Diagnostico Energético

Eficiência Energética Teoria Prática Efi ciência Energética Teoria Prática 1a Edição Eletrobrás PROCEL EDUCAÇÃO Universidade Federal de Itajubá UNIFEI FUPAI Itajubá 2007 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Teoria Prática Coordenação Milton César Silva Marques EletrobrásPROCEL Jamil Haddad UNIFEIEXCEN Eduardo Crestana Guardia Autores1 Afonso Henriques Moreira Santos Edson da Costa Bortoni Eduardo Crestana Guardia Fábio José Horta Nogueira Jamil Haddad Luiz Augusto Horta Nogueira Marcelo José Pirani2 Marcos Vinícius Xavier Dias Osvaldo Venturini Ricardo Dias Martins de Carvalho Roberto Akira Yamachita 1 Professores e Pesquisadores da Universidade Federal de Itajubá 2 Professor da Universidade Federal da Bahia Eficiência Energética Teoria Prática Minas e Energia Ministério de Minas e Energia Educação Ministério da Educação Eletrobrás PROCEL EDUCAÇÃO INFORMAÇÃO E CIDADANIA UNIFEI EXCEN Centro de Excelência em Eficiência Energética fupai Diagramação foto e criação da capa Marcos Vinícius Xavier Dias Revisão de texto Kelly Fernanda dos Reis ISBN 9788560369010 A publicação do livro Efi ciência Energética Teoria Prática só foi possí vel graças ao apoio do PROCEL EDUCAÇÃO subprograma do PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica cuja secretaria executiva encontrase na Eletrobrás empresa do Ministério de Minas e Energia A reprodução parcial ou total desta obra só é permitida com a devida auto rização dos autores As opiniões mencionadas na presente publicação são de res ponsabilidade dos autores e não representam necessariamente o ponto de vista da Eletrobrás PROCEL MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA Ministro Interino Nelson José Hubner Moreira DEPARTAMENTO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO ENERGÉTICO Diretora Laura Cristina da Fonseca Porto MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Ministro Fernando Haddad CENTRAIS ELÉTRICAS BRASILEIRAS S A ELETROBRÁS Presidente Interino Valter Luiz Cardeal de Souza PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA PROCEL Secretário Executivo João Ruy Castelo Branco de Castro Supervisão Luiz Eduardo Menandro de Vasconcellos Hamilton Pollis Coordenação Geral Milton César Silva Marques UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ UNIFEI Reitor Renato de Aquino Faria Nunes FUNDAÇÃO DE PESQUISA E ASSESSORAMENTO À INDÚSTRIA FUPAI Presidente Djalma Brighenti FICHA TÉCNICA VII Prefácio XVII Apresentação XIX Capítulo 1 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 11 Introdução 1 12 Relatório do Diagnóstico Energético 4 13 Comissão Interna de Conservação de Energia 6 14 Caso 1 Correção do fator de potência na Cifa Têxtil 13 141 Características da empresa 13 142 Apresentação e objetivos 13 143 Metodologia adotada para implantação do projeto 13 144 Detalhes da implementação 17 145 Prazos e custos 18 146 Resultados e benefícios alcançados 19 15 Caso 2 Efi cientização predial no Edifício Linneo de Paula Machado 21 151 Características da empresa 21 152 Apresentação e objetivos 22 153 Metodologia adotada para implantação do projeto 23 154 Detalhes da implementação 24 155 Prazos e custos 28 156 Resultados e benefícios alcançados 29 16 Caso 3 Campanha de conscientização do uso de energia na TOSHIBA 30 161 Características da empresa 30 162 Apresentação e objetivos 30 ÍNDICE VIII 163 Metodologia adotada para implantação do projeto 32 164 Detalhes da implementação 34 165 Prazos e custos 35 166 Resultados e benefícios alcançados 36 17 Caso 4 Parâmetros para formação da CICE na CONTINENTAL 38 171 Características da empresa 38 172 Apresentação e objetivos 38 173 Metodologia adotada para implantação do projeto 40 174 Detalhes da implementação 41 175 Prazos e custos 43 176 Resultados e benefícios alcançados 44 18 Caso 5 Sistema de Gestão energética na MASA da Amazônia 45 181 Características da empresa 45 182 Apresentação e objetivos 45 183 Metodologia adotada para implantação do projeto 46 184 Detalhes da implementação 47 185 Prazos e custos 49 186 Resultados e benefícios alcançados 50 Bibliografi a Gerenciamento Energético 52 Capítulo 2 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO 21 Introdução 55 22 Defi nições 55 221 Controlador de luz 55 ÍNDICE IX 222 Depreciação do fl uxo luminoso 56 223 Difusor 56 224 Efi ciência Luminosa de uma fonte 57 225 Fator de manutenção 57 226 Fator de utilização 57 227 Iluminância 58 228 Índice de Reprodução de Cor 59 229 Mortalidade de lâmpadas 59 2210 Reator 60 2211 Vida Mediana Nominal 60 23 Cálculo de Iluminação 60 231 Escolha do Nível de lluminamento 60 232 Determinação do Fator do Local 61 233 Escolha das Lâmpadas e das Luminárias 61 234 Determinação do Fator de Utilização 61 235 Determinação do Fluxo Total 62 236 Cálculo do Número de Luminárias 63 237 Distribuição das Luminárias 64 24 Considerações sobre as luminárias 65 25 Caso 1 Substituição da iluminação na Cia Tecidos Santanense 68 251 Características da empresa 68 252 Apresentação e objetivos 68 253 Metodologia adotada para implantação do projeto 68 254 Detalhes da implementação 69 ÍNDICE X 255 Prazos e custos 70 256 Resultados e benefícios alcançados 71 26 Caso 2 Aproveitamento da luz natural na MICHELIN 73 261 Características da empresa 73 262 Apresentação e objetivos 73 263 Metodologia adotada para implantação do projeto 73 264 Detalhes da implementação 74 265 Prazos e custos 75 266 Resultados e benefícios alcançados 76 27 Caso 3 Aplicação da tecnologia T5 na METAGAL 76 271 Características da empresa 76 272 Apresentação e objetivos 76 273 Metodologia adotada para implantação do projeto 78 274 Detalhes da implementação 79 275 Prazos e custos 82 276 Resultados e benefícios alcançados 83 Bibliografi a Iluminação 84 Capítulo 3 ACIONAMENTOS 31 Introdução 87 32 Perdas e Rendimento 89 33 Motor de alto rendimento 92 34 Análise de carregamento 94 ÍNDICE XI 35 Análise do processo dinâmico 96 36 Análise térmica 100 37 O que fazer com motores sobredimensionados 101 38 Economia de energia com o uso de controladores de velocidade 102 39 Caso 1 Substituição tecnológica na Buaiz 106 391 Características da empresa 106 392 Apresentação e objetivos 106 393 Metodologia adotada para implantação do projeto 108 394 Detalhes da implementação 108 395 Prazos e custos 112 396 Resultados e benefícios alcançados 112 310 Caso 3 Substituição por alto rendimento e inversores na Cocelpa 113 3101 Características da empresa 113 3102 Apresentação e objetivos 113 3103 Metodologia adotada para implantação do projeto 115 3104 Detalhes da implementação 115 3105 Prazos e custos 117 3106 Resultados e benefícios alcançados 118 311 Caso 4 Controle da velocidade de ventiladores na SANTHER 119 3111 Características da empresa 119 3112 Apresentação e objetivos 119 3113 Metodologia adotada para implantação do projeto 120 3114 Detalhes da implementação 121 ÍNDICE XII 3115 Prazos e custos 126 3116 Resultados e benefícios alcançados 127 Bibliografi a Acionamentos 128 Capítulo 4 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 41 Introdução 131 42 Melhorias Relativas à Estrutura 132 421 Transmissão Térmica 132 422 Insolação 133 423 Infi ltração de Ar e Umidade 133 424 Geração Interna 133 43 Melhorias Relativas ao Sistema de Condicionamento de Ar 135 431 Projeto do Sistema 135 432 Operação do Sistema 136 433 Manutenção do Sistema 137 44 Melhorias por Tipo de Sistema de Ar Condicionado 139 441 Sistemas Com Vazão de Ar Variável 139 442 Sistemas Com Vazão de Ar Constante 139 443 Sistemas de Indução 140 444 Sistemas Duplo Duto 140 445 Sistemas de Zona Única 141 446 Sistemas com Reaquecimento Terminal 141 45 Controle e Regulagem 142 46 Rendimentos dos Equipamentos de Condicionamento de Ar 142 ÍNDICE XIII 47 Caso 1 Instalação de termoacumulação na FIESP 144 471 Características da empresa 144 472 Apresentação e objetivos 145 473 Metodologia adotada para implantação do projeto 147 474 Detalhes da implementação 148 475 Prazos e custos 152 476 Resultados e benefícios alcançados 152 48 Caso 2 Modernização da CAG no Hospital do Coração 155 481 Características da empresa 155 482 Apresentação e objetivos 155 483 Metodologia adotada para implantação do projeto 156 484 Detalhes da implementação 157 485 Prazos 161 486 Resultados e benefícios alcançados 161 49 Caso 3 Unifi cação de CAGs na Telefônica 162 491 Características da empresa 162 492 Apresentação e objetivos 162 493 Metodologia adotada para implantação do projeto 163 494 Detalhes da implementação 164 495 Prazos 167 496 Resultados e benefícios alcançados 169 410 Caso 4 Modernização da CAG no Edifício Faria Lima 170 4101 Características da empresa 170 4102 Apresentação e objetivos 170 ÍNDICE XIV 4103 Metodologia adotada para implantação do projeto 172 4104 Detalhes da implementação 173 4105 Prazos e custos 176 4106 Resultados e benefícios alcançados 177 411 Caso 5 Automação e substituição da CAG no Condomínio São Luiz 180 4111 Características da empresa 180 4112 Apresentação e objetivos 180 4113 Metodologia adotada para implantação do projeto 181 4114 Detalhes da implementação 181 4115 Prazos e custos 186 4116 Resultados e benefícios alcançados 186 Bibliografi a Condicionamento Ambiental 189 Capítulo 5 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO 51 Introdução 191 52 Conceitos teóricos básicos 192 521 Rendimento dos Compressores 192 522 Compressão dos Gases 193 523 Trabalho Teórico de Compressão 197 524 Compressão em Estágios 198 525 Potência Real de Compressão 199 53 Melhoria da efi ciência em sistemas de ar comprimido 200 54 Caso 1 Gerenciamento do ar comprimido na MICHELIN 203 541 Características da empresa 203 542 Apresentação e objetivos 203 ÍNDICE XV 543 Metodologia adotada para implantação do projeto 204 544 Detalhes da implementação 204 545 Prazos e custos 207 546 Resultados e benefícios alcançados 208 55 Caso 2 Gerenciamento de ar comprimido na 3M do Brasil 209 551 Características da empresa 209 552 Apresentação e objetivos 210 553 Metodologia adotada para implantação do projeto 210 554 Detalhes da implementação 211 555 Prazos e custos 213 556 Resultados e benefícios alcançados 213 56 Caso 3 Recuperação de calor em compressores na Belgo Bekaert 216 561 Características da empresa 216 562 Apresentação e objetivos 216 563 Metodologia adotada para implantação do projeto 216 564 Detalhes da implementação 217 565 Prazos e custos 221 566 Resultados e benefícios alcançados 222 Bibliografi a Sistemas de Ar Comprimido 223 AGRADECIMENTOS FINAIS 224 ÍNDICE XVII Para defi nir estratégias como a de mobilizar a sociedade para o uso respon sável e efi ciente da energia elétrica combatendo seu desperdício o Governo Federal por intermédio do Ministério de Minas e Energia criou em 1985 o PROCEL Progra ma Nacional de Conservação de Energia Elétrica cuja Secretaria Executiva é exercida pela Eletrobrás Ao economizar energia estamos adiando a necessidade de construção de novas usinas geradoras e sistemas elétricos associados disponibilizando recursos para outras áreas e contribuindo para a preservação da natureza A partir de sucessivas crises nacionais e internacionais afetando o abasteci mento durante as quais a economia de energia passou a fazer parte de um grande esforço nacional de combate ao desperdício o PROCEL ampliou sua área de atuação desenvolvendo uma série de projetos dirigidos para as classes de consumo indus trial comercial residencial iluminação pública rural e poder público com ênfase em prédios públicos Concomitantemente dentre outras iniciativas relevantes o Programa con tribuiu para a melhoria do rendimento energético de materiais e equipamentos elé tricos de uso fi nal por meio da outorga do Selo PROCEL de Economia de Energia capacitou tecnologicamente centros de pesquisa e laboratórios visando à imple mentação da Lei de Efi ciência Energética Lei 10295 de 17 de outubro de 2001 além de interagir com instituições voltadas à educação formal do país em conformidade com a Lei de Diretrizes e Bases da Educação Nacional com o objetivo de retirar o con sumo perdulário do Brasil avaliado em cerca de 20 do consumo total de energia elétrica do país A interação com o processo educativo se fez a partir de 1993 por meio de um Acordo de Cooperação Técnica entre os Ministérios de Minas e Energia e o da Educação estabelecendo para cada nível de ensino uma forma apropriada de abor dar as questões da conservação de energia Na EletrobrásPROCEL o núcleo denominado PROCEL EDUCAÇÃO se orga nizou para atender à nova demanda estabelecendo parcerias com competências técnicas educativas que pudessem desenvolver um produto adequado à Educação Básica à Educação Média Técnica e à Educação Superior PREFÁCIO XVIII A conservação de energia como conceito socioeconômico tanto no uso fi nal como na oferta de energia está apoiada em duas ferramentas para conquistar sua meta mudança de hábitos e efi ciência energética Na área educativa o foco mudan ça de hábitos fi cou sediado na Educação Básica Infantil Fundamental e Média Nas Escolas Técnicas nível médio e nas Instituições de Nível Superior fi caram sediadas as questões da efi ciência energética diretamente ligadas às técnicas e tecnologias disponíveis para a conservação de energia A efi ciência energética como instrumento de conservação de energia cada vez mais se aproxima das necessidades do cidadão brasileiro Esse cada vez mais consciente de sua importância para economia do país para o meioambiente e por tanto para toda a sociedade Os corpos docentes e discentes de nossas universida des se destacam pois além de cidadãos são educadores e educandos que podem nas suas atividades diárias contribuir para a disseminação da efi ciência energética e sua melhoria Com esse propósito é preciso que sistemas metodologias tecnolo gias materiais e equipamentos sejam conhecidos por professores e alunos do en sino superior principalmente os de engenharia e os de arquitetura os quais estão diretamente conectados ao tecnicismo envolvido com esse tema É com esse intuito que esta publicação resultado da parceria entre a Ele trobrásPROCEL e a Universidade Federal de Itajubá UNIFEIMG é disponibilizada especialmente para o meio acadêmico podendo servir de apoio às disciplinas de efi ciência energética nas Instituições de Ensino Superior Luiz Eduardo Menandro de Vasconcellos EletrobrásPROCEL PREFÁCIO XIX Pelo exemplo se ensina pelo exemplo se aprende Com esse enfoque ba seandose em casos concretos de redução de perdas energéticas implementados em empresas industriais e comerciais brasileiras este livro visa apresentar aspectos teóricos e práticos do uso responsável da energia e estimular sua adoção Embora possa em bases economicamente competitivas aportar efetivos e relevantes resul tados na economia de recursos naturais e na mitigação do impacto ambiental dos sistemas energéticos o incremento da efi ciência energética junto aos usuários é uma alternativa ainda freqüentemente considerada de forma limitada sendo imperativo difundir seus métodos e resultados Nesse sentido os casos estudados abrangem praticamente todos os aspectos de interesse abrangendo gerenciamento energé tico sistemas de iluminação acionamentos ar comprimido e condicionamento am biental entre outros temas específi cos Como um ponto a ressaltar as ações envolvendo efi ciência energética real mente podem ser uma alternativa para a sociedade no atendimento da expansão da demanda de energia A crise energética vivida no Brasil em 2001 a despeito das práticas de racionamento adotadas mostrou que o fomento à efi ciência ou à conser vação de energia contribuiu efetivamente com o esforço de se manter o equilíbrio ofertademanda de energia elétrica Nessa direção é decisivo o papel do usuário já que enquanto a decisão de se investir na expansão da oferta de energia elétrica a despeito dos mecanismos de mercado é induzida principalmente por ações e incen tivos governamentais a opção de atuar através da redução das perdas e desperdícios por meio da efi ciência energética compete em grande parte ao consumidor fi nal Além disso enquanto no passado a efi ciência energética era tratada basi camente sob o aspecto técnico ou seja a economia de energia era conseguida por meio do emprego de um equipamento mais efi ciente ou de uma nova tecnologia agregada ao próprio equipamento ou processo Recentemente reconhecendo o papel dos consumidores os aspectos comportamentais e os atos de motivação e marketing atrelados às questões ambientais têm sido cada vez mais valorizados Com efeito resultados signifi cativos na economia de energia podem ser consegui dos mediante a simples sensibilização dos usuários assegurada pela correta informa ção Sem dúvida para o bom uso da energia é necessário difundir informação e o conhecimento aplicado APRESENTAÇÃO Atuando nesse contexto em seu propósito básico de capacitar e formar pro fi ssionais a preocupação de aliar aos trabalhos teóricos às atividades de campo sem pre foi uma característica da Universidade Federal de Itajubá UNIFEI Essa aborda gem fi cou especialmente evidenciada desde o início dos trabalhos com o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PROCEL em 1988 com a implemen tação do Curso sobre Estudos de Otimização Energética COENE na antiga Escola Federal de Engenharia de Itajubá A preocupação central dos coordenadores desse curso era complementar os Diagnósticos Energéticos com projetos de otimização energética buscando contemplar os diversos usos de energia integrando as várias formas energéticas Por isso um dos objetivos desse curso era e continua sendo capacitar técnicos na elaboração de estudos específi cos e setoriais de racionalização energética propondo soluções integrais de conservação de energia Um diferencial importante desta iniciativa foi o desenvolvimento de traba lhos de campo em estabelecimentos comerciais e industriais da região onde os par ticipantes do curso puderam colocar em prática os ensinamentos teóricos assistidos nas aulas e nos laboratórios da UNIFEI Ao fi nal de duas semanas de treinamento as equipes apresentaram para os professores e representantes das empresas envolvi das nos projetos os resultados encontrados nos estudos de otimização energética Durante o desenvolvimento dos trabalhos procurouse avaliar os aspectos técnicos e práticos de cada caso real assim como as difi culdades naturais de registro de da dos medições realizadas antes e após a implementação das ações de efi ciência ener gética e os resultados obtidos Em boa medida o espírito do COENE de aprender fazendo está nas páginas desse livro que apresenta casos reais desenvolvidos por competentes profi ssionais brasileiros que ao fazer ensinam Esta obra é mais um fruto dessa longa e profícua parceria iniciada nos anos oitenta entre a UNIFEI e o PROCEL cuja Secretaria Executiva desde seu início é res ponsabilidade da ELETROBRÁS O apoio da Eletrobrás e do PROCEL foram fundamen tais para viabilizar este atual projeto assim como na implementação do Centro de Excelência em Efi ciência Energética EXCEN em parceria também com a Compa nhia Energética de Minas Gerais CEMIG e o Ministério de Minas e Energia MME Da ELETROBRÁS sempre recebemos o incentivo de vários colegas e entusiastas da efi ciência energética tanto de sua Diretoria na pessoa do seu então presidente Dr Aloisio Marcos Vasconcelos Novais e os atuais executivos como o Presidente Dr Val ter Luiz Cardeal de Souza do Diretor de projetos especiais e desenvolvimento tecno lógico e industrial Dr João Ruy Castelo Branco de Castro do chefe do departamento APRESENTAÇÃO XXI de planejamento e estudos de conservação de energia Dr Luiz Eduardo Menandro de Vasconcellos e os responsáveis das divisões de suporte técnico Dr Emerson Salvador e Hamilton Pollis Tais agradecimentos fi cariam incompletos se não registrássemos o efetivo comprometimento dos responsáveis pela coordenação dos projetos na área educa cional por parte do PROCEL Engo Milton Marques profi ssional que sempre acreditou no trabalho desenvolvido pelo nosso grupo É importante também citarmos Renato Pereira Mahler George Alves Soares Fernando Pinto Dias Perrone Vanda Alves dos Santos Marcos Lima Edivaldo Carneiro Rodrigues e Fernando Luiz Conde de Figuei redo profi ssionais do PROCEL que nos apoiaram e dos quais sempre tivemos impres cindível confi ança apoio e estímulo necessários ao desenvolvimento dos trabalhos em conservação de energia Por último mas não menos importante é importante registrar a colaboração dos responsáveis pelas empresas sejam gerentes administra tivos ou técnicos na transferência das informações na atenção e presteza com que nos atenderam Essa obra portanto é fruto da dedicação e do trabalho coletivo de todos que nos ajudam a conduzir a bandeira da efi ciência energética e que devem considerar se com todo direito seus coautores Afonso Henriques Moreira Santos Jamil Haddad Luiz Augusto Horta Nogueira Itajubá outubro de 2007 APRESENTAÇÃO 1 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Capítulo 1 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 11 INTRODUÇÃO Entre os vários custos gerenciáveis em uma empresa seja do setor industrial ou comercial a energia vem assumindo cada vez mais uma importância crescente motivada pela redução de custos decorrentes do mercado competitivo pelas incer tezas da disponibilidade energética ou por restrições ambientais De qualquer forma seja qual for a motivação promover a efi ciência energética é essencialmente usar o conhecimento de forma aplicada empregando os conceitos da engenharia da eco nomia e da administração aos sistemas energéticos Contudo dado à diversidade e complexidade desses sistemas é interessante apresentar técnicas e métodos para defi nir objetivos e ações para melhorar o desempenho energético e reduzir as per das nos processos de transporte armazenamento e distribuição de energia O uso efi ciente da energia interessa por si mesmo como de resto são opor tunas todas as medidas de redução das perdas e de racionalização técnicoeconô mica dos fatores de produção cabendo também observar o caráter estratégico e determinante que o suprimento de eletricidade e combustíveis apresenta em todos os processos produtivos Ainda que representando uma parcela por vezes reduzida dos custos totais via de regra a energia não possui outros substitutos senão a própria energia sem a qual os processos não se desenvolvem O responsável técnico pela gestão de energia além de tornar cada vez mais efi cientes as instalações sistemas e equipamentos deve também responder a dois desafi os avaliar o montante de energia ou a demanda energética necessária ao aten dimento de suas necessidades atuais e futuras bem como adquirir ou contratar no mercado essa disponibilidade energética Essa aquisição pode ocorrer em um Am biente de Contratação Regulado consumido cativo ACR ou Ambiente de Contra tação Livre consumidor livre ACL ou ainda ocorrer totalmente ou parcialmen te através da autoprodução de energia elétrica hidrelétrica ou termelétrica não esquecendo de incluir quando possível e viável o processo de cogeração Muitas empresas também estão agregando a esse processo de gestão energética a questão 2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA ambiental através por exemplo do nível de emissão de carbono decorrente de sua cadeia de produção Esse processo de gestão envolve restrições fi nanceiras e dispo nibilidades de recursos sejam de pessoal ou materiais ferramentas e metodologias de análise além de aspectos tecnológicos e diversas áreas de conhecimento Méto dos e modelos de gestão energética adotados em uma dada unidade empresarial podem e devem ser transportados para um modelo de gestão corporativa da em presa Cada vez mais as empresas e seus gestores de energia precisam entender os aspectos legais e regulatórios dos mercados de energia as tendências e perspectivas energéticas no Brasil e no exterior além de se preocuparem com eventuais situações de desabastecimento gerado pelo desequilíbrio entre oferta e demanda de energia A gestão e a otimização energética passa por uma avaliação permanente de sua matriz energética estabelecendo estratégias de curto médio e longo prazos nos montantes de aquisição de energia elétrica e autoprodução evitando nesse caso o custo do transporte de energia elétrica além da forma ou energético mais apropria do ou viável óleo combustível gás natural GLP lenha biomassa etc Antes de realizar qualquer atividade é preciso conhecer e diagnosticar a re alidade energética para então estabelecer as prioridades implantar os projetos de melhoria e redução de perdas e acompanhar seus resultados em um processo contí nuo Esta abordagem é válida para instalações novas em caráter preventivo ou ins talações existentes em caráter corretivo em empresas industriais ou comerciais A gestão energética de uma instalação existente aborda as seguintes medidas 1 Conhecimento das informações relacionadas com os fl uxos de energia as ações que infl uenciam estes fl uxos os processos e atividades que utilizam a energia e rela cionam com um produto ou serviço 2 Acompanhamento dos índices de controle como por exemplo consumo de ener gia custos específi cos fator de utilização e os valores médios contratados faturados e registrados de energia 3 Atuação nos índices com vista a reduzir o consumo energético através da imple mentação de ações que buscam a utilização racional de energia É importante observar que as avaliações por si só não conduzem à racio nalização do uso de energia Elas constituem um primeiro e decisivo passo nesta direção a requerer medidas e ações posteriores desejavelmente estabelecidas de forma planejada e estruturada com clara defi nição de metas responsáveis e efetivos acompanhamentos se possível