UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

NELSON MARQUESIN JUNIOR

PROJETO DE DIPLOMAO

ESTUDO DE EFICINCIA ENERGTICA EM UMA PLANTA INDUSTRIAL

Porto Alegre

(2011)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

ESTUDO DE EFICINCIA ENERGTICA EM UMA PLANTA INDUSTRIAL

Projeto de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduao em Engenharia Eltrica.

ORIENTADOR: Dr. Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro

Porto Alegre

(2011)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

NELSON MARQUESIN JUNIOR

ESTUDO DE EFICINCIA ENERGTICA EM UMA PLANTA INDUSTRIAL

Este projeto foi julgado adequado para fazer jus aos crditos da Disciplina de Projeto de Diplomao, do Departamento de Engenharia Eltrica e aprovado em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora.

Orientador: ____________________________________ Prof. Dr. Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro, UFRGS Formao (UFRGS Porto Alegre, Brasil)

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Luiz Tiaraj dos Reis Loureiro, UFRGS Doutor pela UFRGS Porto Alegre, Brasil

Eng Daniel Conzzatti, FitesaFiberweb Engenheiro Eletricista pela PUC-RS, Porto Alegre, Brasil

Prof. Dr. Gladis Bordin, UFRGS Doutora pela UFSC Florianpolis, Brasil

Porto Alegre, julho de 2011.

DEDICATRIA Dedico este trabalho ao meu pai, Nelson, e minhas mes, Zlia, minha madrinha Nair

e minha av Angelina pela dedicao e apoio em todos os momentos.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente obrigado minha famlia. Ao meu pai e minhas trs mes. Ao meu pai,

meu exemplo de perseverana e dedicao que nunca deixou de me apoiar ao longo de todo o

caminho. minha me, Zlia, que embora no estivesse fisicamente ao meu lado esse tempo,

tenho certeza que vibra comigo cada conquista e vitria. s minhas duas mes do lado de c,

minha av e minha Dida por toda pacincia e empenho que tiveram em me criar e educar.

Obrigado por tudo.

Agradeo ao departamento de engenharia eltrica e aos professores que se empenham

em ensinar engenharia. Em especial ao Dr. Luiz Tiaraj pela tica, carter e orientao neste

trabalho.

Vivo S.A. e FitesaFiberweb por terem acreditado em mim como profissional e

pelas oportunidades de aprendizado e prtica profissional. Um obrigado especial ao Dr. Paulo

da Vivo e ao Eng Daniel Conzatti e Clayton Dias, alm de toda equipe de manuteno da

Fitesafiberweb, pelos ensinamentos, apoio e amizade.

Por fim, dizem que atrs de todo grande homem existe uma grande mulher, entretanto

s vezes encontra-se uma grande mesmo sem ser um grande homem ainda. Obrigado, morena,

por ter estado ao meu lado sempre que precisei. Tenho certeza absoluta de que sem voc nada

disso teria sido possvel. Te amo horrores!

RESUMO

O tema da eficincia energtica popularizou-se no Brasil nos ltimos anos, entretanto suas iniciativas, como o selo do PROCEL e a etiqueta nacional de conservao de energia, ainda so majoritariamente voltadas para as reas residencial e comercial. A rea industrial, enquanto maior consumidor de energia eltrica, ainda no conta com programas fortes de estmulo a reduo de consumo, sendo, ainda assim, um dos setores da economia com maior potencial de otimizao na utilizao de tal recurso. A proposta do presente estudo avaliar pontos de desperdcio de energia em processos trmicos, processos relacionados ar comprimido e processos de movimentao acionados por motores eltricos. Iniciando por um levantamento histrico da evoluo da energia eltrica no Brasil e seguido de uma seo terica de modelagem e avaliao dos pontos crticos de perdas para ento avaliar as oportunidades in loco, esse estudo demonstra, analisando do ponto de vista terico, tcnico e econmico, algumas oportunidades de reduo de desperdcio de energia encontradas em uma indstria secundria de transformao de plsticos que podem ser estendidas e/ou adaptadas indstrias com processos similares.

Palavras-chave: Engenharia Eltrica; Eficincia Energtica na Indstria; Processos Trmicos; Ar Comprimido; Motores Eltricos.

ABSTRACT

The theme of energy efficiency has become popular in Brazil in recent years, however the efforts, as the PROCEL seal and the national energy conservation label, are still largely focused on residential and commercial areas. The industrial area, as the largest consumer of electricity, does not yet have strong incentive programs to reduce consumption, and still one of the economic sectors with greater potential for optimization in the use of that resource. This study proposal is to evaluate points of energy loss in thermal processes, processes related to compressed air and movement processes driven by electric motors. Starting with a historical survey of the evolution of electricity in Brazil and followed by a section of theoretical modeling and evaluation of critical points loss to then assess the opportunities on the spot, this study demonstrates, examining the theoretical, technical and economic point of view some opportunities to reduce energy loss found in a secondary industry of plastics processing that can be extended and / or adapted to industries with similar processes.

Keywords: Electrical Engineering; Industrial Power Savings; Thermal Processes; Compressed Air; Electrical Motors.

SUMRIO 1 INTRODUO .................................................................................................. 12

1.1 OBJETIVO .................................................................................................................................... 13 1.2 RESULTADOS ESPERADOS ..................................................................................................... 13 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................................. 14

2 ENERGIA ........................................................................................................... 15 2.1 A EVOLUO DA ENERGIA NO BRASIL .............................................................................. 17 2.2 O QUADRO ATUAL DA ENERGIA NO BRASIL ..................................................................... 23

3 EFICINCIA ENERGTICA .......................................................................... 25 3.1 PROCESSOS TRMICOS ............................................................................................................ 25 3.2 MOTORES ELTRICOS .............................................................................................................. 29 3.3 AR COMPRIMIDO ....................................................................................................................... 32

4 ANLISE DE PERDAS ..................................................................................... 35 4.1 O NO TECIDO E SEU PROCESSO PRODUTIVO .................................................................. 35 4.2 PERDAS TRMICAS EM TUBULAO DE AR ..................................................................... 37 4.3 PERDAS TRMICAS EM TROCA TELAS ................................................................................ 39 4.4 PERDAS TRMICAS EM REFRIGERAO DE AR................................................................ 43 4.5 CONVERSO DE AQUECEDORES ELTRICOS PARA GS NATURAL ........................... 45 4.6 MODIFICAO DE SISTEMA DE GERAO DE AR COMPRIMIDO ................................. 45 4.7 REDUO DE CUSTOS COM AR COMPRIMIDO COM BOAS PRTICAS ........................ 48 4.8 MOTORES ELTRICOS COM POSSIBILIDADE DE DESLIGAMENTO: VENTILADOR DOS TAMBORES SECADORES ................................................................................................ 50 4.9 MOTORES ELTRICOS COM POSSIBILIDADE DE DESLIGAMENTO: COMPRESSORES CENTRFUGOS ............................................................................................................................ 52 4.10 MOTORES SUPERDIMENSIONADOS ...................................................................................... 53 4.11 EVOLUO DA EFICINCIA NA FITESAAFIBERWEB UNIDADE DE GRAVATA ........ 55

5 CONCLUSES ................................................................................................... 56 6 REFERNCIAS ................................................................................................. 58

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Estimativa do consumo de energia no Brasil entre 105 e 1930, exclusive lenha. .... 19 Figura 2: Estimativa do consumo de energia 1941-72. ............................................................ 21 Figura 3: Evolutivo da capacidade instalada 1974-2009. ......................................................... 22 Figura 4: Estrutura da oferta interna de energia eltrica. ......................................................... 23 Figura 5: Consumo por setor no ano de 2010. .......................................................................... 24 Figura 6: Exemplos de conduo de calor: a) Conduo de calor em slidos. b) Imagem

trmica da conveco de um gs. c) Imagem trmica da radiao trmica de uma residncia. .................................................................................................................. 27

Figura 7: Sistema de gerao de ar comprimido. ..................................................................... 33 Figura 8: Consumo de energia em sistemas de ar comprido. ................................................... 34 Figura 9: Esquerda: no tecido. Direita: tecido. ....................................................................... 35 Figura 10: Processo produtivo do spunbonded. ....................................................................... 37 Figura 11: a) Compressor Aerzen; b) Tubulao sem isolamento; c) Instalao dos

isolamentos; d) Tubulao isolada. ........................................................................ 39 Figura 12: Troca telas hidrulico. ............................................................................................. 40 Figura 13: Toca telas a esquerda e sua imagem trmica a direita. ........................................... 41 Figura 14: Esquerda: Fan coil com sua admisso de ar externa. Direita: Admisso de ar

interna. .................................................................................................................... 44 Figura 15: Instruo de trabalho que inclui verificao de perfil de operao do sistema de ar

comprimido da NT.................................................................................................. 50 Figura 16: Princpio de funcionamento do sistema de secagem por tambor perfurado a

esquerda e estrutura interna do equipamento direita, .......................................... 51 Figura 17: Compressor Centac da Ingersoll Rand esquerda e painel seu de controle direita.

.......................................................................................................................................... 53 Figura 18: Evolutivo mensal de energia utilizada por kg produzido. ....................................... 55

LISTA DE QUADROS

Quadro 1: Evolutivo do crescimento da demanda de energia eltrica no Brasil por setor. ...... 16 Quadro 2: Potncia eltrica instalada no Brasil (kW). ............................................................. 18 Quadro 3: Comparativo de perdas em tubulao antes e depois de instalao de isolamento

trmico. .................................................................................................................... 38 Quadro 4: Perdas no cilindro do troca telas. ............................................................................. 41 Quadro 5: Perdas no bloco do troca telas. ................................................................................ 42 Quadro 6: Comparativo dos dois cenrios em relao a gastos com energia eltrica. ............. 47 Quadro 7: Comparativo de custos entre os dois cenrios. ........................................................ 48 Quadro 8: Caractersticas eltricas dos compressores atuais da NT. ....................................... 49

LISTA DE ABREVIATURAS

PROCEL: Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica

PIB: Produto Interno Bruto

tEP: Tonelada Equivalente de Petrleo

CNP: Conselho Nacional do Petrleo

EPE: Empresa de Pesquisa Energtica

BEN: Balano Energtico Nacional

CC: Corrente Contnua

PP: Polipropileno

NT: No Tecido

VSD: Variable Speed Drive (acionamento de velocidade varivel)

IT: Instruo de Trabalho

12

1 INTRODUO

A sociedade atual est cada vez mais dependente de energia. O crescimento

populacional aliado mudana no estilo de vida da populao ocorridos nas ltimas dcadas

vem aumentando o consumo e com isso trazendo problemas aos setores responsveis pelo

abastecimento. No obstante o crescimento da demanda, a utilizao inadequada dos

energticos agrava o problema dado que parte da energia gerada desperdiada nos processos

finais.

