esteiras parecem gastos pequenos, e muitas vezes se pagam mais rápido do que a substituição de um grande equipamento. Um detalhe fácil de perder: os tubos de drenagem do degelo também congelam no frio, e se a água do degelo não conseguir escoar, ela volta para a câmara e se torna uma nova fonte de geada. Antes da entrada em operação, cada item da lista de verificação de baixa temperatura deve ser conferido em condições reais de câmara fria, incluindo os desafios de baixa temperatura que o equipamento automatizado enfrenta no armazenamento refrigerado, em vez de ser descoberto um a um depois que o sistema já está funcionando.

Quando os sensores mentem no frio, a automação do armazenamento refrigerado falha por erro de julgamento, não por parar

A segunda armadilha são os sensores. Sondas de temperatura, chaves de posição e leitores de código de barras perfeitamente precisos à temperatura ambiente se comportam de forma diferente a vinte graus negativos. Aquele mesmo armazém já teve uma sonda de temperatura com desvio superior a dois graus. O sistema acreditou que a câmara estava quente demais, forçou mais a refrigeração, e as mercadorias estavam bem enquanto a conta de luz subia. Em outra ocasião, a geada sobre um sensor de posição de palete bloqueou seu sinal, e uma transelevadora esperou parada por mais de dez minutos antes de sinalizar uma falha. Nada havia falhado mecanicamente. Os dados haviam errado primeiro, e cada ação que o sistema tomou a partir daqueles dados errados também estava errada.

É como dirigir com um medidor de combustível quebrado: você não sabe quanto ainda tem, então cada decisão se apoia em uma premissa falsa. Minha abordagem é dar a cada sensor crítico um segundo par de olhos. A temperatura da câmara deve vir de pelo menos duas sondas que se conferem mutuamente, e se suas leituras divergirem além de uma faixa definida, o sistema deve alarmar em vez de agir automaticamente. Os sensores de posição devem ser conferidos em relação a um palete de referência real, conforme um cronograma, e não apenas em relação ao autoteste do próprio sistema. Os intervalos de calibração também precisam ser encurtados para câmaras frias. Um ritmo de seis meses que funciona à temperatura ambiente pode precisar se tornar a cada dois ou três meses em um freezer. A calibração é pouco dinheiro. Uma parada de linha ou um veículo expedido errado por causa de uma leitura ruim é muito dinheiro.

As baterias perdem autonomia no frio, e isso não é inteiramente culpa da bateria

A terceira conta chega com as baterias. AGVs e empilhadeiras elétricas movidas a baterias de lítio perdem capacidade útil no frio, de modo que um veículo que carrega uma vez por turno no verão pode precisar de uma recarga no meio do turno no inverno. Mais ciclos de carga desgastam a bateria mais rápido, e depois de um ano, alguns veículos apresentam autonomia visivelmente menor do que quando eram novos. Há outro detalhe: uma bateria levada do freezer para uma área de carga quente condensa umidade em sua superfície, e com o tempo isso acelera o envelhecimento de conectores e cabos.

É tentador responder à pouca autonomia comprando baterias maiores ou mais veículos, mas confira primeiro dois números. Um é quanto do turno de um veículo é trabalho realmente produtivo versus deslocamento vazio, espera e filas. O outro é a distância que cada veículo percorre apenas para chegar a um carregador, e quanto desse deslocamento poderia ser evitado. Já vi um armazém em que os AGVs percorriam juntos várias voltas no local todos os dias apenas em viagens de carga, o que significava que o gargalo era a localização dos carregadores, e não o tamanho da bateria. Aproximar os carregadores da saída do freezer, instalar isolamento nas baterias e deslocar o carregamento para fora dos horários de tarifa de pico muitas vezes alivia a maior parte da ansiedade de autonomia. A degradação da bateria não pode ser evitada, então orce a substituição aproximadamente a cada um a dois anos para as unidades mais exigidas.

Aqui está a parte contraintuitiva: a automação do armazenamento refrigerado economiza mão de obra, mas não economiza energia automaticamente, e o frio pode recuperar parte da economia de mão de obra na forma de eletricidade, manutenção e perdas por paradas. Isso não é um argumento contra a automação. É um argumento para mudar a forma como o caso é calculado. Contar apenas "quantas pessoas removemos" superestima o ganho, e contar apenas "quanto o equipamento custou" subestima o custo operacional. O teste honesto é o custo total por palete da entrada à saída após um ano completo de operação, e não o número de mão de obra do primeiro mês.

Use esta lista curta diretamente. Uma vez por semana, percorra o mapa de pontos de geada e limpe tudo acima do limite. Uma vez por mês, compare as leituras emparelhadas de cada sensor crítico. Uma vez por trimestre, some as paradas não planejadas e sua duração, e persiga qualquer número acima do seu limite até sua causa raiz. Uma vez a cada seis meses, meça a saúde das baterias, e passe primeiro os veículos com degradação rápida para trabalhos mais leves.

O dinheiro valeu a pena? Olhe para este único número: após um ano completo, o custo operacional total por palete é menor do que antes da entrada em operação? Se for, a geada, o desvio dos sensores e a degradação das baterias são problemas que valem a pena resolver. Se não for, não acrescente mais equipamento ainda. Limpe primeiro a geada, as leituras erradas e o layout dos carregadores, e os números muitas vezes voltam sozinhos.

Por Da Liu, Engenheiro de Automação Traduzido do inglês. Em caso de divergência, prevalece a versão em inglês.