Melhores Práticas na Otimização de Sistemas de Motores Elétricos: Estudo de Caso 3M

Melhores Práticas PRODUTOS QUÍMICOS Estudo de caso técnico ESCRITÓRIO DE TECNOLOGIAS INDUSTRIAIS EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E ENERGIA RENOVÁVEL DEPARTAMENTO DE ENERGIA DOS EUA maio de 2002 BENEF I TS Otimizando Sistemas de Motores Elétricos em um Campus Corporativo Economiza mais de 375000 anualmente Reduz o consumo anual de energia em 170 bilhões de Btu Resumo do projeto Reduz as emissões atmosféricas A Minnesota Mining and Manufacturing 3M conduziu um projeto interno de otimização de desempenho do sistema motor Usando uma abordagem sistemática instalação por instalação a empresa formou uma equipe que avaliou aproximadamente 1000 sistemas de motores elétricos em 29 edifícios no 3M Center para identificar projetos viáveis Quatro importantes atualizações de economia de energia no Edifício 123 reduziram o uso de eletricidade em 41 e resultaram em economia de custos de US 77554 por ano A abordagem sistemática desenvolvida e a experiência adquirida no projeto do Edifício 123 foram aplicadas a outras instalações da 3M e demonstram como uma grande empresa industrial pode otimizar o desempenho de seus sistemas de motores elétricos em uma instalação do tipo campus APPL ICAÇÕES Melhorar as estratégias de controle pode aumentar o desempenho de quase todos os sistemas de vapor Os sistemas de vapor são encontrados em toda a indústria e consomem uma parte significativa da energia usada nas fábricas RPESQUISAPILOTPLANTEXHAUSTFANS Histórico da empresa Classificada entre as 75 maiores empresas da Fortune 500 em vendas e receita líquida a 3M é uma empresa multinacional com operações em 60 países e 34 estados A empresa foi fundada em 1902 emprega cerca de 70000 pessoas em todo o mundo e fabrica mais de 50000 produtos e serviços para uma ampla variedade de mercados de consumo comerciais profissionais e industriais Visão Geral do Projeto Este projeto de demonstração foi realizado no 3M Center o campus da sede corporativa de 75 milhões de pés quadrados da empresa O centro emprega Traduzido do Inglês para o Português wwwonlinedoctranslatorcom aproximadamente 12000 funcionários e abriga instalações de pesquisa e desenvolvimento que produzem pesquisas sobre uma ampla variedade de produtos novos e aprimorados Dos aproximadamente 1000 sistemas de motores elétricos no 3M Center 70 acionam funções de suporte de construção como HVAC e bombeamento de água enquanto os 30 restantes suportam funções de pesquisa e desenvolvimento O edifício 123 ocupa 528750 pés quadrados e acomoda plantas piloto de pesquisa oficinas de manutenção mecânica e elétrica laboratórios e funções de suporte Este edifício foi escolhido porque foi uma das primeiras instalações revisadas pela equipe da 3M e contém sistemas de motores elétricos que são representativos de todo o restante do campus Equipe do Projeto Uma equipe multifuncional e interempresarial do Motor Challenge foi estabelecida em janeiro de 1994 liderada por quatro funcionários da 3M em tempo integral representando os Departamentos de Engenharia de Instalações e Engenharia de Fábrica A equipe também incluiu representantes da Northern States Power Company NSP General Electric Supply Company e Landis Gyr Inc A missão da equipe era identificar justificar participar do financiamento e implementar todos os projetos viáveis que aumentariam a eficiência da equipamentos acionados por motor no 3M Center A Abordagem de Sistemas Em maio de 1995 o projeto foi aceito pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos DOE como um Projeto de Demonstração do Motor Challenge Showcase A equipe de Validação de Desempenho Independente IPV do DOE revisou os resultados do projeto O objetivo principal deste projeto foi enfatizar a metodologia que foi desenvolvida para realizar um projeto de tal magnitude ao invés de uma tecnologia ou aplicação específica Para identificar projetos que poderiam aumentar a produtividade e reduzir o consumo de energia custos e emissões a equipe do 3M Motor Challenge desenvolveu uma abordagem metódica de construção por construção Esta abordagem de 9 passos incluiu 1 Localização e identificação de equipamentos 2 Documentação do tipo de sistema do motor requisitos operacionais e uso incluindo medições de campo tipo de