Quando se fala em energia no Brasil, fala-se basicamente em energia eltrica dado que

outros energticos como gs natural e carvo so de utilizaes bastante especficas sendo

quase que ignorados pela sociedade em geral e os derivados do petrleo tem sua principal

aplicao no setor de transportes. Dessa forma, na busca pela reduo e racionalizao do

consumo da energia eltrica, o governo vem promovendo iniciativas de combate ao

desperdcio e utilizao racional da energia eltrica. Programas como o PROCEL (programa

nacional de conservao de energia eltrica) visam a conscientizao da populao quanto

melhor utilizao da energia eltrica. Entretanto os programas mais divulgados so aqueles

voltados a consumidores residenciais enquanto o setor industrial, cuja demanda energtica

superior ao anterior, no recebe muita ateno.

Ainda, com os avanos tecnolgicos e o contnuo aumento da complexidade dos

equipamentos e processos industriais, a conservao de energia perde o foco a partir do

momento em que o processo esteja otimizado operao e as margens de lucro garantam a

manuteno da produo.

Baseado nisso, fica claro que a rea industrial um terreno ainda bastante frtil para

o desenvolvimento de tcnicas e melhorias que visem o melhor aproveitamento das energias.

Uma melhor utilizao da energia na indstria influencia diretamente na competitividade da

13

empresa a partir do momento em que reduz os custos de produo e pode melhorar o

ambiente de trabalho influenciando na produtividade. Alm disso, podem ser citados os

benefcios ao meio ambiente como reduo da emisso de gases e reduo de impactos

ambientais provenientes de instalaes de novas plantas geradoras.

1.1 OBJETIVO

O objetivo desse trabalho o desenvolvimento de um estudo de eficincia energtica

em uma planta industrial de forma a identificar sistemas e processos que no estejam

otimizados em relao ao consumo de energia eltrica ou gs natural.

A planta em questo uma indstria secundria de transformao de plstico

composta por 3 pavilhes industriais onde a grande maioria dos processos so trmicos, de

movimentao ou relacionados ar comprimido, sendo esses os principais aspectos de

abordagem nas anlises.

O estudo ser desenvolvido analisando-se inicialmente os aspectos tericos

relacionados aos sistemas de forma a esclarecer os conceitos fsicos vinculados aos processos,

sendo em seguida identificados pontos onde ocorrem perdas crticas e ento propostas

solues tcnicas, que no influenciem no processo produtivo, para tais deficincias. Sero

analisados tambm aspectos econmicos das solues propostas como averiguaes de

benefcio/custo e tempo de retorno de investimento sempre que existir possibilidade para tal.

1.2 RESULTADOS ESPERADOS

Com esse trabalho espera-se contribuir com uma anlise de perdas voltada para a rea

industrial tanto na empresa onde o estudo ser desenvolvido quanto para empresas que

possuam processos produtivos ou sistemas semelhantes de forma racionalizar a utilizao de

energia.

14

So esperadas contribuies de minimizao de perdas trmicas para o ambiente com

a anlise de viabilidade de implantao de sistemas de isolamento trmico, adequao e

otimizao da utilizao de motores eltricos, por vezes em operao sem necessidade,

anlise de propostas de identificao de perdas e modificaes nos sistemas de ar

comprimido.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

Este trabalho est estruturado em cinco captulos.

O Captulo 2 apresenta alguns conceitos bsicos sobre o que energia, como obtida

e utilizada, abordando mais especificamente conceitos sobre energia eltrica e gs natural

dado que esses so os principais energticos utilizados na planta em anlise. O captulo

apresenta, ainda, uma breve descrio histrica da evoluo dos energticos no Brasil com

foco na energia eltrica. Apresentando por fim, dados atuais de consumo de energia eltrica e

seu perfil de utilizao por setor.

O terceiro captulo expe as definies sobre eficincia energtica. So demonstrados

os conceitos tericos sobre sistemas trmicos, motores eltricos e sistemas de ar comprimido

sendo revistos aspectos como quantizao de perdas e medidas de conteno.

O quarto captulo apresenta uma breve descrio da planta industrial e dos processos

produtivos onde o estudo desenvolvido. So apresentados os casos crticos, com

identificao in loco, em relao perdas, quantizao aproximada das perdas em cada caso

sendo ento propostas melhorias, sendo feita sempre que possvel uma anlise econmica das

mesmas.

O quinto captulo trata das concluses obtidas com o desenvolvimento do estudo,

chamando ateno para os tipos de perdas mais comuns, medidas de conteno mais simples e

melhores investimentos de curto prazo.

15

2 ENERGIA

Segundo Hewitt (2002), a energia a capacidade de realizar trabalho. Entretanto, o

conceito de energia no de fcil entendimento dado que se trata de uma grandeza abstrata

sendo mais fcil observ-la quando est sendo transferida ou transformada. Encontrada sob

vrias formas como trmica, qumica, eltrica, mecnica, luminosa, dentre outras, a energia

consumida diariamente pela humanidade em sua grande maioria eltrica ou qumica.

A energia eltrica a mais popular graas a sua versatilidade, facilmente convertida

em outras energias como mecnica, luminosa ou trmica, alm de ser de fcil transporte e

possuir baixas perdas em converses. Sua obteno provm principalmente das converses de

energia potencial obtida em quedas dgua como em usinas hidreltricas ou ento por

processos trmicos que na verdade utilizam-se de energia qumica como no caso de

termeltricas a carvo ou biomassa. Todos os processo de gerao de energia eltrica

consistem em alternadores acoplados turbinas acionadas por energia mecnica. Em resumo,

a seguir, mostra-se as situaes mais comuns na gerao de energia eltrica:

Energia Termeltrica:

Energia Hidreltrica:

Existem outras formas de obteno de energia eltrica como energia fotovoltaica

baseada na luz do sol ou energia elica proveniente da fora dos ventos, entretanto essas

formas de obteno de energia eltrica so incipientes na constituio da matriz energtica

atual.

Outra forma bastante popular de energia de utilizao direta so as energias qumicas.

A energia potencial qumica est contida em substncias que atravs de uma reao resultam

16

em outras substncias mais liberao de energia. Dois exemplos so o carvo que foi o

combustvel da revoluo industrial e o petrleo e seus derivados que hoje em dia so a base

energtica dos transportes.

Embora a lenha, ainda hoje, apresente consumo considervel em vrias aplicaes, na

indstria nacional a energia eltrica e o gs natural so os principais energticos utilizados. A

primeira em decorrncia do grande potencial hdrico do pas o que torna esse tipo de energia

abundante alm de que quase todos os processos industriais podem ser acionados por energia

eltrica. O segundo utilizado quando processos trmicos de alta potncia so requeridos

visto que a energia eltrica acaba por torna-se economicamente desvantajosa para tal.

A economia atual depende dos recursos energticos para manter a produo. Em

pases de industrializao tardia pode-se observar uma relao direta entre o aumento do

produto interno bruto e o consumo de energia. No caso de pases desenvolvidos, onde as

necessidades bsicas da populao j esto atendidas, o consumo de energticos tende a se

estabilizar, crescendo menos que o PIB daquela nao (Leite, 1997). O Brasil, se tratando de

um pas em desenvolvimento, vem apresentando crescimento mdio da demanda de energia

eltrica de 4,6% a.a. sendo que no ano de 2010 o aumento chegou a 7,8% a.a. conforme dados

do EPE, dessa forma torna-se interessante uma anlise da evoluo e composio da matriz

energtica ao longo do ltimo sculo. O Quadro 1 apresenta o evolutivo dos ltimos anos.

CRESCIMENTO (%) 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Mdia

BRASIL 4,7 7,7 4,5 3,5 5,8 3,8 -1,0 7,8 4,6

RESIDENCIAL 4,7 3,0 5,3 3,8 4,8 5,4 6,4 6,3 5,0

INDUSTRIAL 4,0 13,8 3,1 3,0 6,8 2,5 -7,7 10,6 4,5

COMERCIAL 5,1 4,5 6,7 4,4 5,9 5,4 5,6 5,9 5,4

OUTROS 6,1 0,7 5,5 3,6 4,5 3,6 0,7 4,5 3,7 Quadro 1: Evolutivo do crescimento da demanda de energia eltrica no Brasil por setor.

Fonte: EPE, Consumo nacional de energia eltrica por classe 1995-2010.

17

2.1 A EVOLUO DA ENERGIA NO BRASIL

Esta seo apresenta a evoluo da explorao e consumo de energticos no Brasil

conforme a obra de Antonio Dias Leite, A energia do Brasil. Escrita em 1997, a obra faz um

levantamento histrico do perfil nacional de gerao e consumo de energia aliado a

consideraes polticas e econmicas dos perodos em questo.

At 1915 o Brasil vivia na era da lenha segundo Leite. Nesse perodo, at a chegada

de Dom Joo VI em 1808, a atividade manufatureira era proibida no Brasil e segundo

levantamentos histricos, em 1816 o Brasil contava com cerca de 3,3 milhes de habitantes

dos quais 68,5% eram escravos. A demanda por energia nesse perodo era irrisria e o

consumo de energia, o qual se restringia ao aquecimento de residncias e outras poucas

finalidades, era plenamente suprido pela lenha, abundante nas terras recm povoadas. Por

volta de 1850, o baro de Mau decide iniciar a industrializao no pas produzindo navios

vapor, substituindo a iluminao, que at ento era baseada em leo de peixe, por iluminao

gs e construindo a primeira linha frrea, sendo a Baronesa a primeira locomotiva a vapor

a operar no Brasil. Nesse perodo j se iniciava a utilizao de carvo mineral como

combustvel.

No final do sculo XIX, iniciam-se instalaes de gerao e consumo de energia

eltrica. Em 1883 foi inaugurada a primeira iluminao eltrica da Amrica do Sul. Uma

usina a vapor composta por uma caldeira, uma mquina a vapor de 50 cavalos e trs dnamos

alimentavam 39 lmpadas. Em 1889, em Juiz de Fora, foi instalada a usina Marmelos 0, a

primeira usina hidreltrica da Amrica Latina. O empreendimento foi idealizado por um

industrial local para abastecer sua fbrica de tecidos e contava com potncia instalada de

200kW.