no âmbito de um Programa de Gestão Energética com visibilidade na corporação e a necessária provisão de recursos físicos e huma nos Neste sentido as auditorias energéticas constituem um instrumento essencial 3 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO de diagnóstico preliminar e básico para obter as informações requeridas para a formu lação e acompanhamento desse programa de redução de desperdícios de energia Considerando uma abordagem bem genérica a ser adaptada caso a caso a seqüência apresentada na fi gura a seguir pode ser adotada para o desenvolvimento de um diagnóstico energético Nogueira 1990 Figura 11 Etapas de um Diagnóstico Energético Como resultado destas atividades e um produto fundamental do diagnóstico energético pode ser preparado então o relatório que é um documento que sintetiza o trabalho de levantamento empreendido e deve apresentar de forma convincente as recomendações e conclusões A seguir apresentase um possível conteúdo de um relatório de diagnóstico energético Entre parênteses indicamse os temas que tipi camente podem ser abordados em cada tópico Observase que esta listagem se propõe a separar claramente a avaliação da situação real encontrada Estudos Energéticos que retrata o quadro encontrado dos estudos prospectivos Análise de Racionalização de Energia que defi nem con dições a serem atingidas Estas etapas podem ser efetuadas de forma independente e mesmo por profi ssionais diferentes entretanto esta estrutura não é rígida e pode riam ser apresentadas as sugestões e alternativas para a racionalização dos sistemas elétricos térmicos e mecânicos na seqüência imediata de sua avaliação 4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 12 RELATÓRIO DO DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO 1 Resumo executivo 2 Empresa localização indicadores descrição básica dos processos 3 Estudos energéticos diagramas características estudo das perdas 31 Sistemas elétricos a Levantamento da carga elétrica instalada b Análise das condições de suprimento qualidade do suprimento harmôni cas fator de potência sistema de transformação c Estudo do sistema de distribuição de energia elétrica desequilíbrios de corrente variações de tensão estado das conexões elétricas d Estudo do sistema de iluminação iluminância análise de sistemas de ilu minação condições de manutenção e Estudo de motores elétricos e outros usos fi nais estudo dos níveis de car regamento e desempenho condições de manutenção 32 Sistemas térmicos e mecânicos a Estudo do sistema de ar condicionado e exaustão sistema frigorífi co ní veis de temperatura medidos e de projeto distribuição de ar b Estudo do sistema de geração e distribuição de vapor desempenho da caldeira perdas térmicas condições de manutenção e isolamento c Estudo do sistema de bombeamento e tratamento de água d Estudo do sistema de compressão e distribuição de ar comprimido 33 Balanços energéticos 4 Análise de racionalização de energia estudos técnicoeconômicos das altera ções operacionais e de projeto como por exemplo da viabilidade econômica da implantação de sistemas de alto rendimento para acionamento e iluminação via bilidade econômica da implantação de sensores de presença associados a sistemas de iluminação análise do uso de iluminação natural análise de sistemas com uso de termoacumulação para ar condicionado viabilidade econômica da implantação de controladores de velocidade de motores análise da implantação de sistemas de cogeração 5 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 5 Diagramas de Sankey atual e prospectivos 6 Recomendações 7 Conclusões 8 Anexos fi guras esquemas tabelas de dados Os diagramas de Sankey mencionados nesta lista de tópicos são uma forma gráfi ca de representar os fl uxos energéticos na empresa desde sua entrada até os usos fi nais caracterizando as diversas transformações intermediárias e as perdas as sociadas Os fl uxos são representados por faixas cuja largura corresponde à sua mag nitude em unidades energéticas A execução destes diagramas para a situação base e para as alternativas propostas permite evidenciar que com as medidas de raciona lização energética o nível de atendimento das demandas de energia útil se mantém e pode até mesmo melhorar sendo as reduções de consumo de vetores energéti cos decorrente do menor nível das perdas de energia A fi gura a seguir mostra um exemplo deste tipo de diagrama onde para uma potência de entrada de 100 kW as perdas existentes no transformador cabos de distribuição e no motor somam 52 kW resultando para um efeito útil uma potência de 48 kW no motor Figura 12 Exemplo de Diagrama de Sankey 6 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 13 COMISSÃO INTERNA DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA A constituição de uma Comissão Interna de Conservação de Energia CICE é um componente importante na implementação de programas de efi ciência ener gética tendo como objetivo propor implementar e acompanhar medidas efetivas de utilização racional de energia bem como controlar e divulgar as informações mais relevantes Rocha 2005 A CICE poderá ser composta de representantes do empregador e dos empre gados seu dimensionamento dependerá do porte da empresa deverá abranger ati vidades administrativas técnicas e de comunicação Assim sugerese que ela possua pelo menos três integrantes sendo um o coordenador Em empresas de maior porte cada setorárea deve ter um participante na CICE A CICE deverá possuir um plano de trabalho contendo objetivos metas cro nograma de execução e estratégia de ação A elaboração do plano de trabalho se faz necessária visto que a CICE deve ser uma comissão próativa São atribuições da CICE 1 Realizar ou contratar um Diagnóstico Energético para conhecer o desempenho energético das instalações que permita verifi car as condições de operação dos dife rentes equipamentos 2 Controlar e acompanhar o faturamento de energia desagregar em seus parâme tros consumo demanda fatores de carga e de potência elaborar gráfi cos e relató rios gerenciais visando subsidiar a tomada de decisões 3 Avaliar o cumprimento das metas fi xadas no plano de trabalho e discutir as situa ções de desperdício de energia Promover análise das potencialidades de redução do consumo específi co de energia elétrica e demanda 4 Propor medidas de Gestão de Energia Elétrica Do diagnóstico e da análise do cus to de energia elétrica resultam medidas corretivas a serem tomadas que podem ser implantadas em função de um cronograma de ações programadas pela CICE 5 Realizar periodicamente inspeções nas instalações e nos procedimentos das tare fas visando identifi car situações de desperdício de energia 6 Conscientizar e motivar os empregados através da divulgação de informações re lativas ao uso racional de energia e os resultados alcançados em função das metas estabelecidas A comunicação poderá ser realizada através de informativos internos folhetos cartazes slogans adesivos palestras concursos visitas mensagens eletrôni cas etc 7 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 7 Participar de aquisições que envolvam consumo de energia orientando as comis sões de licitação para a aquisição de equipamentos considerandose também a eco nomicidade do uso avaliado pelo cálculo do custobenefício ao longo da vida útil e não somente pela comparação do investimento inicial Designar agentes ou coordenadores para atividades específi cas relativas à conservação de energia Com as atribuições citadas anteriormente a CICE poderá empreender as se guintes ações 1 Controlar o consumo específi co de energia total por setores eou sistemas 2 Controlar o custo específi co de energia total por setores eou sistemas 3 Gerenciar a demanda total por setores eou sistemas 4 Articularse com os órgãos governamentais e outros responsáveis pelos progra mas de conservação de energia com vistas à obtenção de orientação e ao forneci mento de informações 5 Providenciar cursos específi cos para o treinamento e capacitação do pessoal 6 Promover alterações nos sistemas consumidores de energia visando adequar seu consumo 7 Avaliar anualmente os resultados e propor novas metas para o ano subseqüente Com a implementação da CICE observase nos casos apresentados mais adiante que a empresa Toshiba fabricante de transformadores elétricos obteve uma redução de 35 no consumo específi co para produzir os transformadores e a empresa de produtos automotivos Continental conseguiu uma redução de 42 no consumo específi co Observese que o gerenciamento de energia poderá resultar em ganhos energéticos para a empresa normalmente obtidos através de medidas de baixo custo fi nanceiro A implementação de medidas estanques não coordenadas e não integradas a uma visão global de toda instalação ou carente de uma avaliação de custobenefício pode não produzir os resultados esperados e minar a credibilidade do programa difi cultando a continuidade do processo junto à direção e aos ocupantes da edifi cação Por isso o conhecimento de como a energia elétrica é consumida na instalação o acompanhamento do custo e o consumo de energia elétrica por produtoserviço produzido mantendo um registro cuidadoso é de grande importância para a execu ção do diagnóstico Estas informações podem ser extraídas da Nota FiscalConta de energia elétrica 8 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Esses dados poderão fornecer informações preciosas sobre a contratação correta da energia e seu uso adequado bem como a análise de seu desempenho subsidiando tomadas de decisões visando à redução dos custos operacionais A seguir são apresentados alguns conceitos importantes relacionados com a questão tarifária 1 Energia Ativa É a energia capaz de produzir trabalho a unidade de medida usada é o quilowatthora kWh 2 Energia Reativa É a energia solicitada por alguns equipamentos elétricos neces sária à manutenção dos fl uxos magnéticos e que não produz trabalho a unidade de medida usada é o quilovarhora kVArh 3 Potência É a quantidade de energia solicitada na unidade de tempo a unidade usada é o quilowatt kW 4 Demanda É a potência média medida por aparelho integrador durante qualquer intervalo de 15 quinze minutos 5 Demanda Contratada Demanda a ser obrigatória e continuamente colocada à disposição do consumidor por parte da concessionária no ponto de entrega con forme valor e período de vigência fi xado em contrato 6 Carga Instalada Soma da potência de todos os aparelhos que estejam em condi ções de funcionamento instalados nas dependências da unidade consumidora 7 Fator de Carga Relação entre a demanda média e a demanda máxima ocorrida no período de tempo defi nido 8 Fator de Potência FP Obtido da relação entre energia ativa e reativa horária a partir de leituras dos respectivos aparelhos de medição 9 Tarifa de Demanda Valor em reais do kW de demanda em um determinado seg mento HoroSazonal 10 Tarifa de Consumo Valor em reais do kWh ou MWh de energia utilizada em um determinado segmento HoroSazonal 11 Tarifa de Ultrapassagem Tarifa a ser aplicada ao valor de demanda registrada que superar o valor da demanda contratada respeitada a tolerância 12 Horário de Ponta HP Período defi nido pela concessionária e composto por três horas consecutivas exceção feita aos sábados e domingos terçafeira de Carna val sextafeira da Paixão Corpus Christi dia de Finados e os demais feriados defi ni dos por lei federal 0101 2104 0105 0709 1210 1511 e 2512 Neste horário a energia elétrica é mais cara 9 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 13 Horário Fora de Ponta HFP São as horas complementares às três horas con secutivas que compõem o horário de ponta acrescidas da totalidade das horas dos sábados e domingos e dos 11onze feriados indicados anteriormente Neste horário a energia elétrica é mais barata 14 Período Seco S É o período de 7 sete meses consecutivos compreendendo os fornecimentos abrangidos pelas leituras de maio a novembro de cada ano 15 Período Úmido U É o período de 5 cinco meses consecutivos compreenden do os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do ano seguinte 16 Segmentos HoroSazonais são formados pela composição dos períodos úmido e seco com os horários de ponta e fora de ponta A Tarifa Azul possui tarifas diferen ciadas de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano bem como de tarifas diferenciadas de demanda de potência de acordo com as horas de utilização do dia A Tarifa Verde apresenta valores diferencia dos de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os períodos do ano e uma única tarifa de demanda de potência As Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica são estabelecidas pela Resolução ANEEL nº 4562000 Neste documento as unidades consumidoras são divididas em grupos distinguindose uns dos outros pelo nível de tensão de for necimento apresentando cada um deles valores defi nidos de tarifa Este nível de tensão está relacionado com a carga instalada na unidade consumidora Competirá à concessionária estabelecer e informar ao interessado a tensão de fornecimento para a unidade consumidora com observância dos seguintes limites 1 Tensão secundária de distribuição quando a carga instalada na unidade consumi dora for igual ou inferior a 75 kW 2 Tensão primária de distribuição inferior a 69 kV quando a carga instalada na uni dade consumidora for superior a 75 kW e a demanda contratada ou estimada pelo interessado para o fornecimento for igual ou inferior a 2500 kW 3 Tensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV quando a demanda con tratada ou estimada pelo interessado para o fornecimento for superior a 2500 kW Para fi ns de faturamento as unidades consumidoras são agrupadas em dois grupos tarifários defi nidos principalmente em função da tensão de fornecimento e também como conseqüência em função da demanda Se a concessionária fornece energia em tensão inferior a 2300 Volts o consumidor é classifi cado como sendo do Grupo B baixa tensão se a tensão de fornecimento for maior ou igual a 2300 Volts será o consumidor do Grupo A alta tensão Estes grupos foram assim defi nidos 10 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Grupo A Grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a 23 kV ou ainda atendidas em tensão inferior a 23 kV a partir de sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo em caráter opcional nos termos defi nidos na Resolução ANEEL nº 4562000 caracterizado pela estruturação tarifária binômia e subdividido nos subgrupos A1 A2 A3 A3a A4 e AS A tabela seguinte apresenta estes subgrupos Tabela 11 Tensão de Fornecimento Grupo A Subgrupo Tensão de Fornecimento A1 230 kV A2 88 kV a 138 kV A3 69 kV A3a 30 kV a 44 kV A4 23 kV a 25 kV AS Subterrâneo Grupo B Grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 23 kV ou ainda atendidas em tensão superior a 23 kV e faturadas neste Grupo nos termos defi nidos na Resolução ANEEL nº 4562000 caracterizado pela estruturação tarifária monômia e subdividido nos seguintes subgrupos 1 Subgrupo B1 residencial 2 Subgrupo B1 residencial baixa renda 3 Subgrupo B2 rural 4 Subgrupo B2 cooperativa de eletrifi cação rural 5 Subgrupo B2 serviço público de irrigação 6 Subgrupo B3 demais classes 7 Subgrupo B4 iluminação pública A análise da demanda tem por objetivo a sua adequação às reais necessida des da unidade consumidora onde são analisadas as demandas de potência con tratada medidas e as efetivamente faturadas A premissa básica é a de se procurar reduzir ou mesmo eliminar as ociosidades e ultrapassagens de demanda 11 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Devese considerar a possibilidade de reduções nas demandas contratadas em função de alterações nos principais sistemas consumidores com a redução das cargas instaladas e a introdução de controles automatizados para a modulação óti ma da carga Para assegurar mínimas despesas mensais com a Fatura de Energia Elé trica é fundamental a escolha dos valores para as demandas a serem contratadas junto à concessionária que devem ser adequados às reais necessidades da empresa Esse procedimento deve ser observado tanto quando se faz a opção pela estrutura tarifária como na renovação periódica do contrato Dessa forma se as demandas contratadas não forem aquelas realmente ne cessárias e sufi cientes para cada segmento horário haverá um aumento desnecessá rio dos custos com energia elétrica O super ou subdimensionamento das demandas contratadas geram aumentos de custos que podem e devem ser evitados O exem plo apresentado adiante da empresa Continental de produtos automobilísticos mostra os ganhos possíveis num estudo de adequação tarifária onde se obteve uma redução de 286 na demanda de ponta e 102 no consumo no horário de ponta Outro ponto importante é que uma vez fi xado os valores de contrato deve se supervisionar e controlar o consumo de energia de forma a evitar que algum pro cedimento inadequado venha a provocar uma elevação desnecessária da demanda Para as empresas onde a demanda registrada varia muito ao longo do tempo pode ser conveniente a instalação de um sistema automático de supervisão e controle da demanda As mudanças ocorridas com o Fator de Potência tiveram início na Portaria DNAEE nº 1569 de 23121993 e atualmente estão consolidadas na Resolução ANEEL nº 4562000 A resolução fi xa o fator de potência de referência fr indutivo ou capacitivo em 092 o limite mínimo permitido para as instalações elétricas das unidades consumidoras Para as unidades consumidoras do Grupo A a medição do FP será obrigatória e permanente enquanto que para aquelas do Grupo B a medição será facultativa A energia reativa capacitiva passa ser medida e faturada Sua medição será feita no período entre 23 h e 30 min e 6 h e 30 min e a medição da energia reativa indutiva passa a ser limitada ao período diário complementar O faturamento correspondente ao consumo de energia elétrica e à demanda de potência reativas excedentes pode ser feito de duas formas distintas 1 Por avaliação horária através de valores de energia ativa e reativa medidas de hora em hora durante o ciclo de faturamento obedecendo aos períodos para verifi cação das energias reativas indutiva e capacitiva 12 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 2 Por avaliação mensal através de valores de energia ativa e reativa medidas duran te o ciclo de faturamento A correção do fator de potência é realizada através da instalação de bancos de capacitores O exemplo apresentado adiante da empresa têxtil Cifa mostra que o investimento de R4200000 utilizados para a aquisição de um banco de capacito res e um controlador de demanda para comandar os capacitores foi recuperado em menos de um ano O programa de gestão energética é constituído de três ações tendo a CICE como sua gestora Diagnóstico Energético Controle dos Índices e Comunicação do Programa e seus resultados Figura 13 Constituição do programa de gestão energética Todas as atividades desenvolvidas no programa de gestão energética estão enquadradas em um destes pilares Muitas destas atividades devem ser desenvolvi das simultaneamente não existindo um mais importante que outro Finalmente a implantação de um programa de gestão energética necessita de mudanças de procedimentos de hábitos e de rotinas de trabalho que muitas ve zes encontram difi culdades devido à resistência das pessoas Desta forma é impor tante a participação de todos os funcionários da empresa ou seja a direção superior o pessoal técnico e administrativo na busca da utilização racional de energia A seguir são apresentados casos práticos de empresas que obtiveram uma redução nos custos energéticos implementando atividades de gestão energética 13 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 14 CASO 1 CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA NA CIFA TÊXTIL 141 Características da empresa O caso apresentado relata a ação de gerenciamento energético relacionada à correção do fator de potência implementada pela Cifa Têxtil Ltda uma empresa do ramo da indústria têxtil localizada em Amparo SP A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa Horosazonal Azul do subgrupo A4 com demandas contratadas nos horários de ponta e fora de ponta iguais a 670 kW 142 Apresentação e objetivos A realização de um diagnóstico energético através da consultoria de uma ESCO Ecoluz SA possibilitou avaliar com profundidade o custo da energia elétrica A conta de energia elétrica emitida pela concessionária para os consumido res da estrutura tarifária horosazonal ou da estrutura tarifária convencional de alta tensão permitiu que fossem observados problemas com baixo fator de potência O Faturamento de Demanda Reativa FDR ou o Faturamento de Energia Reativa FER que podem ocorrer simultaneamente ou não são indicativos de gastos provocados pelo baixo fator de potência Outros indicativos de custos extras com energia elétrica observados na conta de energia elétrica foram provenientes de ultrapassagem de demanda ou de ociosi dade de demanda contratada A redução destes custos dependeu de uma avaliação histórica da sazonalidade da carga e muitas vezes de ações gerenciais sobre o pro cesso produtivo garantindo assim com menor risco que os limites de demanda não fossem ultrapassados Tendo conhecimento que o consumidor apresentou o problema de baixo fator de potência custando mensalmente a quantia de R500000 a mais sobre o custo da energia efetivamente consumida decidiuse que seria feito um investimen to na instalação de bancos de capacitores para corrigir o fator de potência 143 Metodologia adotada para implantação do projeto Para atender as condições de fornecimento de energia elétrica no que se refere ao fator de potência uma instalação deve ter no mínimo o fator de potência igual a 092 indutivo no período das 6 às 24 horas e 092 capacitivo no período das 24 às 6 horas conforme estabelecido na Resolução da ANEEL no 4562000 14 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Sendo assim foi necessário conhecer a curva de carga de potência ativa e reativa durante o período de faturamento mensal para a realização dos cálculos dos fatores de potência médios horários para compensação Estes dados foram obtidos através da instalação de analisadores de energia elétrica posicionados em um ponto equivalente ao medidor da concessionária Es tes dados também podem ser obtidos através da solicitação junto à concessionária da memória de massa do medidor com o pagamento da correspondente taxa do serviço Se o consumidor não tem planos recentes de ampliação ou redução de car ga ou se não apresenta um processo com forte sazonalidade é possível determinar uma curva de carga típica como dados de referência para o cálculo do banco de capacitores de forma que o problema seja corrigido em sua totalidade ou quase totalidade durante o ano A metodologia de realização do estudo para correção do fator de potência ocorreu de acordo com as seguintes etapas Identifi cação do problema Quantifi cação dos custos excedentes Obtenção da curva de carga ativa e reativa através de medição Cálculo do fator de potência horário Cálculo da potência reativa capacitiva Defi nição e especifi cação do banco de capacitores Compra e contratação de serviço para instalação Instalação Acompanhamento dos resultados com nova medição ou pela fatura de energia Para determinar a potência reativa do banco de capacitores é importante considerar as variações da solicitação de reativos ao sistema buscando na medida do possível usar mais os bancos de capacitores fi xos ao invés dos automáticos que dependem de um circuito de automação com medição instantânea contatores au xiliares e cabos de comunicação e comando sendo por sua vez mais caros No en tanto é importante desligar os bancos quando os equipamentos consumidores de reativos estiverem desligados para evitar excedente de capacitivo nos horários da madrugada 15 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Na tabela a seguir observase registros de medição de energia e demandas reativas excedentes antes da instalação do banco de capacitores Tabela 12 Histórico das contas de energia elétrica antes da implementação DATA Consumo Ativo kWh Demanda Registrada kW UFER UFDR Dias LEITURA ATUAL HP HFP HP HFP HP HFP HPa HFP 2612004 29922 232540 614 638 2648 20200 0 17 33 2522004 35514 275620 644 650 3261 18360 13 31 30 2432004 30946 245460 634 673 2515 17100 3 29 28 2642004 35938 281600 702 685 3144 23000 36 57 33 2452004 35312 270880 670 703 3129 19080 81 47 28 2462004 38747 324800 710 725 3552 21320 53 51 31 1472004 23188 196660 685 686 1907 12760 31 45 20 1382004 35250 304800 680 716 1619 12260 58 58 30 Média Antes 33102 266545 667 685 2722 18010 34 42 29 A empresa possui duas cabines de distribuição onde estão instalados os seus transformadores Sendo assim a medição que refl ete o que a concessionária está medindo no ponto de entrada do fornecimento de energia deve ser igual à soma da potência medida nos transformadores destas cabines Na primeira cabine existem dois transformadores e na segunda cabine três transformadores conforme apresen tado no diagrama unifi lar a seguir 16 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 14 Diagrama unifi lar Como podem ser observados na Tabela 12 os bancos de capacitores instala dos foram insufi cientes para manter o fator de potência acima de 092 Isto devido às ampliações na carga elétrica com circuitos que consomem muita energia reativa A soma das medições simultâneas de cada transformador possibilitou levantar a seguinte curva de carga típica de operação a potência ativa medida fi cou em torno de 435 kW e a potência reativa em 223 kVAr correspondendo a um fator de potência de 089 indutivo abaixo do valor de referência conforme apresentado na fi gura a seguir Figura 