sistema e controles do motor e informações da placa de identificação 3 Analisar a eficiência do sistema existente uso operacional vs necessidade operacional e consumo atual de energia 4 Desenvolver opções técnicas avaliar alternativas calcular economias estimar custos de implementação e determinar viabilidade financeira e operacional 5 Desenvolvimento de propostas e relatórios incluindo descrição do sistema oportunidades de melhoria e recomendações 6 Apresentar propostas viáveis à administração para aprovação de financiamento acompanhamento e obtenção de autorização para despesas 7 Implementação dos projetos 8 Acompanhamento de medições e monitoramento comparando as economias reais com as economias calculadas e relatando os resultados e 9 Comunicar atividades e progresso ao comitê gestor e às Equipes de Energia do Edifício Junto com a gestão predial a equipe decidiu pela implantação de um projeto com base nas avaliações financeiras e operacionais Após a implementação do projeto foi realizada uma medição de acompanhamento para verificar se as economias projetadas foram alcançadas e se a operação do sistema foi satisfatória Implementação de projeto Usando essa abordagem sistemática a equipe do 3M Motor Challenge identificou vários projetos de atualização para economia de energia a serem implementados no Edifício 123 Quatro dessas melhorias foram escolhidas para um estudo aprofundado pela equipe IPV do DOE Eles são Atualização do suprimento de ar da planta piloto de pesquisaO suprimento de ar é mantido em uma planta piloto de pesquisa no Edifício 123 por nove exaustores de 5 hp e um ventilador de reposição de ar de 40 hp Anteriormente o ar era fornecido 24 horas por dia em velocidade máxima Os requisitos de ventilação no entanto dependiam do nível de atividade na área de processo A equipe otimizou o sistema de abastecimento adicionando um sistema de controle digital direto DDCS que controlava o nível de ventilação da área com base no uso da planta piloto de pesquisa Um temporizador no DDCS iniciou o ligar e desligar alguns dos exaustores A equipe também adaptou o motor do ventilador de reposição de ar com um inversor de frequência variável VFD e instalou um sensor de pressão estática diferencial O DDCS usou um sinal do sensor para controlar a velocidade do ventilador de alimentação a fim de manter uma leve pressão negativa na área de processo Atualização do Sistema de Abastecimento de Água de ReaquecimentoO sistema de abastecimento de água de reaquecimento parte do sistema HVAC geral do edifício bombeia água quente para as serpentinas de reaquecimento do ar de abastecimento do edifício O fluxo de suprimento de ar para as serpentinas de reaquecimento é constante de modo que o controle de temperatura é obtido regulando o fluxo de água quente O edifício possui cinco sistemas de bombeamento de abastecimento de água de reaquecimento cada um com dois motores de 7 12 hp Como a operação contínua das bombas com vazão total e o desvio da vazão desnecessária por meio de uma válvula de derivação era claramente ineficiente a equipe otimizou o sistema com motores e VFDs energeticamente eficientes para melhor adequar a quantidade de água bombeada aos requisitos do sistema Além disso os testes realizados revelaram que o sistema pode funcionar satisfatoriamente com um ajuste de pressão diferencial mais baixo na bomba Isso resultou em economia adicional de energia Atualização dos ventiladores de ar de suprimentoO ar é fornecido a muitas partes do Edifício 123 por dois ventiladores de 50 hp O volume de suprimento de ar necessário varia de acordo com o número de exaustores funcionando o que por sua vez depende da atividade do processo e da ocupação do edifício Os ventiladores funcionavam constantemente e eram controlados com amortecedores Para otimizar o sistema a equipe instalou um VFD em cada ventilador para controlar o fluxo de ar com mais eficiência e instalou um motor com eficiência energética no ventilador que não tinha um Retrofit de motores energeticamente eficientesUma avaliação de todos os motores elétricos no prédio com mais de 1 12 hp identificou 50 motores mais antigos de eficiência padrão que operavam mais de 6000 horas por ano e portanto poderiam se beneficiar da adaptação para motores com eficiência energética Vinte e oito desses motores foram adaptados para