No incio do sculo XX as importaes com carvo e querosene eram responsveis por

8% e 2% do total de importaes do perodo. Em paralelo isso, em 1901 foi instalada a

18

hidreltrica de Parnaba no rio Tiet com 2.000kW e em 1908 concluda a hidreltrica de

Fontes concluda com potncia instalada de 12.000kW, logo ampliada para 24.000kW sendo

uma das maiores usinas do mundo na poca.

No incio do sculo passado, a gerao hidreltrica se consolidava no Brasil

diferenciando-o dos pases onde o processo de industrializao se iniciou. Nesses, a base

energtica era a termoeletricidade baseada em carvo mineral. Entre 1885 e 1905 a potncia

eltrica instalada no pas foi multiplicada pro sete a cada decnio. O Quadro 2 mostra a

evoluo da energia eltrica em kW de origem trmica e hidrulica no incio do sculo

passado:

Ano Trmica Hidro Total % Hidro

1883 52 - 52 -

85 80 - 80 -

90 1.017 250 1.267 20

95 3.843 1.991 5.834 34

1900 5.093 5.283 10.376 51

05 6.676 38.208 44.884 85

10 32.729 124.672 157.401 79

15 51.106 258.692 309.798 84

20 66.072 300.946 367.018 82

25 90.608 416.875 507.483 82

30 148.752 630.050 778.802 81 Quadro 2: Potncia eltrica instalada no Brasil (kW).

Fonte: Conselho mundial de energia, Comit Nacional Brasileiro, Estatstica brasileira de energia, n1, 1965.

Com a primeira grande guerra em 1914, as importaes de equipamentos industriais

ficaram prejudicadas, entretanto isso no impediu o crescimento da indstria nacional que foi

de 44% no qinqnio de 1915/20 e 35% no posterior. No mesmo perodo dava-se a

substituio do carvo pelo petrleo no velho mundo enquanto no Brasil ainda no existia

explorao desse energtico: muito se falava, mas pouco se fazia. Enquanto isso a Light

manteve-se responsvel pela gerao de 40% da energia eltrica do pas at 1930 e as

19

importaes de gasolina e leo combustvel passavam de 28.000 m para 345.000 m e 80.000

m para 355.000 m respectivamente no perodo de 1915 a 1930, entretanto no houveram

esforos em relao explorao de petrleo e gs no pas. O grfico a seguir mostra a

evoluo no consumo dos energticos no incio do sculo XX em milhares de toneladas

equivalentes de petrleo (tEP).

Figura 1: Estimativa do consumo de energia no Brasil entre 105 e 1930, exclusive lenha. Wilberg, J., 1974, Consumo Brasileiro de Energia.

No perodo entre 1930 e 1940 foi aprovado o Cdigo de guas a criado o Conselho

Nacional de guas e Energia Eltrica. Entretanto, embora a demanda continuasse a crescer, o

crescimento mdio anual da capacidade instalada diminua, chegando 1,1% em 1940/45.

Essa reduo deveu-se principalmente a 3 fatores:

a) Mudanas na legislao que a partir de ento baseava as tarifas no custo do

investimento;

b) Longo perodo de dificuldade de importao, principalmente devido guerra,

dificultando a manuteno e expanso do parque gerador;

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

1901 1905 1910 1915 1920 1925 1930

Carvo Mineral

Derivados de Petrleo

Hidreletricidade

20

c) Inflao crnica durante o perodo de guerra gerando impasses sobre os reajustes

tarifrios que permaneceriam congelados at 1945.

As excees essa situao foram a Light e a Companhia Paulista de Fora e Luz

que, por atuarem na regio mais desenvolvida do pas e por sua competncia, conseguiam

continuar a expandir seus sistemas. Ainda nesse perodo, em 1942, foi criado o Conselho

Nacional do Petrleo (CNP), sendo ento iniciadas as primeiras perfuraes em busca do

leo.

Existem poucos dados no perodo de guerra e ps-guerra, entretanto os levantamentos

de 1941, 1946 e 1954, mostram que o consumo de energticos permaneceu estvel durante a

guerra e no perodo ps-guerra o consumo de hidroeletricidade aumentou enquanto a

utilizao do petrleo disparou.

O governo Kubitschek estava focado na eliminao dos pontos de estrangulamento

na busca pelo desenvolvimento, em partcula nos existentes no sistema eltrico nacional. Em

meados da dcada de 50 o sistema eltrico estava em crise sendo mais preocupante a situao

na regio centro-sul. Em 1957 o presidente aprovou a fundao Central Eltrica de Furnas

sem solicitar a autorizao do congresso e em 1958 iniciou-se a construo da Hidroeltrica

de Furnas que, poca, adicionava um milho de kW a um sistema de 3 milhes. Em 1960 foi

criado o Ministrio de Minas e Energia e em 1962, concludos os estudos para explorao das

Sete Quedas no Paran com resultados de potencial de gerao surpreendentes: 10 milhes de

kW (Caubet, 1991). A capacidade instalada crescia 8,8% entre 1955/60 e 8,3% entre 1960/65.

Ainda, iniciava-se a interligao do sistema sendo a priori padronizada a freqncia de 60Hz

e converso dos sistemas de gerao que operavam em 50Hz e devido ao novo perodo de

industrializao, em 1964, o consumo de petrleo igualou-se ao da lenha, tornando-se em

1969 o principal insumo energtico.

21

A Figura 2 apresenta a variao do consumo de alguns energticos no perodo de 1941

1972.

Figura 2: Estimativa do consumo de energia 1941-72. Fonte: Wilberg, J., 1974, Consumo Brasileiro de Energia.

Em 1971 a primeira usina nuclear brasileira, com potncia de 657 MW, Angra I, teve

suas obras iniciadas, tendo recebido licena para operao em dezembro de 1984.

Foi fundada a Itaipu Binacional em 1973, sendo em 1975 iniciada a construo da

usina de Itaipu, concluda em 1982 com potncia instalada de 14 GW. A usina conta com 20

unidades geradoras sendo metade, a parte brasileira, em 60Hz e a outra metade, paraguaia,

em 50Hz. Dez anos aps sua entrada em operao o Paraguai s absorvia 4,2% da energia

total gerada por Itaipu.

O perodo entre 1973 e 1985 foi marcado por uma queda dramtica das tarifas de

energia eltrica desestimulando os esforos para sua conservao. Em 1973 a tarifa

residencial era a terceira mais alta em comparao a outros 22 pases e a industrial era a

dcima quinta, tornando se, em 1985, as mais baratas dentre os 23 amostrados.

Com as duas crises do petrleo a grande maioria dos pases desenvolveu polticas de

reduo do desperdcio, o Brasil, entretanto, essas medidas j haviam sito tomadas dado que

as concessionrias dos sistemas interligados estavam encontrando dificuldades em gerenciar a

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

1941 1946 1954 1959 1964 1969 1972

Consumo Brasileiro (em tEP)

Carvo Mineral

Derivados de Petrleo

Hidroeletricidade

22

energia agindo independentemente umas das outras. Em 1983 so introduzidos mecanismos

tarifrios e incentivos para o uso da energia eltrica aos derivados do petrleo.

O plano cruzado de 1986 foi um golpe duro ao j debilitado sistema eltrico nacional

com seu congelamento de tarifas. As concessionrias perdiam ainda mais remunerao e

tornava-se cada vez mais difcil a expanso do sistema. No fim da dcada de 80, um perodo

de privatizaes do sistema at ento controlado por empresas estatais foi iniciado. Conforme

dados da Eletrobras, de 1991, no ano anterior o sistema eltrico atendia 87% das residncias

sendo 97% o ndice de atendimento da regio sudeste e 58% da regio norte. Em meados da

dcada de 90 vrios programas de conservao de energia so lanados enquanto isso a

Petrobrs tem sucesso em perfuraes no mar.

Nos anos 2000 o Brasil passou a sofrer com o racionamento de energia devido falta

de gua nos reservatrios proveniente de uma seca anormal no pas. Ainda nesse perodo o

sistema eltrico sofreu profundas modificaes no seu quadro gerencial.

A Figura 3 apresenta o evolutivo da matriz energtica no perodo de 1974 2009.

Figura 3: Evolutivo da capacidade instalada 1974-2009. Fonte: EPE, BEN 2010.

23

2.2 O QUADRO ATUAL DA ENERGIA NO BRASIL

Em 2009, conforme dados do Balano Energtico Nacional (BEN) do ano de 2010,

documento publicado pelo EPE, o Brasil produziu 466,2 TWh sendo 87,8% desse total,

gerados por centrais de servio pblico. O grfico a seguir apresenta a contribuio de cada

estrutura de oferta interna de eletricidade em 2009:

Figura 4: Estrutura da oferta interna de energia eltrica. Fonte: EPE, BEN 2010.

Considerando a energia hidrulica mais as importaes que tambm so

essencialmente renovveis, a matriz energtica brasileira conta com aproximadamente 85%

do total proveniente de origem renovvel. Em relao ao gs natural, ainda em 2009, o Brasil

produziu 57,9 milhes de m/dia tendo a menor importao, 23,4 milhes de m/dia desde

2004. O consumo de gs natural teve reduo de 15,4% principalmente devido crise

econmica que reduziu a produo do setor industria.

Em matria de consumo, no ano de 2010, o setor industrial liderou o ranking

respondendo por um consumo que beira os 184 TWh. A Figura 5 apresenta o consumo por

setor.

Fonte: EPE, Consumo nacional de energia eltrica por classe 1995

26%

14%

Consumo por setor em 2010

Figura 5: Consumo por setor no ano de 2010. EPE, Consumo nacional de energia eltrica por classe 1995-2010

44%

16%

Consumo por setor em 2010

RESIDENCIAL

INDUSTRIAL

COMERCIAL

OUTROS

24

2010.

RESIDENCIAL

INDUSTRIAL

COMERCIAL

OUTROS

25

3 EFICINCIA ENERGTICA

O conceito de eficincia energtica ou utilizao racional de energia de conhecimento

pblico e diz respeito utilizao de menos energia nos processos obtendo-se o mesmo

resultado final, em outras palavras consome-se menos energia para se fornecer o mesmo valor

energtico.

O uso otimizado da energia disponvel faz-se necessrio nos tempos atuais devido a

crescente demanda energtica alm de contribuir para a reduo de emisso de gases nocivos

ao meio ambiente e impactos ambientais e promover reduo de custos, devido ao menor

consumo nos processos, empresa que opta por um perfil de consumo racional.

No caso de um planta de transformao de plsticos, a grande maioria dos processos

so trmicos, de movimentao ou relacionados ar comprimido (ar de instrumentao).

Esses processos sero analisados sero analisados do ponto de vista terico neste captulo de

forma a se obter uma quantizao aproximada das perdas.