15 Curva típica com baixo fator de potência 17 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO A fi gura a seguir apresenta os valores de energia reativa consumidos durante os meses de janeiro a agosto de 2004 nos horários de ponta e fora de ponta Figura 16 Energia Reativa Faturada até agosto de 2004 A energia reativa faturada foi na média de 20732 kVArh que multiplicada pela tarifa correspondente representa um faturamento extra de R500000 mensais Com base nestas informações pôdese calcular a potência reativa capacitiva necessária para elevar o fator de potência acima de 092 Prevendo futuras ampliações foi defi nido que o fator de potência mínimo deverá ser de 094 A partir disso calculouse que seriam necessários 70 kVAr na cabi ne 01 na tensão de 380 V e mais 120 kVAr na cabine 02 na tensão de 220 V O funcionamento do banco de capacitores automático foi realizado através da monitoração do fator de potência global pelo gerenciador de energia O moni toramento foi feito através dos pulsos de potências ativa e reativa enviados pelo medidor ao gerenciador Assim deuse o acionamento dos estágios do banco de capacitores conforme a solicitação de compensação das cargas acionadas Se o re sultado estivesse diferente da referência adotada no controlador esses estágios de capacitores seriam adicionados ou retirados 144 Detalhes da implementação A instalação de bancos de capacitores para correção do fator de potência pode ser feita de diferentes maneiras dependendo da lógica de funcionamento dos 18 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA equipamentos Neste caso optouse por tomar os dados de medição da concessio nária ao invés de fazer a medição através de transformadores de potencial TPs e de transformadores de corrente TCs pois os equipamentos eram de baixa tensão Para instalar estes equipamentos alguns aspectos foram considerados O local da cabine de medição da concessionária O local onde será instalado o banco de capacitores O local onde será instalado o gerenciador e seus controladores O local onde será instalado o software de monitoramento Com base nestas informações foi defi nida a quantidade de materiais elétri cos necessários para a instalação de banco de capacitores e a necessidade dos servi ços complementares para passagem de cabos elétricos e de comunicação Figura 17 Instalação do banco de capacitores e módulo do gerenciador Foram montados dois painéis um na tensão de 220 V e outro de 380 V com os circuitos de acionamento automático dos módulos 145 Prazos e custos Para a implementação do banco de capacitores foi necessário realizar um trabalho de consultoria durante uma semana com estudos e medições defi nindo assim a potência reativa necessária Defi nida a confi guração do banco de capacitores foi realizada a compra do equipamento que teve um prazo de entrega totalizado em 20 dias corridos deman dando a montagem do banco com contatores chaves e cabos de ligação A monta gem no painel e a ligação dos cabos de comando foram feitas no local somandose mais uma semana de instalação 19 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Os equipamentos necessários para a instalação consistiram em um controla dor de demanda para comando dos capacitores e o banco de capacitores com seus respectivos módulos e acionamentos O investimento total realizado foi de R 4200000 resultando um tempo de retorno simples de aproximadamente 8 meses 146 Resultados e benefícios alcançados O acompanhamento das faturas de energia elétrica permitiu comparar os registros de energia e demanda reativas medidas antes e depois da instalação do banco de capacitores O consumo de excedente de reativos diminuiu de 20000 para 2500 UFER e de 50 para zero UFDR Vale ressaltar que a instalação apresentou uma potência remanescente capaciti va nos fi nais de semana durante o horário capacitivo devido a um banco de capacitores fi xo instalado em outra área da fábrica Como foi inviável colocálo junto na automação ou desligálo totalmente aumentando assim a potência do novo banco automático op touse por manter o sistema operando desta maneira Por isso como pode ser visto no acompanhamento dos resultados no mês de janeiro de 2005 começou haver novamen te registro de energia reativa excedente numa média de 4000 UFER Figura 18 Energia Reativa registrada após a implementação Fazendo o mesmo acompanhamento verifi couse que a demanda reativa cessou por completo 20 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A tabela a seguir apresenta os valores obtidos após a instalação do banco de capacitores Tabela 13 Histórico das contas de energia elétrica após da implementação DATA Consumo Ativo kWh Demanda Registrada kW UFER UFDR Dias LEITURA ATUAL HP HFP HP HFP HP HFP HP HFP 1592004 34424 313300 654 668 0 1580 0 0 33 15102004 33205 300600 654 712 0 1480 0 0 30 12112004 26191 291440 576 651 0 0 0 0 28 14122004 30788 349340 605 677 0 0 0 0 32 1312005 28144 250460 584 646 0 7980 0 0 30 1422005 31414 333600 612 674 0 560 0 0 32 1432005 29874 304580 617 682 0 40 0 0 28 1342005 31648 286400 625 681 0 7920 0 0 30 1252005 28506 279820 570 657 0 3700 0 0 29 1462005 30346 310500 555 662 0 5020 0 0 33 1472005 30379 280860 583 646 0 3660 0 0 30 1582005 33086 306080 631 682 0 2200 0 0 32 1492005 31673 287100 634 680 0 2960 0 0 30 14102005 35555 325040 631 705 0 380 0 0 30 16112005 31222 303180 644 719 0 3520 0 0 33 14122005 32491 277700 656 701 53 3520 0 0 28 Média Após 31184 300000 614 678 3 2783 0 0 31 O valor médio registrado foi de 2786 UFER mensais correspondendo a uma fatura remanescente de R38500 21 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Com o objetivo de verifi car os resultados da instalação dos equipamentos foi realizada uma medição do fator de potência durante um dia típico de produção na indústria Figura 19 Medição realizada em outubro de 2005 Verifi couse através da medição que após a instalação dos bancos de capa citores o fator de potência médio foi de 098 um pouco acima do previsto inicial mente podendo diminuir o valor de referência para poupar os capacitores até uma ampliação das cargas 15 CASO 2 EFICIENTIZAÇÃO PREDIAL NO EDIFÍCIO LINNEO DE PAULA MACHADO 151 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de gerenciamento energético relaciona das à modernização de elevadores e dos sistemas de iluminação e de ar condiciona do implementadas pelo Edifício Linneo de Paula Machado uma empresa do ramo de administração predial localizada na cidade do Rio de Janeiro RJ A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Verde do subgrupo AS com demanda contratada igual a 1900 kW 22 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 152 Apresentação e objetivos O Edifício Linneo de Paula Machado ELPM está localizado no centro da ci dade do Rio de Janeiro Possui frentes para as Avenidas Rio Branco e Heitor de Mello está situado no centro fi nanceiro econômico e comercial e abriga sede de grandes empresas nacionais e internacionais O Edifício é composto de uma torre com 34 pavimentos de escritórios onde 14 elevadores atendem de forma seletiva quatro conjuntos de pavimentos O siste ma de ar condicionado é do tipo central com chillers do tipo centrífugo refrigerado a água Uma característica específi ca deste edifício é a automação predial respon sável pelo controle dos elevadores pela segurança interna sistemas de ar condicio nado iluminação incêndio abastecimento e pressurização de água uma vez que o condomínio não possui caixa dágua para abastecimento na cobertura sendo servi do pelas cisternas que distribuem diretamente a água nos andares segundo quatro zonas distintas de faixa de pressão e também para segurança interna Figura 110 Fachadas laterais do Edifício 23 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Os condôminos têm acesso ao sistema supervisório pela internet de onde podem acompanhar as variáveis de controle do ar condicionado como temperatura número de máquinas operando e também às câmaras de vídeo instaladas nos eleva dores ou pavimentos 153 Metodologia adotada para implantação do projeto Os projetos de Efi ciência Energética implementados no ELPM foram inicia dos em abril de 2001 motivados pela ocasião da crise energética A primeira atuação foi no sistema de iluminação baseado na mudança tec nológica de lâmpadas reatores e luminárias A partir daí passouse a usar lâmpadas fl uorescentes de trifósforo de menor potência com reatores eletrônicos e luminárias com película refl exiva A escolha do projeto seguinte procurou aumentar a efi ciência e também be nefi ciar o usuário do condomínio trazendo maior conforto Desta forma foram subs tituídos 13 elevadores por outros mais modernos Outro projeto que foi baseado em substituição tecnológica e aspectos am bientais foi o projeto da substituição das centrais de água gelada do sistema de ar condicionado sendo que duas máquinas centrífugas foram substituídas em parce ria com a Light através dos Programas de Efi ciência Energética determinados pela ANEEL e outras três máquinas foram substituídas com recursos próprios Na busca de novos projetos para aumentar a efi ciência do Edifício foi realiza do um projeto piloto para aproveitar a energia térmica do ar de exaustão do edifício para resfriar o ar de admissão por um sistema de resfriamento evaporativo indireto Figura 111 Consumos mensais de 2000 24 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA O gerenciamento energético do condomínio do edifício ou seja de toda a área comum aos condôminos engloba dois medidores do sistema de ar condicio nado e três medidores de serviço No ano 2000 o consumo médio variou em torno de 428400 kWh mensais conforme apresentado na fi gura anterior com demanda média de 1830 kW 154 Detalhes da implementação O sistema de iluminação existente antes de 2001 era composto predominan temente por luminárias de 2 lâmpadas de 40 W e 2 lâmpadas de 20 W com reatores eletromagnéticos e luminárias não refl exivas Os modelos propostos foram de lumi nárias de 2 lâmpadas de 32 W e 2 lâmpadas de 16 W usando reatores eletrônicos e luminárias com refl etor de alumínio de alto brilho Para evitar o custo da modifi cação do forro existente algumas luminárias foram criadas especialmente sobre medida para se adequarem ao vão existente As fi guras a seguir apresentam as luminárias existentes e as propostas Figura 112 Modelos das luminárias Na modernização dos elevadores foram substituídas 13 máquinas onde as anteriores eram de fabricação Atlas no modelo Mark IV controladas por relés e as novas de fabricação Atlas Schindler no modelo Miconic 10 controladas por micro processadores inversores de freqüência e chamada programada A aplicação dos inversores de freqüência em elevadores justifi case pela va riação de carga de passageiros no uso diário de forma que a variação da carga con trola a variação da tração dos motores O sistema de ar condicionado original do edifício é do ano de 1970 e possui duas centrais de água gelada uma no piso intermediário com três compressores e outra no piso superior com dois compressores Esses equipamentos são do tipo centrífugo da 25 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO marca Sulzer modelo Unitop 216 de 350 TR o qual utilizava como fl uido refrigerante o gás R12 que é um hidrocarboneto halogenado de cloro fl úor e carbono CFC Como os CFC são os principais responsáveis pela destruição da camada de ozônio foi estabelecida através de uma resolução do CONAMA em 2000 uma meta de redução gradativa do uso destes compostos de forma que até 2007 toda a utili zação fosse substituída por outro composto A importância do fator ambiental para substituir o R12 é um fator relevante que reforça o quesito de consumo de energia Os novos compressores utilizados também são do tipo centrífugo da marca York modelo YK de 350 TR que utiliza como fl uido refrigerante o R134a Este tipo de equipamento apresenta uma vantagem de variação da capacidade térmica pela variação da velocidade que utiliza um sistema de controle que mantém máxima efi ciência de compressão A seguir são apresentadas as características do sistema de refrigeração Grupo Gerador de Água Gelada Tipo Unitop 216 Fabricação Sulzer Características Unitop Tipo 1125 U 216 Diâmetro do Rotor 207190 Ano de Fabricação 1978 Agente Refrigerante R 12 RPM 17324 Capacidade Frigorífi ca 350 TR Tensão 380 Volts Resfriador Centrífugo de Liquido Millenium Tipo YK VSD Fabricação York Características Chiller Centrífugo York YK VSD ModeloYK AD AC P4 CLF Agente Refrigerante R 134A Tensão 460 Volts Capacidade Frigorífi ca 350 TR Figura 113 Modelos dos compressores O projeto de substituição destes equipamentos contou com a utilização de recursos da concessionária Light para a troca dos compressores do piso superior No piso intermediário a substituição foi realizada com recursos próprios A utilização de controladores programáveis CLPs também permitiu que ações de gerenciamento energético sobre os sistema de iluminação ventilação e 26 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA elevadores fossem acompanhadas através de acionamentos controlados e programa dos conforme as horas do dia e a presença de usuários nos pavimentos do edifício A monitoração através de câmeras de vídeo possibilitou a manutenção da segurança O sistema supervisório das centrais de água gelada e os canais de vídeo estão disponibi lizados como um serviço de acompanhamento aos condôminos através da internet Figura 114 CLPs utilizados na monitoração e atuação A necessidade de renovação do ar interno nos ambientes de trabalho para manutenção dos índices de CO2 adequados à saúde obriga que haja uma renovação do ar interno com o insufl amento do ar obtido na atmosfera Essa renovação contí nua de ar quente entre 15 a 20 do volume de ar interno por hora impõe uma carga mínima de trabalho às máquinas de refrigeração para resfriar o ar que está sendo continuamente insufl ado Ao mesmo tempo para ocorrer a renovação do ar interno jogase na atmos fera a energia térmica contida no ar de exaustão que além de seco possui tempera tura mais baixa desperdiçando assim a refrigeração que nele foi produzida Considerando as características do sistema de ar condicionado foi estudada uma forma de fazer o aproveitamento da energia térmica do ar de exaustão reco lhido nos banheiros do edifício que está a 24C com baixa umidade para resfriar o ar que será insufl ado na renovação do ar ambiente que entra a 28C Desta forma houve uma redução de parte da carga térmica produzida pelos equipamentos de refrigeração Para conseguir este aproveitamento térmico foi utilizado um equipamento de resfriamento evaporativo baseado nas características psicrométricas do ar de exaustão O equipamento em questão é uma patente nacional que utiliza o nome comercial de Recuperador de Calor RC pela tradução literal de heat recovery mas a rigor funciona como um recuperador de energia térmica e no ELPM atua como recuperador de frio 27 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Figura 115 Carta psicrométrica do sistema em operação CONDIÇÕES DE CÁLCULO Altitude 80 metros Vazão de ar 45000 m3h Ar externo 13072007 TBS 3500ºC TBU 2670ºC UR 5286 UA 1908 gkg ENTALPIA 8392 kJkg Ar de exaustão TBS 2400ºC TBU 1781ºC UR 5500 UA 1039 gkg ENTALPIA 5043 kJkg Ar externo de renovação tratado pelo Recuperador Térmico TBS 2321ºC TBU 2063ºC UR 7962 UA 1443 gkg ENTALPIA 5990 kJkg ENERGIA REMOVIDA Qs calor sensível 176955 W Ql calor latente 170505 W Qt calor total 347460 W 1185583 BTU 9880 TR 28 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA O equipamento conserva a energia térmica do ar de exaustão operando com trocadores de calor tipo Ar Ar que não mistura os fl uxos de ar Sensores eletrô nicos com medições simultâneas de temperatura e umidade antes e após o equilí brio térmico entre os fl uxos de exaustão e insufl amento possibilita quantifi car em TRs através de software de carta psicrométrica a energia conservada e aproveitada que antes era desperdiçada Figura 116 Sistema evaporativo A operação deste sistema faz com que o ar de exaustão que está a 24C com umidade relativa de 54 se resfrie até 18C com umidade relativa de 91 Ao mes mo tempo o ar externo de renovação que no verão tem temperatura média igual a 35oC se resfria até 23C reduzindo a carga térmica de até 98 TR Apesar da diferença de temperatura chegar a aproximadamente 12C a vazão de ar que deve ser no mínimo de 27 m3hpessoa segundo a ANVISA é da ordem de 45000 m3h no Pavi mento Mecânico Médio 155 Prazos e custos Os projetos tiveram início no ano 2001 com os estudos de alteração do sistema de iluminação e tal substituição se concretizou entre junho e setembro do mesmo ano A substituição e modernização dos 13 elevadores ocorreram entre março de 2001 e novembro de 2003 A primeira máquina a ser substituída foi do elevador nú mero 35846 carro E e a última foi do elevador número 35846 carro cargueiro O sistema de ar condicionado teve os chillers antigos substituídos por novos do tipo centrífugo que foram instalados entre janeiro de 2005 e fevereiro de 2007 totalizando cinco máquinas A troca de parte das máquinas do ar condicionado foi feita com recursos do Programa Light Aneel de Efi ciência Energética no qual as máquinas serão pagas 29 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO com o comprometimento de 80 da economia propiciada em um prazo estimado de 44 meses 156 Resultados e benefícios alcançados O resultado das medidas de efi ciência energética implementadas no ELPM pode ser acompanhado pela evolução do consumo histórico de energia elétrica mensal a partir de janeiro de 2001 Considerando o período de racionamento ocorrido no ano 2001 é interes sante notar que no fi nal de 2005 os mesmos níveis de consumo foram alcançados com medidas de efi cientização Podese dizer que em 2006 a operação do Edifício foi feita com 5654 da energia que era necessária no ano de 2000 conforme apre sentado na fi gura a seguir Comparando o ano 2006 com o ano do racionamento utilizouse aproximadamente 30 a menos de energia Figura 117 Consumos mensais antes e após as medidas Considerando o custo médio de R 051kWh registrado nas últimas contas de energia elétrica podese dizer que a economia de energia em 2006 correspondeu a uma redução de custo de R 114 milhão quando comparado com o consumo re gistrado no ano de 2000 Para o mesmo custo médio da energia a economia acumu lada de janeiro de 2001 até janeiro 2007 foi de aproximadamente R 7 milhões Uma comparação dos resultados do ponto de vista do consumo energético específi co indica ter havido do ano 2000 para o de 2006 uma mudança de 8734 kWhm2ano para 4938 kWhm2ano representando uma redução de 43 no consu mo específi co do ELPM 30 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 16 CASO 3 CAMPANHA DE CONSCIENTIZAÇÃO DO USO DE ENERGIA NA TOSHIBA 161 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de gerenciamento energético relacionadas à Campanha de conscientização do uso da energia e as atividades implementadas pela Toshiba do Brasil SA uma empresa do ramo de indústria de transformadores elétricos localizada na cidade de Contagem MG A estrutura tarifária no início do estudo corres ponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A4 com demandas contratadas iguais a 1500 kW no horário fora de ponta e a 1050 kW no horário de ponta 162 Apresentação e objetivos A indústria Toshiba realizou em agosto de 2000 um projeto de efi ciência energética intitulado Campanha de conscientização para o uso Efi ciente de Energia Elétrica indo de encontro com a política ambiental implantada da ISO14001 e os princípios da política ambiental da empresa na qual deve ser promovida a redução do consumo de energia e matériasprimas Para realização do projeto foram defi nidos três objetivos básicos sendo eles o uso efi ciente de energia elétrica a preparação dos funcionários para serem multi plicadores da mudança de hábito e a otimização do consumo de energia As tabelas a seguir mostram o histórico de consumo de energia e de produ ção por tipo de transformador de março a julho de 2000 para transmitir uma idéia da situação anterior às medidas de efi ciência energética Tabela 14 Histórico de contas antes da implementação DATA LEITURA Consumo Ativo kWh Demanda Registrada kW Dias HP HFP HP HFP 1032000 54600 505400 1050 1484 30 1242000 47600 460600 1050 1428 33 1052000 42763 424350 1036 1386 28 1262000 49000 463400 1050 1428 33 1072000 47288 467012 1148 1316 28 Média antes 48250 464152 1067 1408 30 31 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO O consumo mensal médio para este período foi de 512403 kWh e a produ ção média de transformadores de linha foi de 1114 unidades A variável quantidade de energia elétrica depende de outras variáveis do processo produtivo como por exemplo a quantidade produzida por tipo de trans formador a potência do transformador e a tensão de isolação Por isso não é reco mendado analisar esta variável isoladamente para interpretar os resultados do pro jeto Assim o acompanhamento de índices de consumo específi co relacionando esta energia com a produção torna mais fácil esta tarefa Tabela 15 Histórico de produção por tipo de transformador Mês Linha Unid Força Unid Semilinha Unid Regulador Unid 1032000 1510 2 0 93 1242000 403 8 0 45 1052000 1162 5 2 84 1262000 1223 7 1 160 1072000 1273 7 0 134 Média antes 1114 6 1 103 Dividindo o consumo de energia total pelo tempo total trabalhado obteve se o consumo específi co médio de 82 kWhH trab que refl ete o uso da energia Este índice foiutilizado na empresa para gerenciar o uso da energia e a tabela a seguir apresenta os valores antes da implantação do projeto Tabela 16 Consumos específi cos antes da implementação DATA LEITURA Consumo Total kWh Produção Total H trab Consumo Específi co kWhH trab Unid kVA 1032000 560000 1605 93594 61447 91 1242000 508200 456 143751 48466 105 1052000 467113 1253 133414 64260 73 1262000 512400 1391 257325 73271 70 1072000 514300 1414 260540 73523 70 Média antes 512403 1224 177725 64193 82 32 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 163 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia adotada para implantação da campanha de conscientização para o uso efi ciente de energia elétrica teve as seguintes etapas Estruturação de uma equipe multidisciplinar com apoio da superintendência da fábrica Realização de parcerias com empresas de energia e fabricantes de equipamentos Criação de material de divulgação da campanha Realização de uma cerimônia de abertura com a presença das empresas parcei ras e mobilização de 30 dos funcionários Elaboração de um cronograma de palestras Lançamento do concurso Sua conta é por nossa conta Identifi cação de ações técnicas sobre o processo e sobre os hábitos de consumo que levem à economia de energia Organização de uma matriz com ações responsáveis locais prazos forma justi fi cativas custos e receitas Divulgação através do canal interno de TV Instalação de um medidor de energia individual no setor Considerando o aspecto motivacional e social procurouse estender o pro grama de conservação de energia para as residências dos funcionários da Toshiba Desta forma foi organizado o concurso Sua conta é por nossa conta O regulamento do concurso juntamente com a premiação proposta está na tabela seguinte 33 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Tabela 17 Regulamento do concurso Regulamento do concurso sua conta é por nossa conta Agora fi cou mais fácil ganhar O Concurso sua conta é por nossa conta passou de 3 para 27 premiados Serão seis sorteados para três faturas de energia pagas pelo 5S Toshiba e 21 viagens a Furnas PARTICIPEM 1 Porcentagem de redução do consumo de energia 10 2 Número de sorteados Ao todo 27 serão sorteados 3 Período de avaliação e período de premiação O participante inscrito que reduzir 10 da sua conta de energia durante três meses e for um dos 6 primeiros sortea dos terá as contas dos meses de Janeiro Fevereiro e Março pagas pelo programa 5S Os meses de Setembro Outubro e Novembro serão os meses que os participan tes já inscritos terão que reduzir seu consumo Para os que se inscreverem agora serão avaliados os meses de Outubro Novembro e Dezembro 06 contas de energia pagas pelo 5S durante três meses 21 visitas à Hidrelétrica de Furnas em Passos Para o sorteio a fábrica será dividida em cinco partes para melhor distribuição dos prêmios Produção Mecânica 2 contas e 6 viagens Produção Elétrica 2 contas e 6 viagens Técnica e Qualidade 1 conta e 5 viagens Administrativo 1 conta e 4 viagens 4 Média de referência Os meses de referência serão os meses de agosto de 99 até julho de 2000 12 meses Mas não se preocupe em trazer todas as suas faturas de julho do ano passado até agosto deste ano Traga apenas a de agosto pois nela consta seu consumo dos últimos 12 meses Ex Somando todo o seu consumo de energia em kWh de agosto de 99 até julho de 2000 e dividindo o resultado por doze você encontrará a média de referência que deverá ser diminuída no mínimo em 10 durante os meses que você estiver participando do concurso 5 Compromisso em manter o consumo reduzido Os seis sorteados terão que as sumir o compromisso de manter seu consumo reduzido no mínimo em 10 nos meses em que o 5S estiver pagando suas faturas Caso contrário haverá uma subs tituição que premiará o 7º participante sorteado paralelamente aos seis primeiros premiados 6 Novos benefícios do Concurso DE OLHO NO SEU CONSUMO Se você estiver interessado em fazer uma análise sobre seu consumo e avaliar se o seu gasto é considerado alto razoável ou baixo solicite uma fi cha de análise e a preencha enu merando todos os aparelhos domésticos que possui em casa assim como suas respectivas potências Se o seu consumo for