motores com eficiência energética e estudados em detalhes como parte do projeto Showcase Esperavase uma melhoria de 2 a 5 por cento em cada retrofit Em alguns casos outras medidas foram tomadas como troca de roldanas para desacelerar a carga acionada redução do tamanho do motor para atender melhor aos requisitos do sistema e reparo e limpeza de componentes para reduzir perdas de eficiência Esses quatro projetos de atualização constituíram uma grande porcentagem da economia elétrica e de custos alcançada no Edifício 123 e são típicos dos projetos identificados e implementados no 3M Center Resultados Depois de considerar os incentivos de gerenciamento do lado da demanda oferecidos pela Northern States Power o custo líquido do projeto para a 3M foi de US 79499 com uma economia anual de custos de US 77554 Isso gera um retorno simples em todos os quatro projetos de 103 anos Os projetos individuais tiveram retornos simples de 135 anos 261 anos 081 anos e 306 anos respectivamente Além da economia de energia os projetos também forneceram informações atualizadas sobre os sistemas motores do prédio identificação de manutenções necessárias especialmente no caso de um dos ventiladores de suprimento de ar do prédio e economias adicionais de fluxo adequado ou suprimento de pressão aos requisitos do sistema O BestPractices faz parte da estratégia Indústrias do Futuro do Escritório de Tecnologias Industriais OIT que ajuda as empresas mais intensivas em energia do país indústrias melhoram sua competitividade BestPractices reúne as melhores tecnologias e práticas disponíveis e emergentes para ajudar as empresas a começar a melhorar a eficiência energética o desempenho ambiental e a produtividade agora mesmo Quando aplicada a todos os edifícios do 3M Center estimase que a abordagem sistemática para otimização de desempenho economize aproximadamente 10821 MWh e reduza a demanda em 468 kW anualmente Com uma economia anual estimada de 823000 e um custo líquido do projeto de 1600000 os projetos terão um retorno líquido de 19 anos O BestPractices enfatiza os sistemas da planta onde melhorias e economias significativas de eficiência podem ser alcançadas A indústria ganha acesso fácil a soluções de curto e longo prazo para melhorar o desempenho de motores vapor ar comprimido e sistemas de aquecimento de processos Além disso os Centros de Avaliação Industrial fornecem avaliações abrangentes de energia industrial para fabricantes de pequeno e médio porte ANUUALENERGIA ECOSTSAVING S Projetos Validados 939400 kWh Campus inteiro est 10821000 kWh Economia de eletricidade 31583 45971 363800 441200 Utilidades reduzir o vapor e uso de água gelada Economia de manutenção Total 18000 823000 PPROJETOPARTES 77554 3M Maplewood Minnesota TOTALANUUALPOWERPLANTEMISSÕESREDUCAÇÃO S Northern States Power Company Minneapolis MN Projetos Validados 1205200 libras 328690 libras 2900 libras 3400 libras 240 libras 33 libras Campus inteiro est 13883300 libras 3786400 libras 34000 libras 39300 libras 2800 libras 380 libras Landis Gyr Inc San Jose CA CO2 Carbono equivalente ENTÃOx NÃOx TSP VOC General Electric Supply Shelton CT FOUADDICIONALEUNFORMAÇÃOP ALUGARCONTACT Câmara de Compensação da OIT Telefone 800 8622086 Fax 360 5868303 clearinghouseeedoegov Visite nossa página inicial em wwwoitdoegov Por favor envie quaisquer comentários perguntas ou sugestões para webmasteroiteedoegov Indústria do Futuro Produtos Químicos A indústria química é uma das várias indústrias intensivas em energia e resíduos que participam da iniciativa Indústrias do Futuro da OIT Em dezembro de 1996 a indústria química publicou um relatório intituladoVisão Tecnológica 2020 A Indústria Química dos EUAque ajuda a estabelecer prioridades técnicas para melhorar a competitividade da indústria e desenvolve recomendações para fortalecer a cooperação entre indústria governo e academia Ele também fornece orientação para melhoria contínua por meio de tecnologia de mudança em novas ciências químicas e tecnologia de engenharia gerenciamento da cadeia de suprimentos sistemas de informação e manufatura e operações Gabinete de Tecnologias Industriais Eficiência Energética e Energia Renovável Departamento de Energia dos EUA Washington DC 205850121 DOEGO1020021502 maio de 2002 Líder da equipe da OIT Chemical Industry Paul Scheihing 202 5867234