3.1 PROCESSOS TRMICOS Processos trmicos so aqueles relacionados a variaes e temperatura de

componentes de algum processo. Tais processos so reconhecidamente de baixa eficincia

devido dificuldade de restringir a transmisso de energia ao ponto de interesse pelas

caractersticas intrnsecas dos materiais e tambm graas ao comportamento da energia

trmica.

A temperatura a medida de energia trmica (ou energia interna) de um corpo. A

energia trmica est relacionada com a agitao das molculas. Em fluidos, como um gs, por

exemplo, onde as molculas esto livres, a temperatura em sua grande maioria proveniente

da energia cintica (velocidade) mdia das molculas do gs, enquanto em slidos, onde as

molculas presas umas s outras em forma de uma rede cristalina em metais ou

26

aleatoriamente em materiais amorfos como o vidro, a medida majoritria da temperatura

provm da vibrao das molculas (Speyer, 2002).

O calor a medida da energia transferida entre dois corpos com temperaturas

diferentes. A transferncia dessa energia espontnea, respeitando o princpio da entropia que

diz que os sistemas tendem a um estado de mais baixa energia, essa forma o corpo com maior

energia interna cede energia por meio da transferncia de calor para o outro corpo, admitindo-

se que existe um meio condutor de calor entre os dois corpos (Halliday, 2002).

A transferncia de calor entre corpos ocorre de trs formas distintas:

a) Conduo: a transferncia de energia pelo contato dos corpos. Em slidos ocorre

pela passagem da vibrao das molculas devido ao contato mecnico entre os

corpos e tambm devido energia transferida por eltrons livres. Em lquidos e

gases a energia transmitida pelas colises entre as molculas e difuso do fluido

de mais alta temperatura para o de menor temperatura.

b) Conveco: aplicvel a fluidos e consiste na transferncia de calor atravs de sua

movimentao. A temperatura de um gs est intrinsecamente ligada sua

densidade. Um gs aquecido menos denso e, portanto, tende a subir, enquanto

um gs com menor temperatura possui densidade maior, fazendo com que este

tenda a descer.

c) Radiao: uma forma de transferncia de calor que ocorre pela emisso de

radiao eletromagntica. Todo corpo que possua temperatura, ou seja, alguma

energia interna emite radiao trmica. A temperatura do corpo influencia na

quantidade de radiao bem como no espectro da radiao emitida.

27

A Figura 6 apresenta os trs tipos de conduo de calor: conduo, irradiao e

conveco natural1.

Figura 6: Exemplos de conduo de calor: a) Conduo de calor em slidos. b) Imagem trmica da conveco de um gs. c) Imagem trmica da radiao trmica de uma residncia.

Tendo em vista que a teoria de transferncia de calor bastante complexa, tendo obras

especficas dedicadas a cada modo do de transferncia, a quantizao de perdas ou possveis

ganhos calorficos nos processos ser calculada de forma simplificada.

A potncia perdida por conduo e conveco pode ser calculadas por:

= . . = [] Onde o coeficiente de conduo ou conveco.

Abaixo os coeficientes de conduo trmica para o ar e ao.

!"#$%& = 0,03 *+. !"#$%" = 52,9 *+.

1 A conveco natural consiste na movimentao de um gs aquecido devido puramente variao de densidade

promovida pelo acrscimo de sua temperatura. A conveco forada que, alm da movimentao natural do gs, contempla uma fora externa movimentando o gs no ser contemplada nessa anlise.

28

O coeficiente de conveco um valor calculado considerando a forma do objeto, sua

orientao, fluido envolvente dentre outros dados. Como nesse trabalho sero analisadas

tubulaes e blocos, os coeficientes de conveco so admitidos como:

1) Para tubulaes horizontais ou verticais de dimetro d:

!"#2 = 1,31 45 67 89 .

2) Placa horizontal com troca de calor para baixo:

!"#2 = 1,31:;7 89 . 3) Placa horizontal com troca de calor para cima:

!"#2 = 2,49:;7 89 . 4) Placa vertical:

!"#2 = 1,77:;7 89 .

A potncia perdida por radiao, por sua vez calculada como:

= . S. FA. FB C4TAEFBGHIJB100 67 89 4TLMNJBOPB100 6

7 89 Q = [W] Onde, a constante de Stefan-Boltzmann multiplicada por 10S, S a superfcie

aquecida, FA o fator de superfcie e FB o fator de emissividade. Para fins prticos, no caso de um corpo irradiando para o ambiente, FA a unidade e o fator de emissividade depende do material radiante.

Em processos que utilizam gases, o calor perdido ou oportunidade de ganho energtico

a energia calculada por:

= T. U. . T = [W]

29

Onde P a potncia do processo, , e c so a densidade, vazo e calor especfico do

gs respectivamente e T a diferena de temperatura.

3.2 MOTORES ELTRICOS Processos de movimentao compreendem todos os tipos de acionamento mecnico

utilizados na indstria. Para essa finalidade, a utilizao de motores eltricos em processos

industriais quase que unnime sendo descartada apenas em sistemas de segurana, onde

existe a necessidade de independncia da rede eltrica (suscetvel a falhas) como no caso de

bombas de incndio.

Os trs tipos de motores eltricos mais populares so os motores de induo, de

corrente contnua e sncronos. Abaixo, segue uma anlise das caractersticas, aplicaes e

outros componentes necessrios utilizao de cada um dos tipos de motores eltricos.

Motores de Induo

O motor de induo de gaiola de esquilo o tipo de acionamento eltrico mais

utilizado na indstria, aplicado em potncias de fraes de CV at altas potncias.

um tipo de motor simples, barato e bastante robusto, entretanto dependendo da

potncia requer a utilizao de componentes adicionais. Motores de induo pequenos podem

ser acionados diretamente (partida direta), com o aumento da potncia requerem partida

estrela-tringulo ou mesmo inversores de freqncia.

A grande desvantagem dos motores de induo a variao da rotao frente

exigncia de conjugado do eixo tornando-o aparentemente desvantajoso onde esse controle

requerido. Porm, a utilizao de um inversor de freqncia resolve o problema da variao

de rotao e tambm da partida tornando o economicamente atrativo mesmo implicando no

custo adicional de um inversor.

30

Motores de corrente contnua

Motores CC tornam-se uma boa opo onde alta potncia e um controle rigoroso de

velocidade so requeridos.

Apesar de mais caros devido maior complexidade mecnica, tornam-se

economicamente vantajosos com elevada potncia, uma vez que o hardware adicional

requerido bastante mais simples e barato que um inversor de freqncia. O controle de

velocidade feito controlando-se a corrente do enrolamento de campo, que se encontra em

um estator de plos salientes.

A utilizao de um motor de induo, nesses casos, implicaria na necessidade de um

inversor de alta potncia, o que compromete a economia da aplicao.

Motores Sncronos

Esse um tipo de motor dificilmente encontrado em aplicaes industriais. So

extensivamente utilizados como geradores , entretanto como motores so melhor adaptados

em menores rotaes e maiores potncias. Motores sncronos passam a se tornar interessantes

se a relao HP/RPM for maior que 1 (Beaty, 1998).

Sendo constitudo geralmente de um enrolamento de campo CC no rotor e

enrolamentos de corrente alternada no estator. Consistem em um motor sincronizado com a

rede eltrica. Desse sincronismo implica o fato de que, sendo a freqncia da rede eltrica

constante, no existe variao da rotao independente do conjugado requerido. Outra

desvantagem desse tipo de motor em aplicaes industriais a partida. Partindo como motor

de induo, requer baixa carga em seu eixo, o que pode ser invivel em vrias aplicaes.

Dada a imensa quantidade de motores encontrados em plantas industriais, duas

abordagens simples podem gerar resultados bastante relevantes sem a necessidade da anlise

de cada caso em particular. So elas:

31

1) Anlise utilizao inadequada: Dada a complexidade dos processos, quando

existem alteraes em variveis do processo, rotinas de produo ou operao das

mquinas devido a necessidades de produo, algumas rotinas secundrias que no

interferem no processo acabam esquecidas. Em outras palavras, por exemplo, se a

utilizao de um motor necessria na fabricao do produto A, porm sua no

influencia na fabricao do produto B, existe a possibilidade de que esse motor no

seja desligado na transio da produo de A para B. Alm disso, existem casos de

no conformidades nos processos que exigem o dipndio de energia para obteno

do resultado esperado.

2) Anlise de substituio de motores: Motores antigos, com menor rendimento, ou

motores superdimensionados so os principais fatores de comprometimento da

eficincia na utilizao de energia eltrica.

O menor rendimento de motores antigos pode ser explicado por limitaes

tecnolgicas da poca de fabricao enquanto o superdimensionamento de motores

, em geral, proveniente de inconsistncias de projeto, fazendo com que seja

escolhido um motor de potncia superior necessria de forma a se garantir o

desempenho do sistema. O departamento de energia dos Estados Unidos avalia que

44% dos motores industriais operam com 40% ou menos de fator de carga (Hurst,

2007).

Embora o superdimensionamento de componentes seja comum em outras reas da

engenharia, utilizado para aumentar a segurana do sistema, por exemplo, para o

caso particular de motores eltricos essa medida afeta o rendimento do processo

uma vez que tais mquinas so projetadas para operao prxima de seu valor

32

nominal de potncia. Para motores de induo a grande maioria na indstria o

motor pode ser considerado superdimensionado se seu fator de carga for menor

que 75% de seu valor nominal. Isso ocorre porque esse tipo de motor tem seu

maior rendimento com um fator de carga de 80-90% (Bortoni, 2007).

Dessa forma, torna-se interessante a anlise da possibilidade da substituio desses

motores por motores de maior rendimento ou corretamente dimensionados carga.

A troca considerada vivel se:

V+"W""2" < Y&Z[\$]%^+"W"&%#W\_" + Va*b. Z!"#"+\c%$%. Ou seja, a troca ser vantajosa se o custo do motor novo for menor que o valor de

mercado residual o motor antigo mais o ganho de potncia devido ao aumento de

eficincia multiplicado pelo tempo. No caso da empresa analisada nesse trabalho,

o tempo de retorno de investimento limite de dois anos, dessa forma, se a

equao acima for satisfeita utilizando o tempo limite a substituio vivel.

Comprovada a viabilidade do investimento o tempo de retorno real calculado

com a mesma equao, porm j conhecido o custo do motor novo, conforme:

&ZW"" = V+"W""2" Y&Z[\$]%^+"W"&%#W\_"Va*b. Z!"#"+\c%$% Desnecessrio mencionar que to mais vantajosa ser a substituio quanto

menor o tempo de retorno de investimento.