excessivo você receberá um aconse lhamento de como reverter o problema Os interessados procurar responsável da Manutenção 34 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 164 Detalhes da implementação A Toshiba organizou uma Comissão Interna de Conservação de Energia CICE constituindo assim uma equipe multidisciplinar composta por técnicos de manutenção engenheiros e pessoas de comunicação interna e área de gestão de programas IAGP coordenado pela equipe do Programa 5S composta por cerca de 60 funcionários com apoio da superintendência da fábrica A campanha para conscientização foi dividida em um plano de ação humana e um plano de ação técnico No Plano de ação humana buscouse a parceria com a concessionária de energia elétrica uma usina geradora interligada ao sistema elétrico nacional e dois fabricantes de ferramentas pneumáticas Ainda no plano de ação foram oferecidos treinamentos aos funcionários por meio de palestras e cursos totalizando 782 horas de treinamento para 735 funcionários Entre os assuntos abordados nos cursos esti veram conservação de energia cuidados e técnicas no trabalho com eletricidade e desperdícios com vazamentos de ar comprimido No Plano de ação técnico foi estipulado um cronograma de modifi cações sobre diversos usos fi nais de energia elétrica como modifi cações tecnológicas sobre o sistema de iluminação o acionamento de motores e os fornos No sistema de iluminação foram substituídas lâmpadas mistas de 500W por luminárias com lâmpadas fl uorescentes de 32W Para promover um maior aproveita mento da luz natural também foram instaladas telhas translúcidas no galpão PM A tabela a seguir apresenta o plano de ação com as medidas tomadas 35 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Tabela 18 Plano de ação das medidas de efi ciência O que Onde Quando Como Material de divulga ção da campanha Toda a fábrica Agosto de 2000 Cerimônia de aber tura Mobilizar 30 dos funcio nários da fábrica no esta cionamento interno próxi mo da portaria nova 11 de agosto de 2000 Pronunciamento da direto ria e convidados da Cemig e Furnas Palestras Toda a fábrica 14 a 16 de agosto de 2000 Ministrando palestras em conservação de energia Palestra Segurança com eletricidade Toda a fábrica SIPAT Ministrando palestras sobre a NR10 Substituição de lâm padas mistas por lumi nárias fl uorescentes Sala de usinagem isola mento 30 de setembro de 2000 Troca de equipamentos mis ta de 500 W por fl uorescente de 32 W Treinamento de apoio Manutenção VPD Portaria Pintura Adservice Agosto de 2000 Mobilizando pessoal de tur no ininterrupto Concurso sua conta é por nossa conta Toda a fábrica Outubro novem bro e dezembro de 2000 Divulgando treinando e par ticipação dos funcionários Identifi cação de pon tos de desperdícios com iluminação Produção Dezembro de 2000 Em conjunto com os supervi sores levantar pontos Palestra sobre desper dícios com vazamen tos de ar comprimido Produção 5 de Outubro de 2000 Instruir os funcionários quanto aos vazamentos de ar comprimido Pesquisa de opinião Toda a fábrica Janeiro de 2001 Avaliar o nível de conheci mento da campanha Minimizar desperdí cios com ar compri mido Toda a fábrica Novembro de de zembro de 2000 Reduzir período de funciona mento dos compressores 165 Prazos e custos Complementando o plano de ações foram previstas as receitas que pode riam ser obtidas Embora a maioria delas não tenha resultados mensuráveis por re fl etir sobre o comportamento das pessoas a conscientização sobre o uso efi ciente da energia é importante para a imagem da empresa e para ter apoio e colaboração das pessoas no que depende da mudança de comportamento Com um investimento de quase R 15 mil apresentados na tabela a seguir foram produzidos materiais de divulgação realizados eventos e treinamentos de pessoal além da implementação da substituição de um sistema de iluminação e a realização de uma grande manutenção sobre a utilização do sistema de ar comprimido eliminando vazamentos e o desperdício de energia 36 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 19 Investimentos e receitas previstas no plano de ação O que Quando Quanto R Receita mensal R Material de divulgação da campanha Agosto de 2000 469291 Não mensurável Cerimônia de abertura 11 de agosto de 2000 50100 Não mensurável Palestras 14 a 16 de agosto de 2000 628200 Não mensurável Palestra Segurança com eletricidade SIPAT ND Não mensurável Substituição de lâmpadas mistas por luminárias fl uorescentes 30 de setembro de 2000 8000 7167 Treinamento de apoio Agosto 16800 Não mensurável Concurso sua conta é por nossa conta Outubro novembro e dezembro de 2000 188300 Não mensurável Identifi cação de pontos de desper dícios com iluminação Dezembro de 2000 30000 Não mensurável Palestra sobre desperdícios com va zamentos de ar comprimido 05 de Outubro de 2000 20700 Não mensurável Pesquisa de opinião Janeiro de 2001 10500 Não mensurável Minimizar desperdícios com ar comprimido Novembro de dezem bro de 2000 30000 173300 166 Resultados e benefícios alcançados O concurso Sua conta é por nossa conta permitiu medir indiretamente o efeito da conscientização das pessoas pela redução do consumo de energia elétrica em suas casas O acompanhamento dos consumos mostrou que em um período de três meses foram economizados 600 kWh de energia elétrica nas residências A substituição do forno de recozimento elétrico por gás natural também trouxe uma redução signifi cativa no custo do processo de recozimento dos núcleos de ferro silício reduzindo o ciclo de 48 horas para 21 horas o que permitiu que o volume de produção fosse dobrado para 12000 kg Entre as principais ações mostradas verifi couse uma economia de R170000 mensais na eliminação de vazamentos no sistema de ar comprimido 37 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Tabela 110 Histórico de consumo após a implementação DATA LEITURA Consumo Ativo kWh Demanda Registrada kW Dias Na Ponta Fora Ponta Na Ponta Fora Ponta 1082000 57400 544600 1106 1554 31 1192000 57400 550200 1134 1512 32 10102000 50400 515200 1064 1512 29 10112000 51800 523600 1064 1554 31 11122000 47600 532000 1050 1526 31 1012001 43400 424200 1260 1652 30 1222001 54600 569800 1078 1456 33 Média após 51800 522800 1108 1538 31 O consumo médio mensal após a implementação foi de 574600 kWh e o con sumo médio antes da implementação das medidas era de 512403 kWh No entanto a produção de transformadores foi maior na maioria dos tipos de transformador Tabela 111 Histórico de produção por tipo de transformador Mês Linha Unid Força Unid Semilinha Unid Regulador Unid 1082000 1508 9 0 146 1192000 1431 6 0 152 10102000 1279 7 1 134 10112000 857 7 7 107 11122000 1164 6 6 83 1012001 1325 10 8 63 1222001 749 10 10 36 Média após 1188 8 5 103 Observando o consumo específi co verifi couse que a nova média é de 79 kWhH trab representando uma redução de aproximadamente 35 no índice 38 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 112 Consumos específi cos antes da implementação DATA LEITURA Consumo Total kWh Produção Total H trab Consumo Específi co kWhH trab Unid kVA 1082000 602000 1663 327779 84905 71 1192000 607600 1589 397418 73522 83 10102000 565600 1421 155254 72373 78 10112000 575400 978 255578 76993 75 11122000 579600 1259 295236 59524 97 1012001 467600 1406 269621 79677 59 1222001 624400 805 306024 69730 90 Média após 574600 1303 286701 73818 79 No entanto pelas observações técnicas e experiência da equipe de produ ção considerouse que houve uma redução de aproximadamente 25 na efi ciência do uso da energia elétrica além de outros ganhos indiretos obtidos com a campanha de conscientização das pessoas 17 CASO 4 PARÂMETROS PARA FORMAÇÃO DA CICE NA CONTINENTAL 171 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de gerenciamento energético relacio nadas à formação de uma CICE e suas atividades na Continental do Brasil Produtos Automotivos Ltda uma empresa do ramo da indústria automotiva localizada em Várzea Paulista SP A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A2 com demandas contratadas iguais a 10300 kW no horário fora de ponta e no horário de ponta 172 Apresentação e objetivos Este caso de implantação da CICE apresenta um histórico de 16 anos de atividades iniciadas em 1990 pela iniciativa de um grupo de funcionários da engenharia industrial 39 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Com a aprovação e participação da diretoria administrativa e fi nanceira o grupo foi formado por 11 pessoas ocupando as seguintes funções dentro da fábrica coordenador da CICE presidente da planta gerente de manufatura coordenador de segurança do trabalho coordenador de fundição coordenador do setor de borracha líder dos fornos de indução coordenador de usinagem coordenador de investimen tos e edifi cações líder do setor de compras e coordenador de montagem de freios Dada a importância do gerenciamento energético e de utilidades foi defi nida que a duração da comissão da CICE teria prazo indeterminado no intuito de perpetuar uma política energética na empresa Figura 118 Visão aérea da planta industrial Para ter um funcionamento organizado a CICE defi niu alguns parâmetros para sua formação e operação Entre estes parâmetros estão os mostrados abaixo Duração da CICE prazo indeterminado Substituição de membros quando necessária Criação de subcomissão para casos especiais Atuação normal da comissão uso racional de energia Missão de cada membro educar pessoal das áreas Atuação nos custos sugerir melhores alternativas Matriz energética sobre todos os insumos e utilidades Planejamento defi nir metas diárias e mensais Monitoramento Demanda e consumo de energia elétrica consumo de água e ar comprimido e o consumo de gases combustíveis 40 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA O objetivo determinado pela CICE desde o início foi o monitoramento do consumo energético visto que sua matriz energética era composta por energia elé trica e na época GLP substituído pelo GN como também sobre o uso de utilidades como água e ar comprimido O gás acetileno também passou a ser monitorado na planta embora o uso não tenha a fi nalidade de combustível e sim de desmoldante A tabela a seguir apresenta as principais ações da CICE Tabela 113 Principais ações implantadas pela CICE 1990 Criação da CICE e início dos monitoramentos 1992 Palestras educativas sobre o uso racional de energia elétrica 1996 Implantação do Projeto Freios Força 2001 Metas do Racionamento 2003 Substituição do GLP por GN 2004 Eliminar o gargalo da produção no horário de ponta com o uso de energia elétrica especial 173 Metodologia adotada para implantação do projeto Estabelecido o foco da conservação de energia foram traçadas metas de tra balho e atuação da CICE Inicialmente antes de ser tomada qualquer medidafoi impor tante iniciar um levantamento detalhado sobre o consumo de energia de cada área buscando conhecer quais eram os principais consumidores de cada insumo utilizado A prática mostra que a busca de parcerias com a concessionária e fabricantes de equipamentos era freqüente O cronograma de atividades planejou treinamento para os funcionários da planta e a implantação de pequenos projetos em equipamentos Como ferramenta de gerencia mento motivacional foi adotada uma política de criatividade contínua de racionalização Também foram dadas palestras sobre energia elétrica para o pessoal admi nistrativo e para os horistas mais envolvidos Os assuntos que foram abordados nas palestras são O impacto do custo da energia elétrica no produto fi nal Potência instalada na planta 41 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Potencial de economia de energia elétrica Conscientização sobre o uso racional da energia Estrutura tarifária horosazonal Impacto da operação no horário de ponta 174 Detalhes da implementação Em 1996 com a implantação do Projeto Freios Força foi inicialmente realizado uma reavaliação do uso de energia por setor na planta industrial seguido de uma etapa de monitoração do fator de potência No ano de 2001 durante o período do racionamento de energia elétrica fo ram impostas metas de consumo aos consumidores sendo que no setor industrial teve que reduzir o consumo em 20 Desta forma foram criados pela CICE gráfi cos de acompanhamento do consumo mensal em função da meta estipulada para mo nitoração Verifi couse que esta ferramenta de gerenciamento auxiliou na tomada de medidas de racionamento como por exemplo desligar todo sistema de ar condicio nado de conforto levando a um resultado de consumo inferior à meta imposta Da mesma forma que foi realizada o acompanhamento do consumo mensal comparando com metas foi elaborada uma planilha para acompanhar o consumo diário em função da meta de consumo acumulado Notase que no mês de Novem bro como mostrado a seguir o consumo realizado fi cou bem abaixo da meta estipu lada sem prejuízo para a produção Figura 119 Gerenciamento do consumo no período do racionamento 42 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Em fevereiro de 2002 a meta mensal estipulada foi ultrapassada e devido ao crédito que foi concedido pelo consumo abaixo da meta nos meses anteriores e também por causa da recuperação de produção não foi necessária a compra de energia através de leilões No ano de 2003 foi feita a substituição do GLP pelo GN para utilização no tratamento térmico em restaurante e outras áreas menores sendo que o tratamento térmico é responsável por 80 desse consumo equivalente a 89000 Nm3 por mês em 2005 Notase também que houve um aumento da demanda de GN de 2004 para 2005 de cerca de 45 Neste mesmo ano procurouse eliminar o gargalo de produção existente na planta durante o horário de ponta A contratação de uma demanda suplementar para aumento de produção neste horário foi a forma encontrada para solucionar esta questão de produção com uma redução da despesa com energia elétrica O grá fi co abaixo mostra como fi cou o comportamento do consumo antes e após a recon tratação da demanda em novembro de 2003 Figura 120 Modifi cação da operação no horário de ponta A redução da produção da área de fundição no horário de ponta retirou o forno do seu regime de funcionamento provocando uma instabilidade e perda de produto Como as outras áreas têm um ciclo mais rápido isto representou um gargalo para a produção da planta 43 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Figura 121 Gerenciamento do consumo diário em 2005 O gráfi co acima mostra o acompanhamento do consumo diário de energia elétrica em 2005 e dá uma idéia da continuidade das ações da CICE Gráfi cos deste tipo permitem a divulgação dos resultados parciais durante o mês orientando prin cipalmente se estão dentro dos limites estipulados para o mês 175 Prazos e custos A CICE foi criada no ano de 1990 e desde então vem atuando na redução do custo energético global da planta através da monitoração do consumo específi co Conforme apresentado a CICE tem um prazo indeterminado para atuação suas ações são estabelecidas conforme as necessidades da planta e há uma busca cons tante pela redução do consumo e aumento de produtividade Tabela 114 Principais investimentos em projetos de efi ciência energética 1992 93 Palestras educativas sobre o uso racional de energia elétrica para 600 pessoas 1960000 1993 Substituição de dois Controladores de demanda 2600000 1996 97 Instalação de bancos de capacitores em 132 kV 9800000 2001 02 Substituição de motores standard por alto rendimento substitui ção de lâmpadas instalação de um painel sinalizador indicando demanda instantânea para os fornos da fundição 500000 2003 Substituição do GLP por GN TOTAL 14860000 44 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 176 Resultados e benefícios alcançados A redução do consumo de energia durante o período do racionamento foi obtida através de metas de consumo O grau de difi culdade encontrado para atingir a meta estipulada foi relativo ao desperdício ou efi ciência no uso da energia elétrica O impacto inicial foi uma freada na produção o que foi compensado com o aumento de produtividade ganho de efi ciência e de certa forma compra de energia excedente No entanto como foi colocado pela indústria o período do racionamento foi um desafi o colocado e teve como resultado um bom gerenciamento da CICE atingin do as metas estipuladas A implantação do Projeto freios força alcançou os seguintes resultados Reduziu o custo médio da energia de 46010 US para 42017 US Ajustou o fator de potência de 876 para 963 Reduziu a demanda na ponta em 286 Reduziu o consumo na ponta em 102 Reduziu o consumo específi co em 42 Reduziu o custo com energia elétrica em 293200 US por ano Ajudou a melhorar a competitividade nos negócios Foi premiado em 1998 com 3º lugar no Estado no Prêmio FIESP de conservação de energia categoria energia elétrica Outros benefícios indiretos alcançados por este projeto foram Satisfação dos funcionários com o prêmio FIESP Redução da propagação de calor na área de fusão Redução do desgaste físico do pessoal operacional Melhoria da cultura do pessoal da fábrica melhoria na produtividade redução da jornada de trabalho aos domingos Na substituição inicial do GLP pelo GN foi obtido uma redução de 37 do custo com gás além de reduzir o número de vasos pressurizados na planta e eliminar três áreas de risco A recontratação da demanda no horário de ponta trouxe como benefícios a redu ção de perdas de produção na fundição e eliminação do gargalo de produção da fábrica não havendo mais necessidade de colocar jornadas de trabalho extra nos fi nais de semana 45 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 18 CASO 5 SISTEMA DE GESTÃO ENERGÉTICA NA MASA DA AMAZÔNIA 181 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de gerenciamento energético relacionadas à implantação de um Sistema de Gestão Energética e medidas para aumento de efi ci ência no uso da energia elétrica na MASA da Amazônia Ltda uma empresa do ramo da indústria de Injeção Plástica localizada em Manaus AM A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A2 com demandas contratadas iguais a 4089 kW no horário fora de ponta e no horário de ponta 182 Apresentação e objetivos A MASA da Amazônia Ltda possui um sistema permanente de gestão energé tica com base no Sistema de Gestão Integrado constituído pelas normas ISO 9002 ISO 14001 OHSAS 18001 e SA8000 e é aplicável aos produtos e serviços prestados por esta organização bem como a todas as suas atividades operacionais Desde então tem aprimorado a qualidade de seus processos e produtos adquirindo tecnologia de ponta e investindo constantemente em educação e treinamento de seus colaboradores Este projeto de efi ciência energética foi premiado pela Confederação Nacio nal da Indústria CNI em 2004 quando recebeu o Prêmio Procel de Efi ciência Ener gética na categoria Indústrias Conforme será apresentado várias medidas foram implementadas para aumen tar a efi ciência do uso de energia elétrica Houve um envolvimento grande das pessoas e uma divulgação muito forte do tema o que tornou o projeto bem abrangente Figura 122 Vista geral da planta industrial de Manaus 46 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 183 Metodologia adotada para implantação do projeto Para atender o objetivo de criar uma conscientização sobre o uso efi ciente da energia nas pessoas criouse no Sistema de Gestão Energética um curso de forma ção de Agentes Energéticos em parceria com a Federação das Indústrias do Estado do Amazonas FIEAM com três turmas responsáveis por disseminar informações sobre o uso efi ciente de energia Para divulgação foram realizadas palestras e desenvolvidos materiais como cartazes outdoors adesivos bonés canetas chaveiro e camisetas Figura 123 Material de divulgação Os Agentes Energéticos também se organizaram para implementar algumas medidas de efi cientização energética como substituição de compressor da Estação de Tratamento de Efl uentes ETE eliminação de vazamentos de ar comprimido nas linhas das injetoras sincronismo do movimento dos ciclos dos robôs das injetoras isolamen to térmico da estufa da câmara de pintura com recirculação de ar quente melhoria nos acionamentos de cortina de ar e outros equipamentos para evitar operação ociosa e a substituição de lâmpadas fl uorescentes tubulares por outras de vapor metálico Figura 124 Cartazes e outdoors 47 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Com um conhecimento detalhado do processo de injeção de plástico e do funcionamento dos equipamentos foram feitas atuações para melhoria da efi ciência e redução dos custos com energia Sabese que a presença de umidade no material é uma característica importante na questão energética e operacional das máquinas injetoras por isso o controle do processo de desumidifi cação é importante Nas injetoras havia um fl uxo de calor em alta temperatura utilizado para aquecimento e fusão do material no molde e também havia um fl uxo de calor em baixa temperatura utilizado para secagem e resfriamento do material antes da reti rada das peças do molde Neste aspecto foram adotadas medidas de controle de temperatura da água gelada dos chillers e a instalação de mantas térmicas nos cilindros das máquinas Figura 125 Correção de vazamentos e isolamento térmico da estufa Outras ações foram tomadas como substituição de equipamentos e instala ção de banco de capacitores para controle do fator de potência 184 Detalhes da implementação No sistema de água gelada foi instalado um sistema de controle de carga com termostato nos Chilers 1 e 2 permitindo um controle do resfriamento de água proporcional à temperatura de retorno da água o que reduziu o consumo quando havia menor demanda de água gelada Um estudo de cargas também foi realizado com a intenção de identifi car os equipamentos que poderiam ser desligados durante o horário de ponta sem com prometer o funcionamento dos processos industriais O gerenciamento destas car gas elétricas possibilitou a redução da demanda de 5000 kW para 4089 kW permi tindo a recontratação da demanda neste horário As cargas identifi cadas foram 48 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Torres de resfriamento Bombas de água de condensação Bombas de poços artesianos Bombas dos reservatórios dágua Câmaras frigorífi cas Moinho de reprocessamento Figura 126 Gerenciamento de água gelada e substituição de compressor Medidas de gerenciamento sobre o sistema de iluminação foram Instalação de sensor fotoelétrico nas lâmpadas externas Redução do número de luminárias na sala da gerência 12 para 8 Instalação de interruptores individuais nas luminárias e ventiladores das bancadas Identifi cação das bancadas com etiquetas do programa de conscientização 49 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Figura 127 Ações sobre luminárias e correção do fator de potência Outras medidas implementadas Instalação de mantas de isolamento térmico nos cilindros das injetoras Substituição de compressor de ar Instalação de bancos de capacitores Substituição de motor pneumático por elétrico Limpeza e unifi cação dos fi ltros das bombas de vácuo 185 Prazos e custos As medidas de melhoria de efi ciência adotadas pela indústria levaram um ano para ser implementadas e totalizaram um investimento da ordem de R172 mil no período de dezembro de 2002 a dezembro de 2003 Na tabela a seguir estão apresentadas as atividades e as datas em que foram realizadas 50 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 115 Cronograma de implantação e investimentos Item Medidas Custo total R Período mêsano 1 Instalação de controle de carga nos Chillers 1 e 2 20000 dez02 2 Instalação de sistema de capacidade nos Chillers 1e 2 5000 jan03 3 Instalação de mantas térmicas nas injetoras 5000 jan03 4 Aquisição de compressor com maior capacidade 50000 mar03 5 Torres de resfriamento 50000 abr03 6 Poços artesianos 5000 mai03 7 Bombas do castelo elevado 5000 jun03 8 Desligamento do sistema de água potável 0 jul03 9 Desligamento das câmaras frigorífi cas 0 ago03 10 Instalação de banco de capacitores automático 10000 ago03 11 Recontratação da demanda 0 set03 12 Substituição de motores pneumáticos por elétricos 20000 set03 13 Instalação de sensor fotoelétrico 1000 out03 14 Redução de 12 para 8 luminárias 0 out03 15 Colocar disjuntores ligadesliga e plugs em todas as luminárias e ventiladores 500 out03 16 Identifi car as bancadas com etiquetas ligadesliga 200 nov03 17 Instalação de temporizador 500 nov03 18 Limpeza interna e unifi cação dos fi ltros 500 dez03 186 Resultados e benefícios alcançados A efi cientização do uso da energia totalizou um potencial de economia de energia de 370 MWhano e uma redução da demanda de 944 kW no horário de pon ta conforme apontado na tabela a seguir Vale dizer que a redução de demanda que se deu pelas medidas de efi cientização foi de 44 kW os outros 900 kW correspondem a um excedente de demanda contratada que gerou um benefício através da recon tratação no horário de ponta 51 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Tabela 116 Economia de energia e redução de demanda na ponta Item Medidas Energia MWhano Demanda na ponta kW Indicadores de viabilidade RCB Payback 1 Instalação de controle de carga nos Chillers 1 e 2 50 7 147 068 2 Instalação de sistema de capacidade nos Chillers 1e 2 50 7 037 273 3 Instalação de mantas térmicas nas in jetoras 15 175 147 068 4 Aquisição de compressor com maior capacidade 45 525 500 020 5 Torres de resfriamento 30 35 769 013 6 Poços artesianos 15 175 147 068 7 Bombas do castelo elevado 15 175 147 068 8 Desligamento do sistema de água po tável 15 175 0 9 Desligamento das câmaras frigorífi cas 15 175 0 10 Instalação de banco de capacitores automático 15 175 294 034 11 Recontratação da demanda 900 0 12 Substituição de motores pneumáticos por elétricos 15 175 588 017 13 Instalação de sensor fotoelétrico 15 175 029 341 14 Redução de 12 para 8 luminárias 15 0 15 Colocar disjuntores ligadesliga e plu gs em todas as luminárias e ventila dores 15 175 015 683 16 Identifi car as bancadas com etiquetas ligadesliga 15 175 006 1700 17 Instalação de temporizador 15 175 015 683 18 Limpeza interna e unifi cação dos fi l tros 15 175 015 683 Total 370 944 52 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA BIBLIOGRAFIA GERENCIAMENTO ENERGÉTICO Boustead I Hancock GF Handbook of Industrial Energy Analysis Ellis Horwood Publisher London 1985 Cavalcanti E S C Ar Condicionado Fundamentos para Economia de Energia Pro cel Cepel Eletrobrás 1998 Código de Águas Decreto n0 24643 de 10 de julho de 1934 Decreto 5163 de 30 de julho de 2004 Geller HS Revolução energética políticas para um futuro sustentável Editora Relu me Dumará Rio de Janeiro 2004 IBAM PROCEL Eletrobrás Manual de Prédios Efi cientes em Energia Elétrica Claudia Barroso Krause e outros 2004 Reimpressão Kenney WF Energy Conservation in the Process Industries Academic Press Orlan do 1984 Lei n0 10848 de 15 de março de 2004 Lei n0 8987 de 13 de fevereiro de 1995 Lei n0 9074 de 07 de julho de 1995 Magalhães L C Orientações Gerais para Conservação de Energia em Prédios Públi cos Eletrobrás PROCEL 1ª Edição 2001 Ministério de Minas e Energia Procel Eletrobrás Manual de Iluminação Efi ciente Brasil 2002 Nogueira LAH Auditoria Energética notas de aula Escola Federal de Engenharia de Itajubá 1990 PROCEL Eletrobrás Metodologia de realização de diagnóstico energético Programa de Efi cientização Industrial Edson Szyszka e Márcio Américo Resolução ANEEL n0 456 de 29 de novembro de 2000 Rocha L R R Monteiro M A G Guia Técnico Gestão Energética PROCEL Eletro brás Fupai Effi cientia Rio de Janeiro 2005 Santos A H M et alli Conservação de Energia Efi ciência Energética de Equipamen tos e Instalações 3ª edição Eletrobrás PROCEL Educação Universidade Federal de Itajubá Fupai Itajubá 2006 GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 53 55 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Capítulo 2 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO 21 INTRODUÇÃO A iluminação é responsável por aproximadamente 23 do consumo de energia elétrica no setor residencial 44 no setor comercial e serviços públicos e 1 no setor industrial Em relação aos serviços públicos aproximadamente dois terços são utilizados para iluminação de ruas Vários trabalhos desenvolvidos mostram que a iluminação inefi ciente é comum no Brasil Uma combinação de lâmpadas reatores sensores luminárias e refl etores efi cientes associados a hábitos saudáveis na sua uti lização podem ser aplicados para reduzir o consumo de energia elétrica 22 DEFINIÇÕES Nesta seção fazse uma seleção de termos e defi nições relacionadas com a iluminação efi ciente 221 Controlador de luz É a parte da luminária projetada para modifi car a distribuição espacial do fl uxo luminoso das lâmpadas podendo ser do tipo refl etor refrator difusor lente e colméia O tipo de refl etor utilizado irá infl uenciar no rendimento do sistema de iluminação Figura 21 Luminária com refl etor 56 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 222 Depreciação do fl uxo luminoso É a diminuição progressiva da iluminância do sistema de iluminação devido ao acúmulo de poeira nas lâmpadas e luminárias e ao decréscimo do fl uxo lumino so das lâmpadas A fi gura a seguir apresenta os ganhos obtidos com a limpeza das lâmpadas e luminárias APerda devido à depreciação da lâmpada BPerda devido à sujidade da lâmpada CBenefício com uma limpeza semestral DBenefício com reposição semestral yanos com um suposto uso de 3000 horas por ano hhoras de uso Figura 22 Efeito da depreciação limpeza e reposição de lâmpadas na iluminância E de uma instalação de lâmpadas fl uorescentes 223 Difusor Dispositivo colocado em frente à fonte de luz com a fi nalidade de diminuir sua luminância reduzindo as possibilidades de ofuscamento Quando possível su gerese a retirada deste equipamento que irá resultar numa melhoria do índice de iluminância do ambiente Figura 23 Difusor para luminária com lâmpada fl uorescente 57 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO 224 Efi ciência Luminosa EL de uma fonte Representa a efi ciência de cada tipo de lâmpada e é obtida pelo quociente do fl uxo luminoso total emitido por uma fonte de luz em lúmens e a potência por ela consumida em Watts Por exemplo uma lâmpada incandescente de 100 W que pro duz um fl uxo luminoso de 1470 lúmens apresenta uma EL de 147 lmW por outro lado uma lâmpada fl uorescente compacta de 23 W que produz um fl uxo luminoso de 1500 lúmens apresenta uma EL de 652 lmW 225 Fator de manutenção Fm É a razão da iluminância média no plano de trabalho após certo período de uso pela iluminância média obtida sob as mesmas condições da instalação nova Os valores apresentados na tabela a seguir mostram que em ambientes sujos com longos períodos de limpeza necessitam de uma maior quantidade de lâmpadas no ambiente conforme os cálculos luminotécnicos apresentados mais adiante Tabela 21 Fatores de manutenção Período de uso sem limpeza meses Ambiente limpo Ambiente médio Ambiente sujo 0 100 100 100 2 097 092 085 4 095 087 076 6 093 085 070 8 092 082 066 10 091 080 063 12 090 078 061 14 089 077 059 16 088 076 057 18 087 075 056 20 086 074 054 226 Fator de utilização Fu É a razão do fl uxo utilizado pelo fl uxo luminoso emitido pelas lâmpadas É um índice da luminária e infl ui no rendimento desta onde a utilização de cores cla 58 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA ras em tetos e paredes irá aumentar o rendimento da luminária Quanto mais claros os acabamentos menor será a absorção de luz e maior será a iluminação que incide sobre o plano de trabalho Assim sendo com a melhora das condições do ambiente podese reduzir o gasto de energia com iluminação sem prejuízo do conforto visual Por exemplo uma luminária para lâmpada fl uorescente com fator de utilização de 082 com uma lâmpada que produz um fl uxo luminoso de 3100 lúmens fornecerá um fl uxo utilizado de 2542 lúmens 227 Iluminância E A iluminância é defi nida como sendo o fl uxo luminoso incidente por unidade de área iluminada ou ainda em um ponto de uma superfície a densidade superfi cial de fl uxo luminoso recebido E A unidade de medida usual é o lux defi nido como sendo a iluminância de uma superfície plana de área igual a 1 m2 que recebe na direção perpendicular um fl uxo luminoso igual a 1 lm uniformemente distribuído Figura 24 Iluminância de uma fonte de luz Considerando agora ambientes de trabalho a iluminância é defi nida como iluminância média no plano de trabalho cujos valores recomendados pela NBR 5413 estão apresentados na tabela a seguir 59 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Tabela 22 Níveis de iluminância médios recomendados pela norma NBR 5413 ATIVIDADE ILUMINÂNCIA Lux mínimo máximo Mínimo para ambientes de trabalho 150 Tarefas visuais simples e variadas 250 500 Observações contínuas de detalhes médios e fi nos trabalho normal 500 1000 Tarefas visuais contínuas e precisas trabalho fi no por exemplo desenho 1000 2000 Trabalho muito fi no iluminação local por exemplo conserto de relógio 2000 228 Índice de Reprodução de Cor IRC O IRC no sistema internacional de medidas é um número de 0 a 100 que clas sifi ca a qualidade relativa de reprodução de cor de uma fonte quando comparada com uma fonte padrão de referência da mesma temperatura de cor O IRC identifi ca a aparên cia de como as cores dos objetos e pessoas serão percebidos quando iluminados pela fonte de luz em questão Quanto maior o IRC melhor será o equilíbrio entre as cores 229 Mortalidade de lâmpadas É o número de horas de funcionamento das lâmpadas antes que certa per centagem delas deixe de funcionar É dependente do número de vezes que se acen dem e apagam em um dia Figura 25 Gráfi co de desempenho das lâmpadas fl uorescentes 60 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 2210 Reator Equipamento que limita a corrente em uma lâmpada fl uorescente e também fornece a tensão adequada para dar partida na lâmpada Pode ser do tipo eletromag nético ou eletrônico com partida rápida ou convencional e com alto ou baixo fator de potência O tipo de reator utilizado irá infl uencia no consumo de energia 2211 Vida Mediana Nominal horas Corresponde ao valor em horas onde 50 de uma amostra de lâmpadas en saiadas se mantém acesas sob condições controladas em laboratório Por exemplo os fabricantes indicam uma vida de 1000 horas para uma lâmpada incandescente e cerca de 8000 horas para as lâmpadas fl uorescentes compactas 23 CÁLCULO DE ILUMINAÇÃO O método apresentado é o dos lumens que é utilizado para calcular o número de lâmpadas e luminárias levando em conta as dimensões e o tipo do ambiente que será iluminado A seguir é apresentado um roteiro para se fazer os cálculos necessários Escolha do nível de iluminamento E Determinação do fator do local K Escolha das lâmpadas e das luminárias Determinação do fator de utilização Fu Determinação do fl uxo total φT Cálculo do número de luminárias Distribuição das luminárias 231 Escolha do Nível de lluminamento E A primeira providência será a de escolher o nível médio de iluminamento em função do tipo de atividade visual que será desenvolvida no local Para isso são utilizadas tabelas constantes da norma NB57 da ABNT regis trada no INMETRO como NB5413 que fornecem os valores mínimo médio e máxi mo admissíveis para cada tipo de ambiente 61 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO 232 Determinação do Fator do Local K A segunda providência será calcular o fator do local que depende das dimen sões do ambiente Para isso podese utilizar a seguinte fórmula K onde C Comprimento do local L Largura do local A Altura da luminária ao plano de trabalho 233 Escolha das Lâmpadas e das Luminárias Neste item devem ser levados em conta fatores como a adequada ilumina ção do plano de trabalho custo manutenção estética índice de reprodução de co res aparência visual e funcionalidade 234 Determinação do Fator de Utilização Fu O fator de utilização é a razão do fl uxo útil que incide efetivamente sobre um plano de trabalho e o fl uxo total emitido Este fator infl uencia na distribuição de luz e no rendimento da luminária pois depende do índice de refl exão do teto paredes e plano de trabalho ou piso e também do fator do local K Para determinar o fator de utilização da luminária escolhida admitese para K o valor mais próximo do calculado e avaliamse as refl exões médias do teto das paredes e do plano de trabalho pelo seguinte critério de índices 1 superfície escura 10 de refl exão 3 superfície média 30 de refl exão 5 superfície clara 50 de refl exão 7 superfície branca 70 de refl exão 62 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A seguir montase um número com três algarismos onde 1 algarismo corresponde ao índice de refl exão do teto 2 algarismo corresponde ao índice de refl exão das paredes 3 algarismo corresponde ao índice de refl exão do piso Com esses dados selecionase na tabela da luminária escolhida o valor do fator de utilização A seguir como exemplo temse uma tabela de luminárias para determinação do fator de utilização Tabela 23 Fator de utilização obtido em catálogo de fabricante Modelo Embutir 2x16W32W Modelo Embutir 2x16W32W K 773 751 573 531 353 331 131 000 K 773 751 573 531 353 331 131 000 060 053 040 051 034 040 034 034 030 060 043 033 041 029 033 029 029 025 080 061 048 057 042 048 041 041 036 080 050 039 048 035 039 035 035 031 100 067 054 063 048 053 047 046 042 100 054 045 052 040 045 039 039 036 125 073 059 069 053 059 052 051 048 125 060 048 056 045 049 044 043 041 150 077 063 072 057 063 057 056 051 150 063 051 059 048 052 047 047 044 200 083 069 078 063 069 063 062 058 200 067 056 063 052 057 051 051 048 235 Determinação do Fluxo Total φT Para determinar o fl uxo total podese utilizar a expressão abaixo que deter mina o valor da iluminância média Em 63 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO onde Em Iluminância Média Nível de Iluminamento S Área do Ambiente Fu Fator de Utilização Fm Fator de Manutenção 236 Cálculo do Número de Luminárias Cada tipo de lâmpada fornece um valor de lúmens fl uxo luminoso confor me apresentadas nas tabelas dos fabricantes Tabela 24 Lâmpada incandescente para iluminação geral Tipo Potência W Acabamento Fluxo luminoso lm IRC Vida Mediana hora 127 V 220 V Cristal 25 Claro 235 230 100 1000 40 455 415 60 780 715 100 1470 1350 150 2430 2180 200 3325 3090 Refl etora 40 Sílica 305 280 100 2000 60 535 460 100 1060 895 Tabela 25 Lâmpada fl uorescente compacta Potência W Fluxo Luminoso lm Temperatura de Cor K IRC Vida Mediana hora 7 400 3500 82 10000 13 850 3500 82 10000 23 1520 3500 82 10000 64 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 26 Lâmpada fl uorescente tubular Potência W Fluxo Lumi noso lm Diâmetro mm Temperatura de Cor K IRC Vida Media na hora 14 1350 16 4000 85 20000 16 1070 25 4100 66 12000 20 1060 38 5520 70 12000 28 2900 16 4000 85 20000 32 2950 25 4100 80 20000 40 2700 38 5250 70 12000 Através do número de lúmens por luminárias φl temse o número de lumi nárias dado por n de luminárias Na tabela de lâmpadas fl uorescentes tubulares observase uma evolução na efi ciência luminosa onde uma lâmpada com potência de 28W produz um fl uxo luminoso maior que uma lâmpada de 40W Os exemplos apresentados mais adiante mostram que a Empresa de Tecidos Santenense a Fábrica de Pneus Michelin e a Fá brica de autopeças Metagal realizaram investimentos para substituir os sistemas de iluminação inefi cientes e obtiveram resultados satisfatórios 237 Distribuição das Luminárias O espaçamento entre as luminárias depende de sua altura ao plano de traba lho altura útil e da sua distribuição de luz Esse valor situase geralmente entre 1 a 15 vezes o valor da altura útil em ambas as direções O espaçamento até as paredes deverá ser a metade desse valor Vale ressaltar que se o número de luminárias calculadas resultarem em va lores incompatíveis com esses limites os mesmos deverão ser ajustados para não se correr o risco do ambiente fi car com sombras O ajuste é sempre feito com a elevação do número de luminárias ou com a mudança de sua distribuição 65 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO 24 CONSIDERAÇÕES SOBRE AS LUMINÁRIAS A luminária além de ser uma peça decorativa deve atender os seguintes requisitos 1 Sustentar a lâmpada 2 Garantir a alimentação elétrica 3 Direcionar o fl uxo luminoso São peças projetadas para determinadas aplicações envolvendo o tipo de lâmpada e devem assegurar conforto visual com o máximo de efi ciência O fl uxo lu minoso deve ser adequadamente direcionado evitandose desta forma o fenômeno de ofuscamento sensação desagradável que ocorre quando o olho recebe um fl uxo luminoso excessivo ou quando sofre um contraste muito forte de luz em um mesmo ambiente Para evitar o ofuscamento podese embutir a luminária mas tal providên cia pode resultar em perdas da ordem de 20 a 70 do fl uxo luminoso Uma outra solução mais adequada consiste em instalar a lâmpada acima do campo visual ou se estiver baixa utilizar um anteparo que a cubra parcialmente concentrandose o fl uxo luminoso sobre a tarefa visual em questão As tabelas a se guir apresentam características de luminárias e dos principais tipos de lâmpadas É importante desenvolver uma manutenção periódica visando a limpeza destes sistemas de iluminação Com o passar do tempo a poeira vai se acumulan do na luminária e conseqüentemente reduzindo a intensidade de fl uxo luminoso fazendo com que a luz ambiente diminua Se isto ocorre na instalação a empresa está utilizando a energia elétrica para aquecer a poeira não para iluminar Na prática podese afi rmar que com a manutenção inadequada das luminárias perdese cerca de 20 de luz no ambiente 66 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 27 Classifi cação das luminárias Tipo Características Gerais Embutidas Normalmente usadas com lâmpadas incandescentes comuns Apresentam baixo rendimento Normalmente apresentam problemas de superaquecimento Difícil manutenção Fechadas lâmpadas fl uorescentes São encontradas com vários tipos de elementos de controle de luz refl etores espelhados com proteção visual difusor prismático etc Rendimento moderado dependendo do tipo de elemento de controle da luz Difícil manutenção Podem ser fi xadas sobre a superfície do teto e em alguns casos podem ser embutidas Os que dispõem de refl etores sem elementos de controle de luz apresen tam melhor rendimento Abertas Podem ser encontradas com ou sem elementos de controle de luz Apresentam rendimentos superiores aos das luminárias fechadas Fácil manutenção Podem ser fi xadas sobre a superfície do teto ou suspensas Spots São utilizadas com vários tipos de lâmpadas incandescentes refl etoras ou coloridas Utilizados para iluminação direcional do fl uxo luminoso Fácil manutenção Podem ser fi xados sobre as superfícies ou embutidos Projetores Encontrados em vários tamanhos Apresentam bom rendimento luminoso São fi xados sobre as superfícies ou suspensos Podem ser usados com lâmpadas incandescentes comuns até lâmpadas a vapor de sódio Fácil manutenção dependendo das condições do local Algumas dicas são especialmente importantes para melhorar as condições do ambiente 1 Manter sempre limpas as paredes tetos e pisos 2 Durante a reforma do ambiente utilizar cores claras pois refl etem melhor a luz 3 Quando as divisórias não puderem ser removidas totalmente devemse instalar divi sórias baixas para reduzir a absorção de luz e permitir o uso da luz nas áreas adjacentes 4 Utilizar mobiliários com cores claras que não tenham superfícies brilhantes lus trosas ou que não proporcionem refl exões indesejáveis 5 Em ambientes com pé direito muito alto verifi car a possibilidade de rebaixar as luminárias tomando cuidado com o ofuscamento 67 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Tabela 28 Principais características das lâmpadas Tipo Características gerais Incandescente Comum Excelente reprodução de cores Baixa efi ciência luminosa Vida mediana 1000 horas Não exige equipamentos auxiliares Grande variedade de formas Incandescente halógena Excelente reprodução de cores Vida mediana 2000 horas Efi ciência luminosa maior que a incandescente comum Exige equipamentos auxiliares dependendo da tensão Vários tamanhos inclusive com refl etores Fluorescente Excelente a moderada reprodução de cores dependendo do tipo Boa efi ciência luminosa Vida mediana 7500 a 20000 horas Exige equipamentos auxiliares reator e starter partida convencional ou só reator partida rápida Forma tubular em vários tamanhos Fluorescente Compacta Boa reprodução de cores Boa efi ciência luminosa Vida mediana 3000 a 12000 horas Exige equipamentos auxiliares reator Pequenas dimensões Mista Moderada reprodução de cores Vida mediana 8000 horas Efi ciência luminosa moderada Não exige o uso de equipamentos auxiliares Vapor de mercúrio Moderada reprodução de cores Vida mediana 12000 a 24000 horas Boa efi ciência luminosa Exige o uso de equipamentos auxiliares reator Vapor metálico Boa reprodução de cores Vida mediana 3000 a 20000 horas Boa efi ciência luminosa Exige o uso de equipamentos auxiliares reator Vapor de sódio alta pressão Pobre reprodução de cores Alta efi ciência luminosa Vida mediana 12000 a 55000 horas Exige o uso de equipamentos auxiliares reator e ignitor 68 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Os casos apresentados a seguir mostram empresas que realizaram investi mentos na melhoria dos sistemas de iluminação e obtiveram uma redução no consu mo mensal de energia elétrica As ações foram a substituição dos equipamentos ine fi cientes a setorização do comando do sistema de iluminação para evitar ambientes vazios com as lâmpadas ligadas a instalação de fotocélulas para ligar as lâmpadas somente quando necessárias e a instalação de telhas translúcidas para o aproveita mento da iluminação natural 25 CASO 1 SUBSTITUIÇÃO DA ILUMINAÇÃO NA CIA TECIDOS SANTANENSE 251 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência no sistema de iluminação realizadas na Companhia Tecidos Santanense uma empresa do ramo da indústria de tecidos localizada em Montes Claros MG A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A4 com demandas con tratadas iguais a 3350 kW no horário fora de ponta e 3170 kW no horário de ponta 252 Apresentação e objetivos Este projeto teve por objetivo promover a efi cientização energética dos sis temas de iluminação da Companhia Tecidos Santanense através da substituição do sistema de iluminação atual por outro mais efi ciente promovendo a redução de con sumo de energia e demanda de potência Este projeto teve uma fase de estudos iniciais na qual foi avaliado o potencial de melhoria Na fase de implementação da obra as especifi cações recomendadas na fase de estudo foram mantidas 253 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia adotada para efi cientização do sistema de iluminação foi ba seada na substituição tecnológica do conjunto luminária lâmpada e reator Os sistemas mais modernos conseguem produzir a mesma quantidade de luz utilizando menos energia e isto é conseguido devido a redução das perdas nos reatores redução da potência das lâmpadas e com o aumento do rendimento das lu 69 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO minárias De acordo com as características dos ambientes os modelos de luminárias utilizadas foram do tipo industrial ou comercial sendo que nos ambientes industriais foram abertas ou blindadas com vidro e na área administrativa todas abertas e de embutir Seguindo esta metodologia foi proposta a substituição do sistema antigo de luminárias com lâmpadas fl uorescentes tubulares T10 com potências de 40 W e T12 de 110 W utilizando reatores eletromagnéticos e luminárias com baixo rendimento pelo sistema novo de luminárias efi cientes com lâmpadas fl uorescentes tubulares T5 de 54 W utilizando reatores eletrônicos Após a implementação foi realizada uma etapa de medição e verifi cação dos resultados onde foram escolhidos dois circuitos típicos para comparação 254 Detalhes da implementação O sistema de iluminação era composto por luminárias industriais blindadas com vidro para área classifi cada e abertas e na área administrativa por luminárias embutidas e abertas para a área administrativa As luminárias da área industrial alojavam um conjunto de três lâmpadas fl uo rescentes do tipo HO de 110 W 3x110 W e reatores eletromagnéticos As luminárias da área administrativa alojavam um conjunto de quatro lâmpadas fl uorescentes de 40 W 4x40 W A tabela a seguir apresenta a quantidade de luminárias existentes Tabela 29 Levantamento de iluminação encontrado Materiais e Equipamentos Quantidade unidade Equipamento Tipo Luminária Fluorescente 4 x 40 W Administrativa 266 Luminária Fluorescente 3 x 110 W Industrial 568 Com o intuito de padronizar o material de iluminação e reduzir o número de peças no estoque de reposição optouse por utilizar no novo sistema as lâmpadas fl uorescentes tubulares T5 As luminárias escolhidas foram as industriais para 1 ou 2 lâmpadas 70 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 26 Antes e depois na área BDT Para garantir o nível de iluminação dos ambientes aumentouse o número de luminárias do novo sistema e fezse uma nova distribuição no plano de ilumina ção Também foram criados novos pontos com interruptores para acendimento dos circuitos adicionais A seguir é apresentada a lista de equipamentos utilizados na efi cientização do sistema de iluminação Tabela 210 Lista de equipamentos e custos Materiais e Equipamentos Custo Unitário R Quantidade unidade Custo Total R Equipamento Tipo Luminária Industrial com Fechamento em Vidro 2 x 54 W Industrial 8361 360 3009960 Luminária Industrial 2 x 54 W Industrial 4423 1077 4763571 Luminária Industrial 1x 54 W Industrial 402 63 253260 Lâmpadas Fluorescente 54W T5 Fluorescente 164 2937 4816680 Reatores Eletrônicos Eletrônico 6572 1437 9443964 Acessórios Cabos elétricos caixa de tomada porcas parafusos etc 1633669 Total 23921104 255 Prazos e custos Este projeto fez parte do Programa de Efi ciência Energética PEE do ciclo 20022003 da CEMIG e foi realizado pela empresa EFFICIENTIA O planejamento das etapas do projeto foi estabelecido e aprovado segundo o cronograma físico apresen tado para a Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL 71 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Tabela 211 Cronograma físico Etapas Meses Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Auditoria Energética Estudo Luminotécnico Implementação das Ações Avaliação dos Resultados Promoção Como mostrado a seguir os custos com materiais e equipamentos corres pondem à maior parte do projeto seguido pelos custos com mãodeobra de tercei ros Os outros custos correspondem às despesas administrativas e transportes Tabela 212 Custos da obra Tipo de Custo Custos Totais R Material e Equipamentos 23921104 83 Mãodeobra Própria 384000 1 Mãodeobra de Terceiros 3967200 14 Outros custos 648500 2 TOTAL 28920804 100 256 Resultados e benefícios alcançados O diagnóstico energético realizado no início do projeto fez algumas consi derações de potência para os sistemas de iluminação utilizados e propostos Com o tempo de utilização declarado pelo cliente foi então calculada a energia consumida por ambos A previsão de economia com a implementação das ações de efi cientização energética foi de aproximadamente 1066 MWhano com uma redução de demanda nos horários de ponta e fora de ponta de 124 kW Para confi rmar os resultados