3.3 AR COMPRIMIDO

Ar comprimido, ou ar de instrumentao utilizado na indstria para acionamento

mecnico de algumas aplicaes particulares.

Em geral no utilizado em aplicaes de utilizao permanente, mas sim para

pequenos acionamentos mecnicos onde esforo moderado requerido. Tem a vantagem de

33

tornar acionamentos lineares, que seriam mais complexos e dispendiosos se eltricos, mais

simples e tambm mais rpidos que se hidrulicos2 ou eltricos.

O ar comprimido obtido a partir de compressores mecnicos acionados

eletricamente. A utilizao de ar comprimido requer a instalao de uma rede complexa de

distribuio tal qual a eltrica e equipamentos que garantam a qualidade do ar de

instrumentao.

A figura a seguir apresenta um sistema de gerao de ar comprimido genrico.

Figura 7: Sistema de gerao de ar comprimido.

Secadores de ar tm a funo de remover a umidade do ar ambiente para que esta no

chegue aos equipamentos de acionamento pneumtico comprometendo a lubrificao ou

sendo condensada nos reguladores de presso prximos aos equipamentos. A filtragem, em

geral, feita antes e depois da secagem. Os reservatrios, ou pulmes de ar, tm a finalidade

de reduzir oscilaes de presso durante o consumo como um buffer alm de remover a

umidade residual do ar comprimido. Um reservatrio corretamente dimensionado possui de 6

a 10 vezes a capacidade do compressor por segundo.

Prximo aos pontos de consumo, so instalados reguladores de presso para que a

presso seja adequada aos equipamentos e junto a estes, quando necessrio, uma unidade de

2 Acionamentos hidrulicos so preferenciais onde exigido grande esforo, entretanto no um acionamento

rpido.

condicionamento (lubrifil)

componentes.

No caso da indstria analisada neste trabalho, so utilizados compressores de parafuso

para o fornecimento de ar comprimido

instrumentao e compressores de lbulos (compressor

centrfugos utilizados para movimentao de grandes volumes de gs em baixa presso

utilizados nos processos.

A Figura 8 apresenta o perfil de consumo de energia eltrica de um sistema de ar

comprimido segundo o manual de eficinci

Figura

A partir desse perfil pode

maior oportunidade de economia, est na gerao do ar comprimido, entretanto essa tambm

a parte cujas alteraes so mais dispendiosas. Os atuadores oferecem pouca oportunidade

devido ao seu alto custo e baixo potencial de economia.

fabricantes de equipamentos pneumticos, 5% de perdas por vazamentos

nmero bom para uma rede bem dimensionada, dessa forma restam 15% nos quais pode

atuar com medidas simples e baratas

10%

20%

condicionamento (lubrifil) com funo de lubrificao para as partes

No caso da indstria analisada neste trabalho, so utilizados compressores de parafuso

para o fornecimento de ar comprimido, com presso em torno de 7 bar

instrumentao e compressores de lbulos (compressores ROOTS)

centrfugos utilizados para movimentao de grandes volumes de gs em baixa presso

igura 8 apresenta o perfil de consumo de energia eltrica de um sistema de ar

o manual de eficincia energtica de 2006 da SMC

Figura 8: Consumo de energia em sistemas de ar comprido.

A partir desse perfil pode-se perceber que o maior consumo, e consequentemente

maior oportunidade de economia, est na gerao do ar comprimido, entretanto essa tambm

a parte cujas alteraes so mais dispendiosas. Os atuadores oferecem pouca oportunidade

devido ao seu alto custo e baixo potencial de economia. Na questo de vaz

fabricantes de equipamentos pneumticos, 5% de perdas por vazamentos

rede bem dimensionada, dessa forma restam 15% nos quais pode

atuar com medidas simples e baratas como rotinas de remoo de vazame

20%

70%

Consumo Energia

Atuadores

Vazamentos de ar

Sopro de ar

34

partes mecnicas dos

No caso da indstria analisada neste trabalho, so utilizados compressores de parafuso

bar, para acionamentos e

es ROOTS) e compressores

centrfugos utilizados para movimentao de grandes volumes de gs em baixa presso

igura 8 apresenta o perfil de consumo de energia eltrica de um sistema de ar

a energtica de 2006 da SMC.

se perceber que o maior consumo, e consequentemente a

maior oportunidade de economia, est na gerao do ar comprimido, entretanto essa tambm

a parte cujas alteraes so mais dispendiosas. Os atuadores oferecem pouca oportunidade

Na questo de vazamentos, segundo

fabricantes de equipamentos pneumticos, 5% de perdas por vazamentos considerado um

rede bem dimensionada, dessa forma restam 15% nos quais pode-se

rotinas de remoo de vazamentos.

Atuadores

Vazamentos de ar

Sopro de ar

35

4 ANLISE DE PERDAS

Neste captulo sero analisadas as oportunidades de economia de energia na unidade

de Gravata da FitesaFiberweb. Para tal, um conhecimento bsico do produto e do processo

produtivo se faz necessrio sendo apresentado a seguir para que ento sejam analisados os

casos especficos relativos eficincia energtica.

4.1 O NO TECIDO E SEU PROCESSO PRODUTIVO

O no tecido um produto da combinao de processos produtivos de papel, tecido e

plstico, com custo de produo inferior. Enquanto o tecido tramado em uma estrutura

produzida pelo entrelaamento de fibras de forma que os fios formam 90 entre si, o no

tecido consiste basicamente em um conjunto grande de filamentos plsticos dispostos

aleatoriamente sobre um coletor (esteira) e soldados uns sobre os outros por processos que

podem ser mecnicos, trmicos ou qumicos.

A figura nove apresenta a estrutura microscpica dos materiais:

Figura 9: Esquerda: no tecido. Direita: tecido.

A unidade de Gravata produz at ento dois tipos de no tecido: o spunbonded e o

meltblow. Embora os processos produtivos difiram entre sim em alguns pontos, a explanao

da fabricao do spunbonded, que uma variedade de no tecido produzido com gramaturas

de 10-200 g/m com filamentos plsticos de 15 a 35 m tipicamente, deixa claro os

equipamentos e processos envolvidos (a principal diferena no processo produtivo do

36

meltblow que, alm do ar frio, utilizado ar quente na fiao e que tal material pode ou no

ser calandrado).

O processo comea com o transporte do polmero (polipropileno no caso da Fitesa) do

silo de armazenamento at a unidade dosadora, seguindo para ser extrusado junto com

tonalizantes. Depois de derretido e extrusado, o material fitrado e passa por uma bomba de

engrenagem para ser pressurizado seguindo para as matrizes que so responsveis pela

transformao do fluido em filamentos. Na sada da matriz as impurezas e monmeros ainda

presentes na composio do plstico so removidos na forma de gs e os filamentos so

solidificados por ar refrigerado sendo ento alongados nas cabines de fiao, que definem o

dimetro do filamento em funo da velocidade do ar de processo. A seguir os filamentos so

lanados aleatoriamente sobre um coletor (esteira). A aleatoriedade da disposio dos

filamentos obtida a partir da turbulncia formada pelo ar responsvel pelo estiramento dos

filamentos na poro inferior da cabine.

A esteira conta com vcuo abaixo da cabine garantido que os filamentos fiquem juntos

a ela at passarem por rolos pressores (preenchidos por fluido aquecido), sendo estes

responsveis pela solda dos filamentos. A manta ento segue para a calandra onde aplicada

a textura ao material por aquecimento e presso sendo depois arrefecida. Na seqncia so

aplicadas solues que garantem algumas caractersticas manta e posterior secagem feita

pelo sistema de tambor perfurado. De forma a garantir a qualidade do produto, aps seca a

manta passa por um sistema inspeo de falhas sendo ento enrolada em rolos genricos.

Os rolos so ento desenrolados e cortados conforme o pedido do cliente.

37

A Figura 10 mostra um esquema genrico do processo produtivo do spunbonded.

Figura 10: Processo produtivo do spunbonded.

4.2 PERDAS TRMICAS EM TUBULAO DE AR Conforme apresentado anteriormente, a fabricao de meltblow utiliza ar quente em

seu processo. O ar fornecido por um compressor de lbulos acionado por um motor de

200HP localizado em uma sala adjacente. O ar sai do compressor uma temperatura mdia de

75C e chega ao processo por uma tubulao de cerca de 32m de comprimento e 280mm de

dimetro para ento ser aquecido at a temperatura necessria no processo por um aquecedor

eltrico de duto.

Uma vez que o processo de compresso de ar intrinsecamente j fornece um aumento

de temperatura para o ar, de interesse que essa energia no seja perdida at o sistema

aquecimento prximo utilizao pois a energia trmica obrigatoriamente ganha na

compresso do ar reverte-se em economia para o aquecedor de duto. Para tal necessrio que

o ar chegue do compressor ao aquecedor atravs dos 32 metros com a menor perda

trmica possvel.

38

Para esse aproveitamento de energia toda a tubulao foi isolada termicamente com l

de rocha e revestimento de alumnio liso no incio do presente ano. O Quadro 3 apresenta as

perdas trmicas antes e depois da instalao do isolamento.

Varivel Unidade Sem isolamento

trmico

Com isolamento

trmico Diferena Reduo

T ambiente C 23,00 23,00 - -

T tubulao C 70,00 29,00 41,00 59%

Delta T C 47,00 6,00 41,00 87%

Metros m 32,00 32,00 - -

Dimetro m 0,28 0,28 - -

Contato metlico X m 0,00 0,00 - -

Contato metlico Y m 0,00 0,00 - -

Multiplicador # 0,00 0,00 - -

Contato metlico total m 0,00 0,00 - -

Condutividade do material W/(m.C) 0,00 0,00 - -

Superfcie de contato m 56,30 56,30 - -

Perdas Conduo Ar W 79,38 10,13 69,25 87%

Perdas Conduo Ao W 0,00 0,00 - -

Alpha Conveco W/(m.C) 4,72 2,82 1,90 40%

Perdas Conveco W 12476,48 952,05 11524,43 92%

Stefan-Boltzman # 5,67 5,67 - -

Fs # 1,00 1,00 - -

Fe # 0,23 0,05 0,18 78%

Perdas Radiao W 16,31 0,66 15,65 96%

Potncia Total Perdida KW 12,57 0,96 11,61 92%

Tempo de utilizao h 586,00 586,00 - -

Energia perdida por ms KWh 7367,29 564,22 6803,07 92%

Custo do KWh R$ 0,24 0,24 - -

Custo R$ R$ 1.768,15 R$ 135,41 R$ 1.632,74 92% Quadro 3: Comparativo de perdas em tubulao antes e depois de instalao

de isolamento trmico.