obti dos pelo estudo foi realizada uma etapa de medição e verifi cação da potência dos conjuntos de luminárias novos e dos já existentes 72 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Foram selecionados dois circuitos sendo um no setor de Tecelagem o outro no de Urdideiras onde foram instalados equipamentos de medição de grandezas elétricas para registrar as potências solicitadas pelos sistemas O circuito da Tecela gem composto por 90 luminárias do tipo 2x54 W foi tomado como o modelo efi cien te O circuito das Urdideiras composto por 48 luminárias do tipo 3x110 W foi tomado como o modelo não efi ciente As potências médias medidas foram de 15700 W para o circuito da Tecela gem e de 11060 W para o circuito das Urdideiras resultando nas potências médias por luminária reator e lâmpadas nos dois sistemas de iluminação de 123 W e 327 W respectivamente No entanto a quantidade de luminárias praticamente dobrou o que correspondeu a uma redução de 327 W para 246 W ou uma economia de 25 sobre a potência de iluminação onde houve a troca Com o projeto totalmente implantado apurouse uma redução de 8995 kW de demanda no horário de ponta e uma redução no consumo de 7771 MWhano Isto se deu em grande parte à necessidade de adequação dos níveis de iluminamen tos à norma brasileira NBR 5413 O Investimento total foi de aproximadamente R 289 mil e o benefício foi de R 120 mil por ano Figura 27 Antes e depois na área das Urdideiras 73 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO 26 CASO 2 APROVEITAMENTO DA LUZ NATURAL NA MICHELIN 261 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência no sistema de iluminação realizadas na Sociedade Michelin de Participações Indústria e Comércio Ltda uma empresa do ramo de fabricação de pneus localizada em Itatiaia RJ A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do sub grupo A2 com demandas contratadas iguais a 22000 kW no horário fora de ponta e 20000 kW no horário de ponta 262 Apresentação e objetivos A Michelin possui 4 unidades industriais localizadas no estado do Rio de Ja neiro O regime de produção é de 24 horas por dia atingindo uma produção anual da ordem de 155000 toneladas incluindo aros metálicos e pneus O suprimento de energia é atendido pela AMPLA ou pela Light Em todas as suas unidades existem grupos de trabalhos focados na iden tifi cação de oportunidades de melhoria de efi ciência e acompanhamento mensal dos consumos específi cos do processo abrangendo os seguintes insumos energia elétrica água gás natural e hidrogênio Considerando que a utilização da energia de forma responsável sem des perdícios é um parâmetro de profi ssionalismo na implantação do seu programa de efi cientização energética foram destacadas duas áreas de atuação a área de ação humana relativa à mudança de hábitos de utilização e a área de ação técnica relativa às implementações físicas para melhoria de efi ciência Desta forma colocouse como objetivo a busca de ações com resultados que fossem economicamente viáveis para a empresa e a procura de projetos que oferecessem tempo de retorno menor ou igual a dois anos Também foi determinado que as ações não perdessem seu efeito ao longo do tempo sendo na medida do possível mais perenes 263 Metodologia adotada para implantação do projeto Buscando atender seus objetivos do programa de eficientização energé tica a Michelin realizou ações sobre os sistemas de iluminação de ar condicio 74 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA nado e de ar comprimido A seguir serão apresentados os ganhos obtidos com a eficientização do sistema de iluminação Ao determinar uma meta de redução do consumo de energia elétrica surgi ram muitas idéias práticas e de rápida instalação principalmente quando relaciona das a uma mudança de hábitos de consumo e aproveitamento da luz natural Neste caso destacamse as ações sobre o sistema de iluminação realizadas nas fábricas TCAS e DR como a instalação de fotocélulas para acionamento da iluminação o seccionamento de circuitos de iluminação e a instalação de telhas translúcidas 264 Detalhes da implementação Na fábrica TCAS a unidade industrial SODR teve a instalação de fotocélula nas ofi cinas de Controle de Pneus e de Estoque de Gomas Estas ofi cinas possuíam iluminação artifi cial com lâmpadas de vapor metálico e uma forte iluminação natural durante o dia proporcionada pelas telhas translúcidas já existentes O desligamento automático através do acionamento das fotoscélulas sobre parte do circuito de iluminação das ofi cinas pôde proporcionar a economia de ener gia retirando o excesso de iluminação sem comprometer o nível adequado para a realização das atividades Na medição do nível de iluminamento realizada após o desligamento das lâmpadas foi contatado 400 lux Para isto foi feita a instalação de uma fotocélula com o objetivo de atuar so bre o quadro de comando dos circuitos de iluminação desligandoos durante o dia Nesta área que permanecia 24 h com a iluminação ligada foi possível a redução des sa permanência em 6 horas onde existem 80 luminárias com lâmpadas de vapor metálico de 250 W instaladas Figura 28 Telha translúcida na Ofi cina de Goma 75 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Outra implementação no sistema de iluminação foi a separação do circuito de iluminação da ofi cina de Estoque de Pneus e da ofi cina de Controle de Qualidade O estudo de viabilidade técnicoeconômica para a separação do circuito de coman do da iluminação foi baseado na economia de energia elétrica obtida pela racio nalização do número de luminárias ligadas à noite Esta modifi cação dos circuitos permitiu que fossem desligadas 130 luminárias com lâmpadas de 250 W durante o terceiro turno permanecendo desligadas por 6 horas Na fábrica DR seguindo a mesma idéia de aproveitamento da luz natural foram instaladas telhas translúcidas como uma medida de racionalização na unidade industrial PLSAR Para isto foi necessário realizar uma setorização dos circuitos de iluminação para desligar parte das lâmpadas durante o dia Complementando esta ação também foi reduzida a potência do sistema de iluminação Inicialmente existiam 118 luminárias com potência de 220 W para 71 lu minárias de 80 W sendo que 45 unidades passaram a ser ligadas apenas 9 horas por dia As outras mantiveram o tempo de funcionamento de 18 horas por dia 265 Prazos e custos Na unidade industrial SODR a instalação de fotocélulas na ofi cina de Con trole de Pneus e Estoque de Gomas consumiu material elétrico e mãodeobra a um custo de R128000 O investimento realizado no seccionamento do circuito de iluminação da Logística ocorreu principalmente em virtude da compra de material elétrico para a separação dos circuitos e em mãodeobra totalizando R 198000 Já na unidade industrial PLSARDR para a mãodeobra de instalação e com pra das telhas translúcidas foi necessário um investimento de R 346500 A tabela a seguir apresenta o resumo dos investimentos realizados Tabela 213 Resumo dos investimentos em projetos de iluminação Projeto Investimento R Instalação de fotocélulas na ofi cina de Controle de Pneus 128000 Separação do circuito de iluminação da Logística 198000 Instalação de telhas translúcidas na unidade PLSARDR 346500 Total 672500 76 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA No projeto de instalação das telhas translúcidas também foram substituídas as potências das lâmpadas no entanto este custo não foi computado no investimento 266 Resultados e benefícios alcançados Os projetos realizados nos sistemas de iluminação proporcionaram uma eco nomia de energia de 2175 MWhano e redução de demanda no horário de ponta de 252 kW Considerando o custo médio da energia igual a 8925 RMWh obtevese um resultado econômico de R1942900 que foi pago em aproximadamente 4 meses Tabela 214 Resumo dos benefícios alcançados pelos projetos de iluminação Projeto Energia MWhano Demanda kW Benefício R Instalação de fotocélulas na ofi cina de Controle de Pneus 43 50 383100 Separação do circuito de iluminação da Logística 70 81 626700 Instalação de telhas translúcidas na unidade PLSARDR 1045 121 933100 Total 2175 252 1942900 27 CASO 3 APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA T5 NA METAGAL 271 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência no sistema de iluminação realizadas na Metagal Indústria e Comércio Ltda METAGAL uma empresa do ramo de fabricação de autopeças com duas plantas industriais uma localizada em Santa Rita do Sapucaí MG com estrutura tarifária horosazonal Azul do subgrupo A4 com demandas contratadas iguais a 1050 kW no horário fora de ponta e 800 kW no horário de ponta Outra localizada em Conceição dos Ouros MG com estrutura tarifá ria horosazonal Verde do subgrupo A4 com demanda contratada igual a 765 kW 272 Apresentação e objetivos Através do Programa de Efi ciência Energética da CEMIG a Metagal fechou um contrato de desempenho com a empresa Effi cientia para realizar a substituição tecnológica do sistema de iluminação adequando o nível de iluminamento dos se 77 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO tores da empresa e buscando o aumento da efi ciência Fizeram parte do projeto duas unidades industriais no Sul de Minas Gerais sendo uma em Santa Rita do Sapucaí e outra em Conceição dos Ouros Unidade de Santa Rita do Sapucaí Unidade de Conceição dos Ouros Figura 29 Fachadas das unidades A unidade de Conceição dos Ouros é estruturada para produzir integrada mente espelhos retrovisores para carros de passeio concebida dentro dos conceitos do sistema Lean Manufacturing apresentando fl uxos de materiais totalmente ra cionalizados e bem defi nidos Utiliza também técnicas como Kanban para geren ciar sua programação interna e otimizar a produção Dispõe de máquinas de injeção de plástico as quais foram selecionadas para receber e operar com alto nível de au tomação em função do volume de peças por elas produzidas e ferramentas como Poka Yoke aplicadas nas linhas de montagem oriundas de projetos de KAISEN Seus principais clientes são VW e GM Esta unidade possui uma área construída de 3700 m2 dentro de uma área total de 10000 m2 A unidade de Santa Rita do Sapucaí é o braço metalúrgico da empresa e é responsável pela produção de todos os componentes metálicos utilizados nos espe lhos retrovisores do grupo e também pela fabricação de espelhos retrovisores para caminhões e ônibus Está instalada em uma área construída de 8000 m2 à margem da rodovia BR 459 O projeto apresentou os seguintes objetivos 1 Otimizar o consumo de energia elétrica kWh e reduzir a demanda de potência kW principalmente no horário de ponta do sistema 2 Criar condições para que haja um efeito multiplicador nas demais indústrias do setor 3 Reduzir os custos operacionais pela adequação do uso de energia elétrica aumen tando a competitividade dos clientes 78 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 273 Metodologia adotada para implantação do projeto O Projeto proposto em sua fase inicial contou com uma Auditoria Energéti ca nas unidades industriais descritas anteriormente com foco nos sistemas de ilumi nação atualmente instalados com o objetivo de reduzir a demanda o consumo e a adequar os índices de iluminamento àqueles previstos na norma NBR 5413 Para a viabilização dos procedimentos de implementação das ações de efi cientização energética em 2003 os investimentos foram realizados pela CEMIG e re gidos por um Contrato de Desempenho específi co onde o objeto do contrato foi garantir a obtenção de economias de energia elétrica préestabelecidas apoiadas em medições específi cas ou em metodologias de cálculo apropriadas O Projeto foi desenvolvido de acordo com as etapas detalhadas a seguir ETAPA 1 Elaboração de Auditoria Energética A Auditoria Energética foi realizada por pessoal próprio da CEMIG em parce ria com os profi ssionais da METAGAL e teve como objetivo avaliar e identifi car em primeira análise as condições das instalações e os índices de iluminamento atuais nos diversos setores da empresa além da elaboração de projeto básico do sistema de iluminação substituto Com base nos resultados dos trabalhos de Auditoria Energética foram de fi nidos os escopos que compuseram o Projeto de Detalhamento do Sistema de Ilu minação realizado pela empresa de consultoria especializada contratada para este fi m ETAPA 2 Elaboração de Projeto Luminotécnico detalhado Com base nas informações obtidas na Etapa 1 foi elaborado o Projeto Lumi notécnico detalhado acompanhado de Relatório Técnico do Sistema de Iluminação onde constaram as medições e análises dos índices de iluminamento por setor antes e após a adoção de medidas além das recomendações necessárias à efi cientização dos sistemas atualmente instalados No Relatório Técnico constaram também propostas claras de medições di recionadas eou critérios metodologias que permitiram a aferição dos resultados alcançados após a implementação das medidas recomendadas 79 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ETAPA 3 Implementação das Medidas Selecionadas Estabelecidos os parâmetros que nortearam a parceria CEMIG METAGAL formalizados no Contrato de Desempenho assinado foram selecionados e contra tados os fornecedores de equipamentos serviços montagem especializada para a implementação das medidas nos sistemas de iluminação sob a supervisão das par tes envolvidas ETAPA 4 Avaliação dos Resultados Imediatamente após a implementação das medidas selecionadas foi inicia da a etapa de avaliação dos resultados A avaliação dos resultados foi feita através da comparação da situação atual e da prospectiva de acordo com medições específi cas eou critériosmetodologias constantes do Relatório Técnico produto da Etapa 2 devidamente discutidas e con solidadas entre CEMIG e a METAGAL Evidentemente os procedimentos de avaliação de resultados foram des critos e discriminados no Contrato de Desempenho assinado entre as partes bem como os critérios de remuneração dos investimentos realizados Previuse a aferição dos resultados por prazo equivalente à duração do Con trato de Desempenho ETAPA 5 Promoção Os resultados obtidos foram divulgados através de ações promocionais 274 Detalhes da implementação Pelas informações obtidas no local durante a realização do diagnóstico ener gético verifi couse que a indústria possuía sistemas de iluminação defi cientes em termos tecnológicos especialmente nas áreas industriais Estes sistemas eram compostos por lâmpadas fl uorescentes tubulares com potências de 40 W 20 W e de 110 W vapor de mercúrio de 400 W mistas de 250 W e vapor de sódio de 400 W sendo dispostas em luminárias comuns com reatores ele tromagnéticos Previuse então fazer a substituição com as seguintes considerações Substituição das lâmpadas de vapor de sódio da área fabril por lâmpadas de va por metálico para adequar esta área ao nível de iluminamento e ao índice de 80 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA reprodução de cor exigido pelo processo Substituição de todas as luminárias contendo lâmpadas fl uorescentes tubulares de 2x20W 1x40W 2x40W 4x40W 1x110W e 2x110W de baixo rendimento por luminárias de alta efi ciência com reatores eletrônicos e refl etores espelhados de 1x28W e 2x28W adequando o índice de iluminamento à norma NBR 5413 e pa dronizando todo o sistema por lâmpadas fl uorescentes tubulares tipo T5 com potência de 28W Substituição de todas as luminárias de baixa efi ciência com lâmpadas de vapor de mercúrio de 400W dos postes da área externa por luminárias de alta efi ciên cia com lâmpadas de vapor de sódio de 150W Substituição de todas as luminárias de baixa efi ciência com lâmpadas mistas de 250W dos galpões por luminárias de alto rendimento com lâmpadas de vapor metálico de 250W melhorando o nível de iluminamento geral e o índice de re produção de cor Retrofi t das luminárias das cabines de pintura devido às características de tama nho formato e proteção das mesmas Acréscimo de projetores na fachada da Empresa Figura 210 Comparativo dos sistemas em Conceição dos Ouros Um estudo preliminar realizado na instalação industrial objeto deste proje to apontou para a necessidade de adequação do sistema de iluminação atual con forme apresentadas nas tabelas a seguir 81 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Tabela 215 Sistemas de Santa Rita do Sapucaí Anterior Proposto Qtd Tipo de Luminária Potência kW Qtd Tipo de Luminária Potência kW 15 2 x 20 W 08 161 1 x 28 W 50 185 2 x 40 W 185 37 2 x 28 W 23 102 2 x 40 W E 102 82 2 x 28 W E 50 16 1 x 28 W E 05 25 4 x 40 W 50 23 2 x 28 W 14 11 1 x 110 W 14 10 2 x 28 W 06 10 2 x 110 W 25 20 2 x 28 W 12 24 Mercúrio 400 W 103 24 Sódio 150 W 42 133 Sódio 400 W 599 133 Metálico 400 W 599 505 1085 506 800 Observase que o sistema anterior de Santa Rita do Sapucaí consumia 56501 kWh mês e o sistema proposto passou a consumir 44296 kWhmês gerando uma economia média de 1465 MWhano e uma redução de potência igual a 28 kW Tabela 216 Sistemas de Conceição dos Ouros Anterior Proposto Qtd Tipo de Luminária Potência kW Qtd Tipo de Luminária Potência kW 15 2 x 20 W 08 9 1 x 28 W 028 3 4 x 40 W 03 3 1 x 28 W 01 55 1 x 40 W 28 55 1 x 28 W 17 117 2 x 40 W 117 61 1 x 28 W 19 83 2 x 28 W 50 47 4 x 40 W 94 40 2 x 28 W 24 7 4 x 40 W 14 7 2 x 28 W 04 12 1 x 110 W 15 28 2 x 28 W 17 12 2 x 110 W 30 8 2 x 28 W 05 158 Mista 250 W 395 65 Metálico 250 W 182 426 703 359 323 82 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Em Conceição dos Ouros o sistema anterior consumia 38268 kWhmês e com o sistema proposto passou a consumir 17171 kWhmês gerando uma economia de energia média de 253 MWhano e uma redução de potência igual a 38 kW Figura 211 Comparativo dos sistemas em Conceição dos Ouros Tabela 217 Lista de materiais utilizados Equipamento Qtd Potência Unitária W Potência Total W Lâmpada fl uorescente tubular trifósforo 28W 980 28 27440 Lâmpada elipsoidal vapor metálico 400W 133 400 53200 Lâmpada vapor de sódio tubular 150W 24 150 3600 Lâmpada vapor de sódio elipsoidal 250W 65 250 16250 Reator eletrônico alto fator de potência 1x28W 220V 304 3 912 Reator eletrônico alto fator de potência 2x28W 220V 338 5 1690 Reator eletromagnético para lâmpada vapor de sódio alto fator de potência 1x150W220V interno 24 25 600 Reator eletromagnético alto fator de potência 1x250W220V interno 65 30 1950 Reator eletromagnético alto fator de potência 400W 133 50 6650 275 Prazos e custos Este projeto foi realizado através de um contrato de desempenho seguindo os dados de economia previstos no diagnóstico energético foram determinados os seguintes critérios para o contrato 83 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Tabela 218 Detalhamento dos custos do projeto Projeto Investimento R Materiais e equipamentos lâmpadas luminárias reatores fi os e conectores 12009253 Mãodeobra para instalação dos equipamentos 2834564 Transporte 200000 Custos administrativos 290656 Total 15334473 Tabela 219 Características do contrato de desempenho Projeto Investimento R Valor máximo previsto para amortização mensal R 642963 Investimento Total R 15334473 Taxa de desconto 12 ao ano Número de parcelas 47 prestações 276 Resultados e benefícios alcançados Os trabalhos previstos no presente projeto tiveram como resultado após a implantação das medidas de otimização dos sistemas de iluminação da Metagal a redução das despesas com energia elétrica trazendo como benefício direto a redu ção dos custos específi cos de produção sendo o mesmo estendido a outras unida des da empresa Para alcançar estes objetivos algumas metas de economia foram quantifi cadas previamente trabalho este apoiado no diagnóstico energético realizado em conjunto com os profi ssionais da Metagal Com a implementação das medidas observouse que houve uma redução de energia em cerca de 400 MWhano com uma redução de demanda na ponta de 62 kW e de 66 kW fora da ponta A economia mensal foi utilizada em sua totalidade R 642963 para a amor tização do investimento realizado pela empresa Effi cientia 84 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 220 Benefícios alcançados e investimentos realizados Planta Resultados Demanda Deslocada na Ponta kW Energia Economizada MWhano Investimento R Santa Rita do Sapucaí 28 1465 6529612 Conceição dos Ouros 34 2531 5479673 Mãodeobra de ambas 3325188 Total 62 3996 15334473 BIBLIOGRAFIA ILUMINAÇÃO Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT Iluminância de interiores Especifi cação NBR 5413 Rio de Janeiro 1982 Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT Iluminação Terminologia NBR 5461 Rio de Janeiro 1990 Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT Verifi cação de iluminância de inte riores Procedimento NBR 5382 Rio de Janeiro 1985 Barbosa R Almeida J G P Manual de Iluminação Pública Efi ciente IBAM PROCEL Eletrobrás Rio de Janeiro 1998 Costa G J C Iluminação Econômica Cálculo e Avaliação EDIPUCRS Brasil 1998 Fonseca R S Iluminação Elétrica Editora McGrawHill do Brasil Brasil 1974 Garcia Jr E Instalações Elétricas Luminotécnica Editora Érica Brasil 1996 General Eletric Consumer Industrial Catálogo Geral de Produtos Brasil 2003 Helfont Reatores Eletromagnéticos e Eletrônicos Catálogo Brasil 2004 Intral Reatores Estabilizadores e Transformadores Catálogo Brasil 2005 Itaim Indústria Elétrica Itaim Comercial Ltda Catálogo de Luminárias Brasil 2003 Magalhães L C Orientações Gerais para Conservação de Energia em Prédios Públi cos Eletrobrás PROCEL 1ª Edição 2001 Ministério de Minas e Energia Procel Eletrobrás Manual de Iluminação Efi ciente Brasil 2002 85 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Moreira V A Iluminação Elétrica 1ª Edição Editora Edgard Blucher Ltda São Paulo 1999 Osram Produtos para Iluminação Geral Catálogo Brasil 2006 Philips Iluminação Guia de Iluminação Brasil 2004 Philips Manual de Iluminação Centro de Projetos e Engenharia de Iluminação Ho landa 1986 Santos A H M et alli Conservação de Energia Efi ciência Energética de Equipamen tos e Instalações 3ª edição Eletrobrás PROCEL Educação Universidade Federal de Itajubá Fupai Itajubá 2006 Sylvânia Lâmpadas Fluorescentes Boletim Técnico de Engenharia Brasil 1995 Sylvânia Iluminação Catálogo de Lâmpadas Brasil 2004 87 ACIONAMENTOS Capítulo 3 ACIONAMENTOS 31 INTRODUÇÃO Os desenvolvimentos iniciados com Nikola Tesla no fi nal do século XIX con duziram a uma extraordinária robusta confi ável e efi ciente máquina que quando bem especifi cada pode virtualmente ser aplicada em qualquer ambiente e condi ções de carga o motor de indução trifásico O motor de indução trifásico é uma máquina intrinsecamente efi ciente O formato da sua curva de rendimento revela um largo patamar que cobre uma faixa de 50 a 100 de carga com altos rendimentos Tal comportamento não é facilmen te encontrado em outras concepções de máquinas tais como as hidráulicas ou as térmicas onde o rendimento cai rapidamente quando se opera fora das condições nominais Porém se os motores de indução são máquinas efi cientes por que eles são considerados um grande potencial de economia de energia quando se realiza diag nóstico energético em uma indústria A resposta a esta questão se apóia em pelo menos dois fatores O primeiro é a grande quantidade de unidades instaladas Os motores de indução são responsá veis pelo consumo de aproximadamente 25 de toda a energia elétrica gerada no Brasil Bortoni 2006 88 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA a b Figura 31 Utilização da energia elétrica no Brasil a e na indústria b Estimase que existam mais de dois milhões de unidades instaladas as quais são responsáveis pelo consumo anual de algo em torno de cem milhões de mega watt horas Nestes termos um aumento de apenas 05 no rendimento do sistema motriz isto é o conjunto motorcarga é equivalente à construção de uma central geradora virtual de 120 MW Uma economia de quase duzentos milhões de dólares todos os anos O segundo fator é a má aplicação de um grande percentual das unidades instaladas Problemas de acoplamento mecânico tais como desalinhamento e ten são inadequada de correias problemas com limpeza e lubrifi cação e acima de tudo mau dimensionamento são exemplos de más aplicações as quais contribuem com redução do rendimento de todo o sistema motorcarga O sobredimensionamento isto é o uso de um motor com potência muito superior à necessária para o acionamento da carga conta com uma considerável par cela dos problemas de efi ciência encontrados na maioria das aplicações De acordo com um estudo do departamento de energia americano cerca de 40 dos motores instalados na indústria operam a 40 ou menos de sua capacidade nominal resul tando em uma aplicação inefi ciente Hurst 2007 Na verdade a prática do sobredimensionamento não é um problema de fal 89 ACIONAMENTOS ta de técnica mas de falta de informação O completo desconhecimento das carac terísticas dinâmicas da carga usualmente conduz à adoção de fatores de segurança generosos e especifi cações equivocadas No entanto descobrir se um motor está realmente sobredimensionado não é uma tarefa simples Mais complicado ainda é o processo de tomada de decisão se um motor suposto sobredimensionado pode ser substituído ou não já que ele en volve não somente a condição de operação em regime permanente mas também a dinâmica da partida e o comportamento térmico durante o ciclo de operação Este capítulo apresenta técnicas para avaliar se um motor está sobredimen sionado ou não considerando seu carregamento estático e dinâmico propondo so luções alternativas para aumentar a efi ciência de todo o sistema motorcarga 32 PERDAS E RENDIMENTO O motor de indução trifásico é um equipamento que baseado em fenôme nos eletromagnéticos converte energia elétrica em energia mecânica ou viceversa quando passa a se chamar gerador A Figura 32 mostra os principais componentes desta máquina Naturalmente esta conversão não é completa devido a uma série de perdas que ocorrem no interior da máquina durante este processo Tais perdas po dem ser agrupadas da seguinte forma perdas Joule no estator perdas Joule no rotor perdas no ferro perdas por dispersão e perdas por atrito e ventilação Figura 32 Partes constituintes de motores de indução trifásicos 90 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA As perdas por efeito Joule no estator PJ1 e no rotor PJ2 resultam da passagem de corrente elétrica pelos seus enrolamentos As perdas no ferro são constituídas pelas perdas por histerese e Foucault PHF A perda por histerese resulta da constante reorientação do campo magnético sobre o pacote de lâminas de açosilício já as perdas de Foucault são devidas às correntes induzidas no interior do material magnético que circulando produ zem perdas na forma de calor As perdas por histerese e Foucault ocorrem tanto na parte estacionária maior parcela como na parte girante do motor As perdas por atrito e ventila ção PAV ocorrem devido ao atrito nos rolamentos da máquina e pelo arrasto aerodinâmico provocado pela geometria irregular do rotor e pelo próprio ventilador por vezes instalado na ponta do eixo As perdas adicionais PAD ou por dispersão incluem todas as perdas não classifi cadas anteriormente e normalmente crescem com o carregamento da máquina A potência elétrica absorvida da rede Pel menos as perdas ΣP resulta na potência mecânica Pm disponível no eixo do motor O rendimento η será dado pela relação entre a potência mecânica e a potência elétrica As equações a seguir explicitam estas afi rmações Esta última expressão para a determinação do rendimento é mais usada princi palmente pela facilidade de se medir a potência elétrica em relação à potência mecânica A distribuição das perdas em um motor varia de acordo com o seu carre gamento A Figura 33 apresenta a relação de proporção e distribuição média das perdas em um motor operando em condições nominais Figura 33 Distribuição das perdas em um motor de indução trifásico 91 ACIONAMENTOS Fora das condições nominais entretanto a distribuição percentual das per das é totalmente diferente uma vez que o valor absoluto de cada componente das perdas totais varia signifi cativamente A Figura 34 mostra a evolução típica das per das de um motor de 15 cv de projeto padronizado em função da potência mecânica fornecida em seu eixo Figura 34 Distribuição das perdas em função da carga Observase que embora os valores percentuais das perdas variem ao longo da condição de carga a soma das parcelas das perdas por histerese e Foucault atrito e ventilação e adicionais permanecem praticamente constante enquanto as perdas Joule no estator e rotor variam com o quadrado do carregamento A Figura 35 mos tra esta distribuição de forma percentual Figura 35 Distribuição percentual das perdas em função da carga Além da distribuição das perdas variar em função da carga ela também varia 92 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA em função da potência do motor Observase que na Figura 36 que para potências maiores percentualmente as perdas Joule são menores e as perdas por Histerese e Foucault são maiores do que para os motores de menores potências Figura 36 Distribuição percentual das perdas nominais em função da potência do motor 33 MOTOR DE ALTO RENDIMENTO Os motores de alto rendimento se apresentam como uma alternativa para a economia de energia em sistemas motrizes muito embora não sejam as soluções de fi nitivas para todos os problemas energéticos relacionados aos motores de indução posto que são tão suscetíveis a fatores exógenos condições do alimentador método de partida ambiente de trabalho etc quanto os motores de projeto padronizado A principal característica destes motores é a melhoria em pontos vitais do mo tor onde se concentram a maioria das perdas Como exemplo podese citar o aumento da quantidade de cobre nos enrolamentos do estator incluindo o projeto otimizado das ranhuras e o superdimensionamento das barras do rotor para diminuir as per das por efeito Joule diminuição da intensidade de campo magnético e utilização de chapas magnéticas de boa qualidade para reduzir as perdas no ferro e a corrente de magnetização emprego de rolamentos adequados e otimização do projeto dos venti ladores para diminuir as perdas por atrito e ventilação e fi nalmente regularidade do entreferro melhoria no isolamento e tratamento térmico das chapas do estator e do rotor para reduzir as perdas adicionais Estas medidas podem acarretar uma redução de até 30 das perdas o que signifi ca uma real economia de energia A norma NBR7094 apresenta rendimentos mínimos para motores de pro jeto padronizado e motores de alto rendimento para diversas rotações síncronas A fi gura a seguir mostra uma representação gráfi ca destes valores 93 ACIONAMENTOS Figura 37 Rendimentos mínimos de motores de acordo com a norma NBR7094 A Motores de alto rendimento B Motores de projeto padronizado Um grande potencial de aplicação de motores de alto rendimento pode ser encontrado no acionamento de pequenas máquinas muitas vezes colocadas à mar gem em estudos de efi cientização energética já que é comum imaginar que motores com potência inferior a 10 cv são pequenos demais para viabilizar a sua substituição Porém devese ter sempre em mente que estes motores contam com uma fatia de 85 dos motores instalados contribuindo com cerca de 25 de todo o consumo industrial e que a melhoria de efi ciência em um motor de pequeno porte pode ser de 5 a 10 pontos percentuais enquanto que este ganho para grandes motores é da ordem de apenas 2 a 4 pontos percentuais Cerca de dois milhões e quinhentos mil motores de indução trifásicos foram vendidos no mercado brasileiro nos últimos vinte anos A Figura 38 mostra a distri buição percentual destes motores por faixa de potência Notase que quase 90 dos motores vendidos se encontram entre 0 e 10 cv justamente na faixa de potência onde se observam os maiores ganhos de rendimento nos motores de projeto efi ciente Figura 38 Distribuição de motores vendidos por faixa de potência 94 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Enquanto os motores com potência inferior a 10 cv contam com a maior par cela das unidades instaladas os motores com potência superiores são os respon sáveis pela maior parte da potência instalada Por outro lado a experiência mostra que apesar da economia por unidade de potência ser maior nos motores de menor potência o tempo de operação e a potência instalada viabiliza o uso de motores de alto rendimento também em substituição aos motores de projeto padronizado de maiores potências 34 ANÁLISE DE CARREGAMENTO A análise de desempenho de um motor pode ser realizada aplicando méto dos normalizados ou não Os métodos normalizados mais aplicados são os defi nidos pelas normas IEEE 112B IEC 342 e JEC 37 Boglietti 2003 Uma vez obtidas as cur vas características dos motores o rendimento de operação e carregamento pode ser encontrado em campo através de medições de corrente e velocidade Entretanto em função de premissas adotadas em cada um destes métodos os mesmos conduzem a valores diferentes de rendimento quando aplicados a um mesmo motor A Figura 39 mostra o resultado da medição de rendimentos de moto res de diversas potências através da aplicação de diferentes procedimentos normali zados Andreas 2003 Figura 39 Discrepâncias de resultados sob diferentes normas Em geral o problema da determinação das condições de operação de um motor tem sido reduzido a um problema de medição de rendimento Uma vez que a aplicação de métodos normalizados em campo é impraticável vários trabalhos tra zendo novas modelagens sistemas de medição e métodos nãonormalizados para determinação de rendimento em campo têm sido apresentados 95 ACIONAMENTOS A questão natural que se apresenta é Se mesmo os métodos normalizados os quais são aplicados em laboratórios em condições ambientais e elétricas contro ladas conduzem a diferentes valores de rendimento quando aplicados a um mesmo motor o que se pode dizer da exatidão de um método aplicado em campo Não há dúvida de que esta questão poderá ser resolvida em um futuro próxi mo mas por hora se a premissa de que os motores de indução trifásicos são máqui nas intrinsecamente efi cientes for adotada não há a necessidade de se obter o valor do rendimento em campo É fato que um motor bem dimensionado irá trabalhar em sua melhor região de operação Na verdade o conhecimento do valor do rendimen to é importante quando se deseja realizar análises econômicas de substituição de motores reparo ou compra de um novo motor Sendo assim o invés de usar métodos nãonormalizados para se obter em campo um valor discutível do rendimento o que se faz é determinar o Fator de Car regamento do motor para a sua pior condição de operação mais severa Se o Fator de Carregamento for maior que 75 o motor pode ser considerado adequado para o propósito a que se destina O Fator de Carregamento Fc pode ser facilmente estimado através de medi ções de campo usando as seguintes expressões 31 Ou 32 Nestas expressões n é a rotação rpm e I é a corrente de linha A Os índices t N S e 0 signifi cam trabalho nominal síncrona e em vazio respectivamente Tacô metros ópticos estroboscópicos e amperímetros alicate são os equipamentos ideais para a condução destas medições em campo Ambas as equações são baseadas em dados de placa e em valores medidos Elas apresentam muito boa conformidade na região de operação entre 50 e 100 da plena carga A primeira equação pode ser melhorada aplicando o quadrado da relação entre a tensão de trabalho e a tensão nominal enquanto a aplicação da se gunda expressão exige o conhecimento da corrente em vazio Caso esta não possa ser medida seu valor pode ser obtido com boa aproximação através da seguinte expressão 96 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 33 Onde Io é a corrente em vazio em percentagem da nominal p é o número de pares de pólos do motor e PN é a sua potência nominal em cv Uma estimativa do rendimento de operação pode ser feita com a medida da potência elétrica PE kW requerida da rede usando um wattímetro alicate atra vés da seguinte expressão 34 Como afi rmado anteriormente se o fator de carregamento for maior que 75 o motor poderá ser considerado adequado para a carga que aciona Este valor foi escolhido baseado em diversos fatores dentre os quais por saber que o rendi mento máximo de um motor não se encontra à plena carga mas em algum ponto entre 80 e 90 de carregamento Sendo assim o rendimento a 75 de carga será praticamente o mesmo a plena carga Adicionalmente a adoção de um fator de se gurança não maior do que este é sempre bemvindo Entretanto um fator de carregamento menor que 75 embora apresente indícios não garante que o motor esteja sobredimensionado A análise de carre gamento concerne apenas ao regime permanente Antes de se tomar uma decisão mais defi nitiva devemse realizar análises relacionadas ao regime transitório de par tida e análise térmica 35 ANÁLISE DO PROCESSO DINÂMICO O sobredimensionamento de motores pode ocorrer na operação normal dos sistemas industriais quando após a queima de um motor o mesmo seja substi tuído por outro de maior potência Entretanto isto também pode ocorrer durante a fase de especifi cação de um novo motor devido à falta de informações a respeito do comportamento dinâmico do motor ou da própria carga acionada Por outro lado mesmo sabendose que um motor está sobredimensionado a mesma falta de informação torna a tomada de decisão pela substituição de um motor mais adequado uma tarefa muito difícil posto que muitas vezes o sobredi mensionamento de um motor é uma real necessidade para a partida e aceleração de cargas de alta inércia e de alto conjugado resistente A questão é O motor novo de menor potência será capaz de atender as necessidades do processo de partida 97 ACIONAMENTOS O fato é que ninguém pode responder a esta questão com um nível mínimo de confi ança sem o conhecimento das características dinâmicas da carga que são o torque em função da velocidade e o momento de inércia Para resolver esta questão apresentase a seguir um método para determi nar as características dinâmicas da carga através do registro da velocidade do con junto motorcarga após o desligamento do motor existente A equação que governa o sistema dinâmico Segunda Lei de Newton para o movimento curvilíneo é 35 Onde MM e MC são os conjugados do motor e carga Nm respectivamente J é o mo mento de inércia kgm2 e dndt é a taxa de variação da rotação rpms A curva de conjugado da carga será considerada da seguinte forma 36 Onde K1 Nm e K2 Nmrpmx são constantes e x representa a dependência do con jugado da carga com a velocidade O primeiro passo para a caracterização da curva de conjugado da carga é descobrir qual o valor de x Quatro valores de x são considerados dependendo do tipo de carga A Tabela 31 apresenta os valores de x e os tipos de carga associadas Tabela 31 Valores de x e tipos de cargas associadas x Carga 0 Cargas constantes guinchos esteiras e bombas de deslocamento 1 Cargas lineares compressor pistão 2 Cargas quadráticas bombas ventiladores e compressores centrífugos 1 Cargas hiperbólicas tornos bobinadeiras e moendas O segundo passo é determinar o momento de inércia o que é feito usando a expressão 37 aplicada à curva velocidadetempo no exato instante de desligamen to como apresentado a seguir 98 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 310 Comportamento da velocidade do motor após desligamento O momento de inércia do conjunto motorcarga pode ser obtido resolvendo a expressão 37 utilizando 31 37 Onde dndt é a taxa de variação da velocidade a qual pode ser obtida gráfi ca ou nu mericamente PN é a potência nominal do motor cv O terceiro passo é determinar os coefi cientes K1 e K2 da curva do conjugado da carga Isto é feito usando a mesma curva velocidadetempo após o desligamento do motor como mostrado na Figura 311 Figura 311 Curva velocidadetempo após desligamento do motor 99 ACIONAMENTOS As equações 35 e 36 podem ser reescritas para cada ponto da Figura 311 As derivadas podem ser substituídas por diferenças Posto que o motor esteja desligado seu conjugado é zero O número de pontos da curva conduz a um sistema de equações a partir do qual os valores de K1 e K2 podem ser determinados usando por exemplo o método dos mínimos quadrados 38 Uma vez caracterizada a curva de conjugado da carga podese calcular o tempo de partida para ambos os motores existente e proposto O cálculo do tempo de partida para o motor existente serve para validar o modelo de carga obtido O tempo de partida é dado por 39 A curva de conjugado do motor é obtida através de dados de fabricantes tais como conjugado de partida conjugado máximo conjugado nominal e conjugado nulo à rotação síncrona Para o motor novo a rotação de trabalho é estimada pela interseção da curva de conjugado do motor com a curva de conjugado da carga previamente determinada Grafi camente a integral pode ser obtida calculandose a área sob a curva da função 1MMMC como mostra a fi gura a seguir Figura 312 Integração gráfi ca para o cálculo do tempo de partida Um tempo de partida para o motor proposto maior do que o seu tempo de rotor bloqueado indica que o motor proposto é incapaz de atender as necessidades do processo de partida descartando a possibilidade da sua aplicação 100 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Por outro lado um tempo de partida menor do que o tempo de rotor blo queado não garante que o motor atual possa ser substituído pelo motor propos to já que existem regimes de operação Sucessivas partidas e paradas exigem o sobredimensionamento do motor por questões térmicas Um procedimento sim plifi cado para verifi car o comportamento térmico de um motor é apresentado a seguir 36 ANÁLISE TÉRMICA O conhecimento de que um motor está operando com baixo fator de carre gamento e com um tempo de partida muito aquém do seu tempo de rotor bloquea do são indicativos de sobredimensionamento mas não são argumentos sufi cientes para declarar se um motor está ou não sobredimensionado Além destes fatores uma análise térmica sobre todo o regime de operação do motor se faz necessária O desenvolvimento de um modelo térmico completo é muito complexo No entanto um modelo simplifi cado conservador pode ser construído considerando que a elevação de temperatura é proporcional ao quadrado da corrente de opera ção Por outro lado a diferença de temperatura do motor em relação à do ambiente aliada à rotação do motor são as principais variáveis relacionadas à troca de calor Entretanto considerando o motor como um corpo homogêneo a elevação de temperatura sobre a temperatura ambiente Δθ em um determinado período é resultado do somatório de duas componentes uma componente crescente devido ao carregamento do período em análise e outra componente decrescente da tem peratura fi nal do período anterior 310 Onde ΔθF C é a elevação fi nal de temperatura que na condição de operação do período em análise o motor alcançaria em regime permanente Δθ0 C é a elevação fi nal de temperatura do período anterior t s é a duração do período em análise TA s é a constante de aquecimento do motor Os valores de ΔθF e TA são mostrados na Tabela 32 101 ACIONAMENTOS Tabela 32 Valores de ΔθF e TA Período de operação ΔθF C TA s Partida Autoventilado 15 a 25TAR Ventilação forçada TAR Carga TAR Vazio TAR Parado 0 Autoventilado 15 a 25TAR Ventilação forçada TAR Nesta tabela IP é a corrente de partida A nP é a rotação média na partida rpm TAR é a constante de tempo nominal s obtida de fabricantes para cada carca ça de motor e número de pólos ΔθLIM é a máxima elevação de temperatura admissí vel pela classe de isolamento do motor 37 O QUE FAZER COM MOTORES SOBREDIMENSIONADOS Depois de aplicar as metodologias apresentadas podese encontrar dois ti pos de motores sobredimensionados os motores que podem ser substituídos por outro de menor potência e aqueles cujo sobredimensionamento é uma real neces sidade do processo devido ao ciclo de carga ou à requisitos de partida No primeiro caso uma análise de viabilidade econômica deve ser emprega da para saber se o motor pode ser imediatamente substituído ou devese esperar a sua queima para que a sua substituição seja realizada A resposta à esta questão é bem simples o motor sobredimensionado deve ser imediatamente substituído se a economia das perdas ao longo de sua vida residual for sufi ciente para pagar o motor novo ou seja 311 Onde INOVO é o custo de investimento no motor novo TR é a vida residual do mo tor existente anos e E é a economia anual com a instalação de um motor melhor dimensionado dado por 102 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 312 Onde H é o número de horas de operação por ano h TE é a tarifa da energia kWh ηVelho e ηNovo são os rendimentos estimados de operação dos motores velho e novo respectivamente Uma vez que o motor velho ainda está operacional podese usar seu valor residual para impulsionar a viabilidade econômica Naturalmente isto é válido quan do o motor não for descartado mas usado em outro acionamento mais adequado para explorar a sua capacidade nominal Por outro lado quando o sobredimensionamento for uma real necessidade devese buscar soluções tecnológicas A redução da tensão de alimentação com a aplicação de eletrônica de potência ou pelo chaveamento da conexão dos enrola mentos do estator têm se mostrado soluções econômicas quando o motor fi ca le vemente carregado Um levantamento experimental realizado mostra que em geral para um fator de carregamento menor do que 45 a conexão estrela é energetica mente mais vantajosa do que a conexão triângulo Ferreira 2005 O desligamento do motor é uma alternativa que deve ser considerada quan do o motor trabalha em vazio Juntamente com restrições térmicas e de perda de vida devido a partidas seqüenciais o desligamento se torna interessante quando a energia consumida durante o processo de partida for menor do que o consumo de energia durante o período de operação em vazio De maneira simplifi cada o motor poderá ser desligado quando a seguinte expressão for verdadeira 313 Onde tP é o tempo de partida tv período de operação em vazio kC é uma constante associada à categoria do motor Seu valor pode ser 135 200 ou 250 para motores de categoria D H ou N respectivamente 38 ECONOMIA DE ENERGIA COM O USO DE CONTROLADORES DE VELOCIDADE Ao se analisar a efi ciência do motor de indução percebese que o mesmo está inserido em um sistema onde o rendimento total do processo depende de cada uma de suas partes componentes O uso racional dos recursos existentes mediante 103 ACIONAMENTOS pequenos e médios investimentos ou mesmo através da adoção de medidas ope rativas pode trazer grandes benefícios e reduzir substancialmente os gastos com energia Este é o caso típico do acionamento em bombas ou ventiladores Atualmen te aproximadamente 63 das aplicações dos motores nas indústrias são destinadas à movimentação de fl uidos Nestes casos o controle de velocidade dos motores em substituição aos tradicionais métodos de controle de fl uxo permite otimizar e ade quar as condições de operação da bomba ou ventilador para cada valor de vazão desejado reduzindo perdas ruídos e desgastes mecânicos Existem vários métodos de controle de velocidade dentre os quais pode se empregar inversores de freqüência e controle de tensão para motores com rotor em gaiola ou a cascata subsíncrona e variação da resistência rotórica no caso de motores de indução com rotor bobinado Cuidados devem ser considerados com o nível de harmônicos gerados pelos sistemas de controle de velocidade devendose utilizar fi ltros especiais nos casos mais críticos O controle de fl uxo de fl uídos em sistemas industriais comumente é feito através do uso de válvulas de controle nas bombas e dampers nos ventiladores que de fato cumpriam esta tarefa à custa da inserção ou retirada de perdas de carga Por outro lado tais cargas centrífugas são regidas pelas chamadas Leis de Afi nidade que estabelecem uma relação linear quadrática e cúbica da vazão pressão e potência respectivamente em relação à rotação Sendo assim ao invés de controlarse o fl uxo através da inefi ciente inserção de perdas podese fazêlo através do controle da velocidade de motores empregan do inversores de freqüência Esta prática se constitui em um grande potencial de economia de energia já que as cargas centrífugas respondem por mais de 60 das aplicações de motores na indústria A fi gura a seguir ilustra o chamado Campo Básico de uma bomba centrífuga que mostra os rendimentos de operação da bomba no lugar geométrico represen tado no plano PressãoVazão para cada rotação de trabalho Gráfi cos semelhantes também podem ser obtidos para ventiladores 104 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 313 Campo básico de uma bomba centrífuga A potência elétrica demandada em cada ponto de operação é dada por 314 Onde P é a potência elétrica kW Q é a vazão m3h H é a pressão m ρ é a massa específi ca do fl uido kgm3 g é a aceleração da gravidade ms2 ηM é o rendimento do motor pu e ηB é o rendimento da bomba A economia obtida na operação com rotação variável em lugar do uso de vál vulas de restrição pode ser visualizada na Figura 314 Para uma determinada vazão Q ou operase com restrição de válvula conduzindo ao ponto 1 ou operase com redução de velocidade levando ao ponto 2 105 ACIONAMENTOS Figura 314 Operação com válvula de estrangulamento 1 e com rotação variável 2 Estes dois pontos correspondem a uma mesma vazão porém com pressões diferentes H1 e H2 Por estar a uma pressão maior o ponto 1 resultará em uma maior potência demandada em relação ao ponto 2 e conseqüentemente a um maior con sumo de energia A economia com o uso de um controle de velocidade em substi tuição de uma válvula ΔE é dada como uma função da parcela ΔH ponderado pelo número de horas t que opera nesta condição 315 Outra técnica também utilizada para controle de vazão utilizando válvulas é o sistema chamado recirculação Neste sistema a bomba opera 100 do tempo com vazão máxima sendo que a parcela excedente à requerida pelo processo é sim plesmente desviada e devolvida à sucção através de uma válvula bypass conecta da imediatamente à saída da bomba Este procedimento claramente se caracteriza como um processo inefi ciente já que a bomba trabalhará com uma potência superior à requerida pelo processo Neste caso a economia obtida com a operação da bomba em rotação variá vel em lugar da operação da válvula bypass é dada pela eliminação da parcela de vazão desviada podendo ser calculada através da seguinte expressão 316 106 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 39 CASO 1 SUBSTITUIÇÃO TECNOLÓGICA NA BUAIZ 391 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência com a subs tituição de motores elétricos na Buaiz SA Indústria e Comércio uma empresa do ramo alimentício localizada em Vitória ES A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A4 com demandas contratadas iguais a 1450 kW no horário fora de ponta e no horário de ponta 392 Apresentação e objetivos O caso da Buaiz Alimentos representa uma das ações de efi ciência energética mais representativas para aplicação na indústria A substituição de motores antigos por novos com maior rendimento baseiase na mudança tecnológica e no correto dimensionamento dos motores para suas aplicações Para selecionar os motores que representam potencial de economia na subs tituição é necessário conhecer as características de funcionamento no regime de operação e as especifi cações técnicas dos equipamentos