Conforme o Quadro 3, a economia de R$ 1.632,41 por ms e, considerando-se que o

investimento foi de R$ 5.800,00, tem-se um tempo de retorno de pouco mais de 3 meses e

meio.

A Figura 11 apresenta o compressor, a tubulao em questo com e sem isolamentos

alm da instalao em andamento.

39

Figura 11: a) Compressor Aerzen; b) Tubulao sem isolamento; c) Instalao dos isolamentos; d) Tubulao isolada.

4.3 PERDAS TRMICAS EM TROCA TELAS O processo de filtragem do polmero que ocorre aps a extruso feito por

equipamentos chamados troca telas. So equipamentos semi-automticos que consistem em

um bloco de ao aquecido com dois cilindros de acionamento hidrulico. Cada cilindro possui

uma abertura transversal onde instalada a tela filtro, assim, quando um dos filtros satura, o

cilindro com um filtro novo inserido e o cilindro com o filtro saturado retirado do sistema

para que a tela filtro seja substituda. A Figura 12 apresenta um equipamento bastante

prximo dos encontrados nas fbricas.

40

Figura 12: Troca telas hidrulico.

Os troca telas esto presentes sempre aps as extrusora e, dessa forma, encontra-se um

deles em cada cabea de extruso de todas as linhas de produo. Para o fim de anlise das

perdas sero analisados os troca telas das linhas RS6 e RS7 por serem idnticos e em grande

nmero cinco na RS6 e trs na RS7.

Por trabalhar aps a extruso, onde a matria prima j esta aquecida, os troca telas so

aquecidos por conjuntos resistivos, trabalhando a temperaturas bastante elevadas. Apesar de

operarem prximos s extrusoras em uma das regies mais quentes da fbrica3, o que diminui

o gradiente trmico, tais equipamentos no possuem qualquer tipo de isolamento trmico

alm de fixados diretamente sobre placas de ao na estrutura da mquina.

Na imagem trmica do bloco principal da Figura 13, obtida a partir de um termgrafo

Flir ThermaCAM B2, pode-se ver que a temperatura mxima chega 274C em alguns

pontos do bloco.

3 As extrusoras no possuem isolamento trmico por questes de projeto uma vez que tais isolamentos

dificultariam o processo de controle da temperatura.

41

Figura 13: Toca telas a esquerda e sua imagem trmica a direita.

O bloco apresenta 450mm x 400mm de base por 550mm de altura e dois cilindros de

200mm de dimetro e 400mm de comprimento. Os quadros a seguir apresentam os clculos

aproximados das perdas trmicas devido falta de isolamento para o cilindro que fica externo

ao bloco e o bloco respectivamente.

Varivel Unidade Cilindro

T ambiente C 40,00

T tubulao C 270,00

Delta T C 230,00

Metros M 0,40

Dimetro M 0,20

Condutividade do material W/(m.C) 52,90

Superfcie m 0,50

Perdas Conduo Ar W 3,47

Alpha Conveco W/(m.C) 7,63

Perdas Conveco W 881,95

Stefan-Boltzman # 5,67

Fs # 1,00

Fe # 0,74

Perdas Radiao W 1,03

Potncia Total Perdida KW 0,89

Tempo total (5% DT) H 684,00

Energia total perdida por

cilindro KWh 606,33

Custo do KWh R$ R$ 0,24

Nmero de cilindros # 2,00

Custo R$ R$ 291,04

Quadro 4: Perdas no cilindro do troca telas.

42

Varivel Unidade Superfcie

inferior

Superfcie

superior

Superfcie

lateral

menor

Superfcie

lateral

maior

T ambiente C 40,00 40,00 40,00 40,00

T Placa C 270,00 270,00 270,00 270,00

Delta T C 230,00 230,00 230,00 230,00

Dimenso X M 0,45 0,45 0,40 0,45

Dimenso Y M 0,40 0,40 0,55 0,55

Multiplicador # 1,00 1,00 2,00 2,00

Superfcie m 0,18 0,18 0,44 0,50

Condutividade do material W/(m.C) 52,90 0,03 0,03 0,03

Perdas Conduo W 2190,06 1,24 3,04 3,42

Alpha Conveco W/(m.C) 0,00 9,70 6,89 6,89

Perdas Conveco W 0,00 401,45 697,57 784,76

Stefan-Boltzman # 5,67 5,67 5,67 5,67

Fs # 0,00 1,00 1,00 1,00

Fe # 0,74 0,74 0,74 0,74

Perdas Radiao W 0,00 0,37 0,90 1,01

Potncia Total Perdida KW 2,19 0,40 0,70 0,79

Tempo total (5% DT) H 684,00 684,00 684,00 684,00

Energia total perdida KWh 1498,00 275,69 479,83 539,81

Custo do KWh R$ R$ 0,24 R$ 0,24 R$ 0,24 R$ 0,24

Gasto mensal com perdas

por superfcie R$ R$ 359,52 R$ 66,17 R$ 115,16 R$ 129,55

Gasto total mensal com

perdas R$ R$ 670,40

Quadro 5: Perdas no bloco do troca telas.

Dessa forma gasta-se por ms aproximadamente R$ 961,00 com perdas trmicas em

cada um dos 8 troca telas das RS6 e RS7. Utilizando-se a proposta de um isolamento trmico

no topo, laterais maiores (as menores possuem partes mveis) e entre o bloco e a estrutura da

mquina com uma eficincia global considerada de 40% e com valor estimado de R$ 2020,00,

as perdas se reduzem aproximadamente R$ 740,00 mensais. Dessa forma so economizados

R$ 221,00 por ms tendo o investimento, portanto, um tempo de retorno de pouco mais de 10

meses.

43

Considerando os 6 equipamentos que so de uso contnuo, a reduo de R$ 1326,00

mensais. A economia ainda maior quando considerados os outros dois equipamentos que

no so de uso contnuo.

4.4 PERDAS TRMICAS EM REFRIGERAO DE AR Conforme discutido na seo 4.1 a resfriamento (quenching) e consequente

solidificao dos filamentos, alm do estiramento dos filamentos ocorrem por meio ar

refrigerado. A vazo necessria do ar obtida por meio de ventiladores e a temperatura do ar

para o processo atingida por meio da troca trmica gua/ar por trocadores de calor tipo fan

coil alimentados com gua gelada fornecida por chillers.

Da mesma forma que na seo 4.2, a energia despendida pelo processo ser to menor

quanto menor for a temperatura inicial do ar. Todas as linhas possuem duas admisses de ar e

um sistema automatizado que monitora qual das duas admisses energeticamente mais

econmica para o processo, entretanto na linha RS4 tal sistema est inoperante h algum

tempo.

O sistema de admisso de ar da RS4 possui um ponto interno ao prdio e outro

externo, conforme Figura 14, sendo sensvel que o ar externo bastante mais frio que o

interno dados os processos trmicos dentro da edificao. Dessa forma fica evidente que a

admisso externa a escolha mais adequada. Porm quando foram desenvolvidos estudos

relacionados alteraes do sistema de refrigerao das linhas da No Tecidos (NT4) foi

constatado que a admisso de ar corrente do fan coil era aquela interna ao prdio.

4 No Tecidos , alm do produto, a designao do pavilho fabril que abriga as linhas RS1, RS2, RS3 e RS4.

44

Figura 14: Esquerda: Fan coil com sua admisso de ar externa. Direita: Admisso de ar interna.

Para fim de clculos, medies diurnas apresentaram diferena entre a temperatura

interna e externa ao pavilho igual 6 C. A vazo nominal do equipamento de 28450 CFM

(ps cbicos por minuto) ou 13,43 m/s, entretanto o equipamento utilizado com cerca de

metade da capacidade nominal durante o processo, apresentando uma vazo mdia de 6,71

m/s. Alm disso, as variveis fsicas envolvidas so a densidade do ar que pode ser

considerada 1,225 kg/m alm de seu calor especfico de 0,24 cal/g.C (1004,64 J/kg.C)

= 1,225. 6,71. 1004,64. 6 = 49,55kW O que, multiplicado pelo nmero mdio de horas operacionais e o valor do kWh,

resulta em:

f = 33.890,38h Ou seja, tem-se uma reduo de custo mensal devido perdas de aproximadamente R$

8.134,00 (considerando-se 0,24 R$/kWh) unicamente alterando-se o ponto de admisso de ar.

Ainda, as medies de temperatura ocorreram durante o dia, enquanto a temperatura externa

maior, no caso de operao noturna a economia ainda maior dada a maior diferena de

temperaturas.

Por fim necessrio chamar a ateno para o investimento de tal modificao,

algumas horas de estudo analisando o equipamento e requisitos do processo.

45

4.5 CONVERSO DE AQUECEDORES ELTRICOS PARA GS NATURAL A ltima oportunidade de melhoria vinculada processos trmicos consiste na

comparao dos atuais aquecedores de duto para ar da RS4 (aquele em srie com a tubulao

da Seo 4.2) e da RS3 que so eltricos para gs natural como os da RS6. Uma vez que este

projeto est sendo iniciado e no existem fornecedores nem cotaes para implementao da

alterao essa anlise restrita comparao dos energticos envolvidos.

As cabeas de melt das linhas RS3 e RS4 utilizam ar ambiente que deve ser aquecido a

cerca de 270 C para o processo. Para isso, cada uma das linhas conta com um aquecedor

eltrico de duto de 350 kW.

Para anlise dos energticos puramente pode-se analisar o processo por uma hora (at

mesmo porque os aquecedores no funcionam tempo integral vista a diversidade de produtos).

Considerando uma hora de operao com aquecimento eltrico so consumidos os 350 kW a

um custo de R$ 0,24 por kW resultando em R$ 84,00. O gs natural por sua vez, custa

aproximadamente R$ 92 por MWh, portanto, R$ 0,092 por kWh. Dessa forma os 350kW

obtidos a partir de gs custam R$ 32,20, ou seja, uma reduo de 61,6%5.

Considerando que as linhas produzem meltblow por cerca de 40% do tempo, a

economia de R$ 181.507,20 anualmente em cada uma das linhas produtivas,

aproximadamente R$ 363.000,00 no total.

4.6 MODIFICAO DE SISTEMA DE GERAO DE AR COMPRIMIDO

De acordo com o perfil de consumo de energia por parte dos sistemas de ar

comprimido exposto na seo 3.3, a maior oportunidade de reduo da utilizao de energia

vinculada sistemas de ar est na gerao.

5 No so levadas em conta eficincias porque nas duas formas de converso a energia plenamente utilizada no

processo e as perdas tambm so iguais para ambas.

46

Iniciativas voltadas economia na gerao de ar comprimido esto estritamente

ligadas alteraes dos equipamentos geradores, assim acabam por tornar-se menos viveis

tais substituies uma vez que os valores envolvidos so maiores.

Entretanto, no caso da presente anlise, um fator determinante na viabilidade da

proposta de modernizao do sistema de gerao de ar comprimido da NT: a expanso da

fbrica devido adio de uma nova linha fabril.

Inicialmente, com a instalao de uma nova linha (RS8) junto ao prdio da NT, a idia

consistia na instalao de um sistema de ar comprimido independente para nova linha. Porm

a proposta de criao de um sistema central de gerao de ar comprimido para a NT

bastante promissora devido instalao de novos equipamentos (mais eficientes) e reduo de

custos de manuteno devido desativao de dois compressores antigos e do perodo de

garantia dos compressores novos.

Atualmente a NT abriga quatro linhas com consumo mdio de 312 CFM, sendo 342

CFM o consumo de pico, alimentados por 4 compressores, trs GA510 e um GA22. A RS8

adiciona uma demanda mdia de 39,1 CFM e 220,8 CFM de pico ao sistema atual. Dessa

forma dois cenrios se estabelecem para o comparativo.

1) Sistema descentralizado: manuteno dos compressores da NT e aquisio de dois

compressores novos para a RS8, um GA37 VSD e um GA37+.

2) Sistema centralizado: desativao de dois compressores GA510 e aquisio de dois

compressores, um GA55 VSD e um GA55+, consolidando a central.

Para verificao da melhor opo so analisados primeiramente os gastos anuais com

energia levando-se em conta o perfil de operao dos compressores envolvidos em cada um

dos casos. O Quadro 6 apresenta os gastos em cada um dos cenrios.

47

Cenrio 1 - Sistema independente

Cenrio 2 - Sistema centralizado

Premissas Energia Premissas Energia C1 = GA 37+ C1 = GA 55+ % Carga 50% % Carga 100% % Alvio 50% % Alvio 0% kW carga (com secador) 41,5 kW carga (com secador) 61,9 kW alvio 14,9 kW alvio 21,7 fator de utilizao 1% fator de utilizao 100% kW mdio 0,3 kW mdio 61,9 C2 = GA 37 VSD C2 = GA 55 VSD % Carga 20% % Carga 10% % Alvio 80% % Alvio 90% kW carga (com secador) 44,9 kW carga (com secador) 66,4 kW alvio 6,7 kW alvio 6,6 fator de utilizao 100% fator de utilizao 100% kW mdio 14,4 kW mdio 12,6 C3 = GA 22 C3 = GA 22 % Carga 0% % Carga 0% % Alvio 100% % Alvio 100% kW carga (com secador) 25,2 kW carga (com secador) 25,2 kW alvio 10,1 kW alvio 10,1 fator de utilizao 0% fator de utilizao 0% kW mdio 0,0 kW mdio 0,0 C4 = GA 510 C4 = GA 510 % Carga 0% % Carga 0% % Alvio 100% % Alvio 100% kW carga (com secador) 57,7 kW carga (com secador) 57,7 kW alvio 26,0 kW alvio 26,0 fator de utilizao 0% fator de utilizao 0% kW mdio 0,0 kW mdio 0,0 C5 = GA 510 % Carga 100% % Alvio 0% kW carga (com secador) 57,7 kW alvio 26,0 fator de utilizao 100% kW mdio 57,7 C6 = GA 510 % Carga 85% % Alvio 15% kW carga (com secador) 57,7 kW alvio 26,0 fator de utilizao 98% kW mdio 51,9 kW mdio consolidado 127,3 kW mdio consolidado 76,4 Custo monmio marginal mdio 240 Custo monmio marginal mdio 240 Total anual [R$] 267.661 Total anual [R$] 160.548

Quadro 6: Comparativo dos dois cenrios em relao a gastos com energia eltrica.

48

Avaliando-se ainda gastos com manuteno e investimentos para implantao e

alteraes do sistema atual, o comparativo final entre os dois cenrios mostrado no Quadro

7.

DESPESAS ANUAIS Cen. 1 Cen. 2 Diferena Energia [kW md.] 127,3 76,4 -50,9 Energia [R$] 267.661 160.548 -107.112 Manut. - p+c [R$] 18.250 12.000 -6.250 Manut. - mo [R$] 36.200 22.450 -13.750 Total [R$] 322.111 194.998 -127.112

INVESTIMENTOS ADIC. Cen. 1 Cen. 2 Diferena Compra equip. [R$] 136.000 181.000 45.000 Venda equip. [R$] -9.700 -9.700 Tubulao at AQL [R$] 23.900 23.900 Diferena montagem [R$] 25.000 25.000 Total [R$] 136.000 220.200 84.200

Quadro 7: Comparativo de custos entre os dois cenrios.

Assim, o tempo de retorno dos R$ 84.200,00 investidos a mais para o estabelecimento

da central de gerao de ar comprimido em relao ao sistema descentralizado de

aproximadamente 7,9 meses graas aos R$ 127.112,00 anuais gastos a mais com manuteno

e energia na central descentralizada.

4.7 REDUO DE CUSTOS COM AR COMPRIMIDO COM BOAS PRTICAS Aqui so apresentadas duas situaes que contribuem na reduo de perdas em

sistemas de ar comprimido que no demandam investimentos. Consistem em verificaes da

situao operacional do sistema de gerao e integridade dos painis pneumticos prximos

aos pontos de consumo.

Os estudos para determinao do comparativo entre os dois cenrios da seo 4,6

incluram medies de consumo de ar por parte das linhas da NT e energia consumida pelos

compressores por uma semana.

49

Conforme j citado, o sistema de gerao de ar comprimido da NT com trs

compressores GA510 e um compressor GA22. Como nenhum desses compressores VSD6, o

sistema que gerencia a atividade dos compressores possui um algoritmo responsvel pela

seleo do compressor em atividade levando em conta a demanda e tempo de operao dos

compressores7. Entretanto cada um dos compressores possui chaves seletoras manuais que

so prioritrias em relao ao algoritmo.

Durante os 10 dias de medio, alm dos dados, foi constatado que um dos

compressores GA510 esteve ligado em alvio durante toda a medio devido ao controle

manual do compressor estar na posio alvio. O Quadro 8 apresenta algumas caractersticas

dos compressores da NT.

Modelo Motor [kW] Capacidade (CFM) kW/CFM

kW em carga

kW em alvio

GA 510 50 178,0 0,281 57,7 26,0 GA22-125AP 22 106,5 0,207 25,0 10,0

Quadro 8: Caractersticas eltricas dos compressores atuais da NT.

Dessa forma, durante os 10 dias de medio houve um gasto desnecessrio de R$

1.497,60, porm no sabe-se quanto tempo o compressor ficou em alvio sendo ento ainda

maior o gasto. Tal fato ocorreu devido falta de verificao rotineira do sistema. Um sistema

de verificao diria foi implantado por meio da tcnica de manuteno autnoma, ficando o

tcnico de utilidades responsvel verificao diria do sistema.

A Figura 15 apresenta a instruo de trabalho (IT) com a incluso da rotina de

verificao.

6 VSD a sigla que designa Variable Speed Drive, ou, em traduo literal, acionamento de velocidade varivel.

Tais compressores tm o motor que aciona o impelidor comandado por inversor de freqncia permitindo um controle na gerao de ar comprimido e tambm no consumo energtico.

7 Alguns dos compressores so preferencialmente utilizados para forar o desgaste de seus componentes

favorecendo assim a possibilidade de falha em equipamentos especficos enquanto os outros sofrem menos desgaste de forma que a probabilidade de falha simultnea e consequente parada das linhas minimizada.

50

Figura 15: Instruo de trabalho que inclui verificao de perfil de operao do sistema de ar comprimido da NT.

Alm disso, de forma a reduzir perdas prximas ao consumo, foram implementadas

rotinas trimensais de verificao de painis pneumticos nas paradas de manuteno

preventiva. Tais rotinas consistem em uma busca simples baseada em sinais sonoros (rudo)

ou visuais (acmulo de sujeira) dos vazamentos.

4.8 MOTORES ELTRICOS COM POSSIBILIDADE DE DESLIGAMENTO: VENTILADOR DOS TAMBORES SECADORES

comum na indstria que motores fiquem ligados sem necessidade. Isso tambm

corre na unidade de Gravata da FitesaFiberweb. O primeiro caso apresentado dos

ventiladores dos tambores secadores.

Determinados produtos requerem caractersticas especiais como hidrofilia ou

resistncia raios UV e para tal necessria a aplicao de substncias que garantam manta

51

tais caractersticas. As aplicaes so feitas aps a manta ser calandrada por equipamentos

que embebem a manta com o produto desejado, entretanto pela aplicao ser lquida

necessrio a secagem do material aps a aplicao de modo a se evitar o ataque de fungos

devido umidade do produto.

A secagem feita pelo sistema de tambor perfurado (tambor secador), um processo

que consiste em uma cmara fechada com um queimador a gs e um tambor perfurado com

um ventilador em uma das extremidades responsvel pela suco do ar aquecido atravs da

manda efetuando a secagem.

A Figura 16 apresenta o princpio de funcionamento e a estrutura de um tambor

secador Trtzschler-Fleissner.

Figura 16: Princpio de funcionamento do sistema de secagem por tambor perfurado a esquerda e estrutura interna do equipamento direita, Trtzschler - Fleissner

No caso das RS1 e RS2 a produo de material com aplicao restringe-se a cerca de

25% do tempo, E esta a oportunidade de economia de energia uma vez que o maior

consumo de energia eltrica no processo de secagem proveniente do acionamento do

ventilador do tambor, um motor de 30 kW, que fica ligado independente de estar havendo ou

no aplicao. Tal fato ocorre porque a aplicao acumula-se dentro do equipamento sujando

o produto final quando no existe aplicao e o ventilador est desligado.

52

Considerando que o ventilador poderia ficar desligado por 75% do tempo, a economia

mensal chega R$ 3.888,00. Entretanto para tal necessrio efetuar limpezas peridicas no

equipamento. Atualmente a limpeza feita a cada 6 meses de operao sendo o custo, devido

necessidade de contratao de uma equipe de limpeza com certificao em trabalhos em

ambiente confinado, de R$ 2.200,00.

A possibilidade de operao com o ventilador desligado est sendo avaliada,

entretanto mesmo efetuando-se a limpeza do equipamento a cada trs meses, o que

aumentaria a possibilidade de operao sem ventilador, ter-se-ia uma economia de R$

11.664,00 e um custo de R$ 2.200,00 trimestralmente, sendo, portanto, a economia anual

considerando as duas linhas produtivas de R$ 75.712,00.

4.9 MOTORES ELTRICOS COM POSSIBILIDADE DE DESLIGAMENTO: COMPRESSORES CENTRFUGOS

Nas linhas de produo RS1 e RS2 o ar de processo gerado a partir de compressores

centrfugos Centac da Ingersoll Rand. No caso da RS1, apenas o compressor, acionado por

um motor de 450 HP, responde por 40% do consumo de energia eltrica da linha.

Aqui a oportunidade encontra-se no fato de que em paradas longas de mquina com o

as de manuteno preventiva, que costumam durar entre 8 e 10 horas, os compressores no

so desligados. A Figura 17 apresenta o compressor Centac da RS1 e seu painel de controle

durante uma parada de mquina.

53

Figura 17: Compressor Centac da Ingersoll Rand esquerda e painel seu de controle direita.

Com o dado de corrente do painel pode-se calcular a potncia que o compressor

permanece consumindo mesmo com a linha parada, cerca de 192 kVA.

Considerando as paradas de manuteno preventiva mensais na RS1 de, em mdia, 9

horas, tem-se um gasto desnecessrio de R$ 414,72 mensais.

4.10 MOTORES SUPERDIMENSIONADOS

Embora o superdimensionamento de motores seja comum na indstria, essa condio

no possui fcil diagnstico no caso da FitesaFiberwer. Isso ocorre porque embora sejam

produzidos apenas dois tipos de produtos as caractersticas e, consequentemente, as variveis

de processo tem grande variao. Dessa forma so necessrias medies durante um intervalo

que abranja todos os tipos de produo de modo que um motor especfico no seja

considerado mal dimensionado por ter sido amostrado em um momento em que ele no

muito exigido. Alm disso, a grande maioria dos motores de maior potncia e funcionamento

contnuo so acionados por inversores de freqncia que j promovem a operao em um

ponto mais adequado ao motor por meio do controle da tenso e frequncia.

54

Baseado nisso notado que um estudo de dimensionamento de motores seria bastante

complexo e dispendioso do ponto de vista de equipamentos, dados e mo de obra, alm de

demorado devido ao nmero de mquinas a se analisar.

Para fim de exemplificar alguns dimensionamentos inadequados da planta de Gravata,

pode-se citar os casos do compressor centrfugo da RS3 e dos insufladores da RS7.

1) Compressor da RS3: Para gerao de ar de processo, a linha de produo conta

com um compressor Ingersoll Rand Centac acionado por um motor Siemens de

350 HP (261,1 kW) que responde por 30-45% do consumo de energia da linha8.

Tal compressor est superdimensionado de modo que durante a operao o

equipamento obrigado a liberar parte do ar para atmosfera pela vlvula de alvio

para no entrar em surge9 desperdiando grande parte da energia. Algumas

alternativas seriam o redimensionamento do equipamento como um todo (motor +

compressor) ou ento a substituio do compressor centrfugo por um compressor

de lbulos que mais eficiente e necessita menor manuteno utilizando

acionamento de velocidade varivel (inversor de frequncia). Essa melhoria no

de implementao to simples dados os valores a serem investimentos.

2) Balano de massa: A RS7 possui 15 ventiladores de insuflamento instalados no

topo do pavilho responsveis pelo balano de massa da edificao. Cada

ventilador acionado por um motor de 7,5CV e medies efetuadas no star-up da

linha demonstraram um consumo de 44 + j95 kVA por parte desse sistema. Dessa

forma esse um ponto interessante para reviso do dimensionamento dos motores,

8 A RS3 uma linha bastante menor que a RS1 e RS2, porm o sistema de aquecimento do ar de processo conta

com um aquecedor de duto de 350 kW e mais dois aquecedores de leo trmico de uso intermitente de 45 kW cada, esse a nica razo pela qual o consumo do compressor no proporcionalmente maior.

9 Surge uma condio que ocorre mais comumente em compressores centrfugos consistindo em

turbilhonamento do ar gerando vibraes e danificando o impelidor do equipamento causada pela variao brusca da presso.

55

entretanto devido a caractersticas operacionais apenas um dos insufladores fica

ligado o tempo todo, reduzindo a atratividade desse caso.

EVOLUO DA EFICINCIA NA FITESAAFIBERWEB UNIDADE DE

GRAVATA A FitesaFiberweb, bem como o grupo Petropar, tem cincia da importncia de aes

voltadas a eficincia energtica, tendo, portanto, inmeras iniciativas voltadas essa rea. No

caso da unidade de Gravata as aes relacionadas eficincia energtica so desenvolvidas

pela equipe de manuteno tendo pessoal capacitado e dedicado exclusivamente a projetos de

reduo do consumo uma vez que a empresa percebe que esse um fator determinante na

competitividade da empresa.

Vistos os esforos relacionados racionalizao do consumo energtico, a unidade de

Gravata vem apresentando uma reduo gradativa no uso de energia por kg produzido. A

Figura 18 apresenta um grfico relativizado por questes estratgicas da evoluo da

energia consumida por kg de produto de primeira produzido desde 2008.

Figura 18: Evolutivo mensal de energia utilizada por kg produzido.

So perceptveis os resultados das aes de eficientizao do consumo que se refletem

na tendncia decrescente do grfico, bem como a profunda influncia da sazonalidade no

consumo devido aos processos trmicos envolvidos.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

kWh

/ kg

Mensal Energy Used per kg Energia Eltrica Gs Natural Energia Total

56

5 CONCLUSES

A indstria o maior consumidor de energia comprando direto dos geradores a preos

mais acessveis, o que acaba gerando menos interesse na racionalizao do consumo.

Entretanto essa a rea que apresenta no s o maior nmero de oportunidades como tambm

as oportunidades que geram os maiores resultados devido aos elevados consumos envolvidos.

Da fundamentao terica nota-se que, para os fins de uma quantizao aproximada de

perdas, como as efetuadas nesse trabalho, uma abordagem preciosista e aprofundada

desnecessria tendo em vista clculos simples so suficientes para identificao de pontos

onde as perdas so mais crticas. Isso se justifica pelo fato de que as oportunidades na rea

industrial so muitas sendo ento a parte mais importante do estudo a identificao dessas

oportunidades. Alm disso, no foi objetivo do presente estudo uma modelagem complexa

dos processos at mesmo porque esse tipo de abordagem iria contra o tema desse trabalho

sendo um desperdcio de energia analisar processos to a fundo quando so tantas as

oportunidades resultado sem necessidade de tal aprofundamento.

Das perdas analisadas nesse trabalho, as perdas em processos trmicos so as mais

abundantes como j esperado desde o comeo por se tratar de uma indstria de transformao

de plsticos.

As perdas trmicas constituem o ponto mais crtico de perda de energia por suas

prprias caractersticas fsicas alm de caractersticas de projeto (como em diversos pontos

onde blocos aquecidos no processo de extruso utilizam gua gelada para solidificar o

polmero promovendo vedaes, como, por exemplo, em mancais, com a prpria matria

prima) que no podem ser alteradas. Entretanto, ainda assim os processos trmicos so

aqueles onde existem mais oportunidades de melhoria, seja pela simples instalao de

isolamentos, restringindo o potencial trmico ao seu ponto de interesse, ou em processos no

otimizados como no caso do seo 4.4. Alm disso a energia eltrica extremamente verstil

57

podendo ser convertida em quase qualquer tipo de energia, ento porque utiliz-la para

gerao de calor? Para isso o gs outro energtico empregado na planta cuja nica forma de

energia para a qual ode ser convertido para trmica, alm de ser mais competitivo na

gerao de potencial trmico.

Ar comprimido resume-se acionamento eltrico, portanto motores, entretanto trata-se

de equipamentos que vem fechados do fabricante sendo a alterao do equipamento a nica

forma de otimizao da gerao. Em relao ao consumo existem oportunidades de economia

atreladas principalmente manuteno do sistema onde podem ser obtidos resultados

relevantes com aplicao rotinas simples.

Em relao motores eltricos a oportunidade mais favorvel a anlise dos

processos identificando motores ligados sem necessidade. Em relao ao mal

dimensionamento de tais equipamentos, estudos mais completos devem ser desenvolvidos

levando-se em conta as caractersticas produtivas, seno aqueles que so visivelmente, e

portanto, mal dimensionados.

Por fim, a eficincia energtica no um tema para se analisar em um nico estudo,

deve ser um conjunto de analises a ser revistos constantemente. O dinamismo e as alteraes

em equipamentos, layouts, expanses, etc., requer que o processo de eficientizao do

consumo seja iterativo. Deve-se, inicialmente, identificar os pontos onde ocorrem perdas

crticas, seguido de uma anlise de viabilidade tcnica das alteraes para ento quantizar as

perdas de modo a se obter um resultado economicamente atrativo para o melhoramento e

finalmente implementando as solues propostas verificando, ento, os resultados das

alteraes.

58

6 REFERNCIAS

HEWITT, Paul G. Fsica Conceitual. So Paulo: Bookman, 2002. 686p.

LEITE, Antonio Dias. A Energia do Brasil. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1997. 528p.

CAUBET, Christian G. As Grandes Manobras de Itaipu, So Paulo: Editora Acadmica,

1991. 385p.

WILBERG, Julius A. Consumo Brasileiro de Energia. Revista brasileira e energia eltrica,

jan mar. 1974.

EPE, Consumo nacional de energia eltrica por classe 1995-2010. Disponvel em:

. Acesso em: 14 mai. 2011, 23:10:17.

CONSELHO MUNDIAL DE ENERGIA Comit Nacional Brasileiro. Estatstica

Brasileira de Energia. N. 1, 1965.

EPE, Balano Energtico Nacional 2010 BEM 2010. Disponvel em:

. Acesso em: 16 mai.

2011, 17:21:32.

SPEYER, Robert F. Thermal Analysis of Materials, Atlanta: CRC Press, 1994. 298p.

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fudamentos de Fsica Volume 2.

6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001. 228p.

RIES, Walter. Transformadores fundamentos para o projeto e clculos. Porto Alegre:

EDIPUCRS, 2007. 420p.

Beaty, Robert F; Kirtley, James L. Jr.. Electric Motor Handbook, New York: Bookman,

1998. 400p.

BORTONI, Edson da Costa, Motor oversizing outlook. In: PROCEEDING OF

INTERNACIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS,

2007, Seul. p. 1386-1388.

Jurst, J. Raising the standard for electric motor efficiency, InTech, abril 2007, p 30-34.v