Neste caso foram estudados 192 motores totalizando uma potência de 3250 cv com potência variando entre 3 e 125 cv e distribuídos conforme o gráfi co abaixo Figura 315 Distribuição dos motores estudados 107 ACIONAMENTOS Notase que os motores entre 5 e 10 cv somam quase 45 da quantidade porém representam 20 da potência instalada Da mesma forma os motores entre 50 e 125 cv são 6 em quantidade e 27 da potência instalada Do ponto de vista da economia obtida com o aumento do rendimento do motor os resultados mostram que apesar da economia por cv ser maior nas potências menores as horas de operação e potência instalada compensam a economia de energia nos motores maiores Verifi case que o correto dimensionamento dos motores está diretamente relacionado com a efi ciência do uso da energia Entretanto para garantir o bom fun cionamento e longevidade dos equipamentos instalados mantendo a melhor rela ção rendimento versus tempo de operação recomendase um cuidado especial na especifi cação dos motores como grau de proteção classe térmica categoria plano de pintura vedações etc já que historicamente grande parte das causas de falhas de motores elétricos está relacionada a problemas nas suas especifi cações Sendo assim todo trabalho de avaliação dos motores para eliminação dos desperdícios de energia deve necessariamente conter uma avaliação do motor com relação às características da aplicação ambiente de trabalho processo e projeto da máquina acionada Além da análise da especifi cação dos motores o estudo deve ser capaz de identifi car aplicações problemáticas ou que possuam equipamentos de tecnologia ultrapassada e propor soluções que otimizem os custos e melhorem o processo au mentando a produtividade e confi abilidade Substituição de sistemas mecânicos de variação de velocidade e regulagem de vazão de bombeamento por sistemas elétri cos eletrônicos são alguns exemplos que podem ser objetos do estudo Um motor pode ser considerado bem dimensionado quando consome po tência numa faixa entre 75 e 100 de sua potência nominal Assim após avaliações um motor que esteja operando fora dessa faixa de carregamento é em princípio um candidato potencial a ser substituído por um motor melhor dimensionado Motores antigos e sobredimensionados que apresentam um histórico de vá rias queimas têm as perdas aumentadas Normalmente também apresentam rendi mentos abaixo dos motores atuais Além de melhor rendimento os motores atuais possuem melhores características de projetos construtivos que otimizam as distri buições térmicas garantindo um maior isolamento elétrico A metodologia proposta pela WEG para realizar este tipo de ação será apre sentada a seguir 108 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 393 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia aplicada para a implementação das medidas de efi cientiza ção energética em motores foi dividida em 5 etapas que estão descritas abaixo Etapa 1 Análise dos dados e defi nição dos motores potencialmente inefi cientes A partir dos dados de placa dos motores e das medidas de corrente em regime per manente do universo de motores de interesse no projeto determinouse os casos potenciais em função dos carregamentos calculados Etapa 2 Visão geral dos processos Para conhecer as variações de carga sobre os motores é importante levantar o regime de trabalho e a aplicação dentro dos pro cessos de fabricação Desta forma foi possível avaliar as condições de trabalho e fazer uma correta especifi cação aumentando o tempo médio de utilização entre as falhas MTBF Medium Time Between Failure Etapa 3 Diagnóstico das condições operacionais No universo de equipamentos avaliados a partir da análise dos dados e da visão geral dos processos identifi couse os motores que estão sobredimensionados para atender as condições de carga em regime eou durante a partida bem como os motores subdimensionados Nesta eta pa foram utilizados analisadores de energia para monitorar as curvas de carga para melhor dimensionar os motores elétricos em cada aplicação Etapa 4 Substituição dos motores Seguindo as orientações do estudo foram feitas modifi cações nas bases dos motores antigos para receber os novos na mesma po tência ou com potência inferior Durante a realização deste trabalho o alinhamento é um fator fundamental a ser observado para reduzir perdas por atrito no acoplamen to e para reduzir despesas com manutenção Etapa 5 Medições para a avaliação de resultados Da mesma forma que foram reali zadas as medições antes da implementação as medições com os novos equipamen tos permite comparar os resultados obtidos pelo projeto 394 Detalhes da implementação Teoricamente a energia elétrica economizada pela substituição de motores é a diferença do inverso dos rendimentos multiplicada pela potência mecânica e pelo tempo de operação As considerações do carregamento no ponto de operação devem ser levadas em conta para determinar os parâmetros do fator de potência e o próprio rendimento 109 ACIONAMENTOS Na prática a forma de calcular a economia gerada pela substituição dos mo tores se dá pela comparação entre as medições do motor velho e do motor novo em uso Considerando o tempo de utilização dos motores e o custo da energia é possível calcular a economia obtida Tomando como exemplo a medição realizada em um dos ventiladores so bredimensionados temse a curva de carga da fi gura abaixo de um motor padrão de 4 pólos com potência igual a 52 cv 383 kW Conhecendo a curva de corrente pelo carregamento do motor através de catálogos e os dados nominais é possível se determinar o carregamento do motor pela medida da potência fornecida no ponto de operação Figura 316 Motor antigo de 383 kW 4 pólos ventilador L629 Desta forma a partir da curva de carga do equipamento acionado das infor mações do motor mais o parecer do operador a respeito do processo foi concluído que este motor está sobre dimensionado e foi sugerida a melhor solução técnica e econômica para a aplicação Neste caso a solução foi a repotenciação com a instalação de um motor de 40 cv de alto rendimento com uma redução de aproximadamente 25 na potência instalada 110 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 317 Instalação e curva de carga do motor TAG L630 O motor de 30 cv instalado na área de benefi ciamento foi substituído por outro de 20 cv e resultou em uma economia de 9950 kWh por ano Figura 318 Instalação e curva de carga do motor TAG SG 401 Em um dos silos foi realizada a substituição do motor de 52 cv por outro de alto rendimento de 50 cv gerando uma economia de 4135 kWh por ano 111 ACIONAMENTOS Figura 319 Instalação e curva de carga do motor TAG MSS 003A O motor padrão de 75 cv instalado na área de transporte de produtos foi substituído por outro de alto rendimento na mesma potência gerando uma econo mia de 16760 kWh por ano Figura 320 Instalação e curva de carga do motor TAG M 137 O motor de 15 cv tipo padrão instalado em outro moinho foi substituído por outro de alto rendimento gerando uma economia de 7500 kWh por ano 112 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 395 Prazos e custos Este trabalho realizado na forma de uma consultoria oferecida pela WEG teve um período de avaliação e estudos que levou 2 meses para ser concluído Na fase de substituição dos motores foi feita uma programação de trabalho aos fi nais de semana de forma que não houvesse interrupção do processo produti vo Assim a instalação dos 179 motores durou 4 meses As despesas com instalação incluíram a mãodeobra para substituições dos motores e os custos para realizar as modifi cações das instalações O investimento nos equipamentos foi de aproximadamente R380 mil para uma potência total de 2868 cv 396 Resultados e benefícios alcançados As alterações sugeridas compreenderam a substituição de Motores Elétricos de Indução do tipo Standard por outros do tipo Alto Rendimento Plus A tabela a seguir apresenta os resultados obtidos neste projeto Tabela 33 Resultados Obtidos Sistema Atual Quantidade de motores 179 Potência cv 2920 Energia Consumida MWhano 7150 Sistema Proposto Quantidade de motores 179 192 estudados Potência cv 2868 Energia Consumida MWhano 6411 Resultados Obtidos Redução de potencia kW 3640 Energia Economizada MWhano 739 Retorno de Investimento 2 anos e 4 meses Economia 103 Nota a tabela anterior contém somente os motores em que o retorno de investimento se enquadrou dentro dos parâmetros defi nidos pelas empresas em questão 113 ACIONAMENTOS Outros benefícios gerados pelo estudo de engenharia de aplicação Otimização da relação custo X benefícios dos motores Melhoria da disponibilidade e efi ciência da planta através da identifi cação e atu ação sobre os motores obsoletos e de difícil manutenção Garantia da efi ciência no uso adequado da energia Identifi cação e adequação de motores com elevados custos de manutenção de vido a freqüentes falhas em função da má especifi cação Redução das demandas de manutenção Disseminação do conceito importância da correta especifi cação dos equipa mentos 310 CASO 2 SUBSTITUIÇÃO POR ALTO RENDIMENTO E INVERSORES NA COCELPA 3101 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência com a substi tuição de motores elétricos na Cocelpa Companhia de Celulose e Papel do Paraná uma empresa do ramo de Papel e Celulose localizada em Araucária PR A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A4 com demandas contratadas iguais a 5000 kW no horário fora de ponta e 4000 kW no horário de ponta 3102 Apresentação e objetivos As medidas para redução do desperdício e aumento da efi ciência no uso de energia que foram implementadas na Cocelpa estão divididas em suas áreas A pri meira referese ao aumento da efi ciência pela substituição do motor padrão pelo alto rendimento e seu acionamento A segunda referese à aplicação de inversores de freqüência aplicados no acionamento de um fi ltro circular no processo de seca gem instalados na máquina de papel e outro no motor da bomba de captação Foram estudados 28 motores entre bombas ventiladores e fi ltros com po tência de 30 cv até 350 cv que funcionam praticamente 24 horas por dia A fi gura a seguir apresenta estes motores 114 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 321 Motores estudados O estudo de viabilidade mostrou que o tempo de retorno do investimento seria de um ano e nove meses para todos os motores Foi optado por substituir um grupo de sete motores numa primeira etapa de implementação totalizando 1600 cv Exceto um motor que foi substituído por potência menor todos os outros tiveram a potência mantida Figura 322 Motores substituídos 115 ACIONAMENTOS Pelas informações dos cálculos dos motores que foram substituídos o resu mo da economia energética obtida mostra que os motores de maior potência con tribuíram com a maior parte da economia 3103 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia usada neste trabalho contou com uma fase de estudos preli minares de viabilidade sendo escolhido um grupo de motores que possuía regime operacional constante e que pelo ano de fabricação indicavam uma relação de peso por kW alta ou seja os motores mais antigos apresentavam rendimentos inferiores portanto foram os principais candidatos para substituição tecnológica As observações do processo também indicaram as possibilidades de aplica ções de inversores de freqüência onde havia necessidade de variação de fl uxo Neste sentido foram escolhidos alguns acionamentos para serem substituídos reduzindo assim o índice de falhas para serviços de manutenção e perdas de produção 3104 Detalhes da implementação Entre os motores que foram substituídos por outros de alto rendimento está a bomba da caldeira de recuperação mantendo a potência de 250 cv A fi gura mostra um motor semelhante ao que foi substituído ao fundo e o motor atual de alto rendimento à frente Figura 323 Bomba da caldeira de recuperação O outro motor substituído foi o do acionamento do exaustor de tiragem do forno de cal com potência de 350 cv 116 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 324 Exaustor do forno de cal Os fi ltros circulares existentes numa máquina de produção de papel tem a função de retirar a umidade da massa de celulose no processo Isto ocorre através da passagem de um fl uxo de ar por dentro dos cilindros perfurados que estão em contato com esta massa e retiram a água pelo vácuo feito no seu interior O acionamento destes fi ltros necessita de um controle de velocidade e tor que que é feito por uma caixa de redução de velocidades acoplada ao eixo do motor O controle de velocidade é realizado mecanicamente através de uma alavanca que pressuriza o óleo para dentro do acoplamento hidráulico 5 O acoplamento do re dutor de velocidade ao eixo do fi ltro é feito por correias 6 O conjunto do acionamento tem uma proteção 1 sobre a carcaça do mo tor para reduzir a contaminação interna A refrigeração do acoplamento hidráulico é feita com água que fi ca armazenada num reservatório 3 e circula pela tubulação lateral 4 Já a lubrifi cação do acoplamento hidráulico é feita com óleo que fi ca arma zenado em outro reservatório acima 2 Na intervenção sobre este equipamento foi proposta a substituição do con trole de velocidade mecânico por inversor de freqüência e a utilização de um motor da linha alto rendimento WELL com maior proteção contra agentes externos como contaminantes e água Um fator decisivo para esta aplicação foi a eliminação do uso de óleo para o acionamento no local evitando assim contaminações do efl uente A confi abilidade operacional do equipamento na nova situação evitou paradas não programadas 117 ACIONAMENTOS Figura 325 Acionamento dos Filtros antes da implementação O bombeamento de água no ponto da captação na situação original era re alizado sem controle do volume captado havendo um volume excedente que retor nava ao rio por uma tubulação chamada de recirculação Este volume captado a mais signifi cava um desperdício de energia que poderia ser evitado com a instalação de um controle da vazão Figura 326 Bomba de Captação Nesta situação também foi proposta a aplicação do inversor de freqüência com o motor de alto rendimento 3105 Prazos e custos A fase de estudos de engenharia para a substituição dos motores levou 45 dias incluindo o período de medições em campo e a avaliação dos dados 4 118 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A implementação da obra foi programada em etapas de acordo com os equi pamentos e valores de investimento envolvidos Os custos com mãodeobra são os custos de mercado e o investimento na compra dos equipamentos foi de aproximadamente R380 mil relativa a uma potên cia total de 1475 cv 3106 Resultados e benefícios alcançados As alterações sugeridas compreendem a substituição de motores elétricos de indução tipo padrão por outros de alto rendimento Os resultados gerais espera dos estão resumidos na tabela a seguir Tabela 34 Resultado global esperado Sistema Atual Quantidade de motores 07 Potência cv 1600 Energia Consumida MWhano 11155 Sistema Proposto Quantidade de motores 07 Potência cv 1475 Energia Consumida MWhano 9961 Resultados Esperados Redução de potencia kW 9544 Energia Economizada MWhano 1194 Retorno de Investimento 1 ano e 8 meses Economia 107 Nota a tabela contém somente os motores em que o retorno do investimento se enquadrou dentro dos parâmetros defi nidos pelas empresas em questão Outros benefícios gerados pelo estudo de engenharia de aplicação 1 Otimização da relação custo X benefícios dos motores 2 Melhoria da disponibilidade e efi ciência da planta através da identifi cação e atua ção sobre os motores obsoletos e de difícil manutenção 119 ACIONAMENTOS 3 Garantia da efi ciência no uso adequado da energia 4 Identifi cação e adequação de motores com elevados custos de manutenção devi do a freqüentes falhas em função da má especifi cação 5 Redução das demandas de manutenção 6 Disseminação do conceito importância da correta especifi cação dos equipamentos 311 CASO 3 CONTROLE DA VELOCIDADE DE VENTILADORES NA SANTHER 3111 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência com o uso de inversores de freqüência na Fábrica de Papel Santa Therezinha SA SANTHER uma empresa do ramo de Papel Sanitário localizada em Governador Valadares MG A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do sub grupo A4 com demandas contratadas iguais a 4950 kW no horário fora de ponta e no horário de ponta 3112 Apresentação e objetivos A Fábrica de Papel Santa Therezinha SANTHER está localizada na cidade de Governador Valadares região leste de Minas Gerais e ocupa uma área construída de cerca de 21000 m2 onde foram desenvolvidos os trabalhos A indústria do ramo de atividade de fabricação de papéis para fi ns sanitários produz em média 2180 tmês com um consumo específi co médio de 1250 kWht e um perfi l de utilização da energia elétrica com fator de carga médio de 083 O empenho da diretoria da SANTHER e a garantia da disponibilização do recurso fi nanceiro pela CEMIG EFFICIENTIA para a implementação das medidas identifi cadas através de Contrato de Desempenho foram os principais fatores que infl uenciaram a proposição do projeto Em estudos de préavaliação feitos na indústria por profi ssionais da CEMIG EFFICIENTIA acompanhados dos técnicos da SANTHER foram detectadas oportuni dades de efi cientização de alguns processos industriais referentes ao insufl amento de ar nas máquinas de papel o que era feito por ventiladores centrífugos e que po deriam ter uma variação de velocidade e vazão 120 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Desta forma o projeto teve como objetivo fazer a instalação de três inverso res de freqüência para o acionamento dos ventiladores das máquinas de papel vi sando a redução da demanda e do consumo de energia com a conseqüente redução do consumo específi co na modalidade de Contrato de Desempenho As principais metas e benefícios do projeto foram a redução da demanda em cerca de 58 kW no horário de ponta e uma economia de energia anual de cerca de 473 MWh Outros ganhos não quantifi cáveis estão relacionados às melhorias na efi ciência do processo de insufl amento de ar nas máquinas de papel que têm relação direta com a produtividade das mesmas e qualidade do produto No projeto também foi prevista uma fase de aferição dos resultados acom panhada por uma equipe da CEMIG EFFICIENTIA com um prazo determinado no Contrato de Desempenho no Programa de Efi ciência Energética da ANEEL ciclo 20022003 3113 Metodologia adotada para implantação do projeto Após a avaliação inicial na empresa onde foi identifi cado o potencial de efi cientização energética o projeto seguiu com as cinco etapas detalhadas e comenta das abaixo Etapa 1 Detalhamento e especifi cação dos Inversores de Freqüência Nesta etapa foram detalhados os trabalhos de préavaliação conduzidos durante a realização do diagnóstico energético com foco nos motores identifi cados como passíveis de uti lização dos inversores de freqüência Também foram realizadas medições elétricas específi cas de maior duração e confi abilidade para capturar informações que permi tiram especifi car os inversores mais adequados para cada caso Etapa 2 Aquisição dos Inversores de Freqüência Esta etapa foi dedicada à seleção da empresa fornecedora ou fabricante que através de um processo de concorrência fprneceu os três inversores de freqüência Etapa 3 Instalação dos Inversores de Freqüência Após a aquisição dos inversores esta etapa previu a instalação dos equipamentos incluindo desmontagem e monta gem dos conjuntos acessórios e componentes eletrônicos além de apoio consultivo e startup dos novos sistemas Etapa 4 Avaliação dos resultados Os resultados da utilização dos inversores de fre qüência foram avaliados nesta etapa através da comparação entre os valores de con sumo e demanda medidos antes e após a instalação 121 ACIONAMENTOS Etapa 5 Promoção Nesta etapa foi prevista a divulgação do trabalho e seus resul tados em seminários encontros e congressos sobre o tema Efi ciência Energética em todo o país com a distribuição de material promocional específi co folders e pales tras técnicas 3114 Detalhes da implementação As análises preliminares apoiadas por medições específi cas indicaram a via bilidade técnica e econômica da instalação de três inversores de freqüência nos se guintes motores Motor de 150 cv do ventilador 01 da Máquina de Papel 6 Motor de 125 cv do ventilador 02 da Máquina de Papel 6 Motor de 125 cv do ventilador 01 da Máquina de Papel 7 Estes motores estavam acoplados diretamente a ventiladores centrífugos responsáveis pelo insufl amento de ar nos extremos úmido ventiladores 01 ou seco ventilador 02 da capota das Máquinas de Papel 6 e 7 conforme mostrado no croquis O desenho representa o sistema de insufl amento de ar da Máquina de Papel 6 onde o ventilador 01 de 150 cv estava destacado e o ventilador 02 de 125 cv loca lizado em posição oposta No caso da Máquina de Papel 7 cuja confi guração básica pode ser repre sentada por croquis semelhante o ventilador 01 ocupava a mesma posição daquele correspondente na Máquina de Papel 6 porém com potência nominal de 125 cv Já o ventilador 02 desta máquina não apresentou nos estudos de préavaliação viabi lidade para a utilização de inversor de freqüência 122 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 327 Esquema da Máquina de Papel 6 Para o cálculo das metas de economia de energia e deslocamento de deman da do horário de ponta algumas premissas foram consideradas As análises e medições conduzidas nos trabalhos de préavaliação indicaram a pos sibilidade de utilização de inversores de freqüência apenas nos três motores men cionados Nestes casos o controle da vazão de ar insufl ado era realizado através de registros radiais dampers com posicionador e atuador que estrangulam a passagem do ar inserindo uma perda de carga elevada no sistema 123 ACIONAMENTOS Os percentuais de fechamento destes registros foram considerados proporcionais à vazão de ar passada segundo as anotações realizadas pelos técnicos da SANTHER que controlavam este processo Para fi ns de análise de viabilidade da utilização do inversor de freqüência foi to mada como base de cálculo a rotação média requerida pelos ventiladores na nova situação ou seja a rotação reduzida na mesma proporção da redução da vazão de ar quando funcionando com a abertura integral do registro damper existente Sendo os ventiladores centrífugos considerados máquinas de fl uxo a razão entre as vazões varia na mesma proporção da razão de rotações porém a potência varia na proporção da razão de rotações ao cubo Com base nestas premissas foram calculados os seguintes parâmetros e es timados os ganhos que seriam obtidos com a modifi cação mantendose a vazão de ar próxima de 35870 m3h Tabela 35 Ventilador 01 da Máquina de Papel 6 Situação atual Situação proposta Economia Potência nominal 150 cv 150 cv Potência medida 70 kW 507 kW 193 kW Rotação de trabalho 1790 rpm 1431 rpm Horas de operação 680 hmês 680 hmês Consumo mensal 47583 kWhmês 34476 kWhmês 13107 kWhmês Tabela 36 Ventilador 02 da Máquina de Papel 6 Situação atual Situação proposta Economia Potência nominal 125 cv 125 cv Potência medida 528 kW 504 kW 24 kW Rotação de trabalho 1790 rpm 1427 rpm Horas de operação 680 hmês 680 hmês Consumo mensal 35912 kWhmês 34272 kWhmês 1640 kWhmês 124 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 37 Ventilador 01 da Máquina de Papel 7 Situação atual Situação proposta Economia Potência nominal 125 cv 125 cv Potência medida 822 kW 459 kW 363 kW Rotação de trabalho 1785 rpm 1376 rpm Horas de operação 680 hmês 680 hmês Consumo mensal 55917 kWhmês 31212 kWhmês 24705 kWhmês Assim os resultados esperados foram de uma redução média total de de manda igual a 58 kW e a redução no consumo de energia de 47342 MWhano Os resultados advindos da implementação dos inversores de freqüência fo ram utilizados para a amortização dos investimentos feitos pela CEMIG EFFICIEN TIA conforme o Contrato de Desempenho Figura 328 Motores dos ventiladores das máquinas de papel 125 ACIONAMENTOS Tabela 38 Especifi cação dos inversores usados Características Parâmetros Especifi cações Orientativas Fabricante AllenBradley Modelo Power Flex 700 Potência Nominal Motor Ventilador 01 da MP6 Lado úmido 150 cv 1212 kW 1378 kVA na linha In180 A 440V Potência Nominal Motor Ventilador 02 da MP6 Lado seco 125 cv 1011 kW 1162 kVA na linha In156 A 440V Potência Nominal Motor Ventilador 01 da MP7 Lado úmido 125 cv 1011 kW 1162 kVA na linha In156 A 440V Tensão Nominal e tolerâncias Faixa 380 a 500V 10 Freqüência de entrada 47 a 63Hz Fator de Potência 098 mín Temperatura de trabalho 0 a 50ºC Grau de Proteção IP20 min Refrigeração Forçada ventilador interno Freqüência de Saída 0 a 400 Hz Resolução da Freqüência de Saída 001 Hz Método de Controle Vf escalar possibilidade de utilização de sinal de transdutor ou controle via potenciômetro Entradas digitais 3 75V nível alto Entradas Analógicas 1 4 a 20mA Saída a Relé 1 normalmente aberto Capacidade de Sobrecarga 15 x In 1 minuto Comunicação RS485 Proteções Curtocircuitos sobrecarga sobretempe ratura sobretensão Expectativa de manobras mínima 100000 Efi ciência do Inversor 97 Tipo de acionamento Ventilador Conjugado quadrático EMC Proteção industrial Altitude 1000m 126 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 3115 Prazos e custos Os custos diretos do projeto totalizaram R 12248714 e incluiu materiais e equi pamentos mãodeobra própria de 152 horas mãodeobra de terceiros para monta gem instalação e especifi cação de compra dos inversores taxa de administração trans porte e custeio de viagens do pessoal próprio abrangendo hospedagem e alimentação Figura 329 Custos diretos e indiretos do projeto O cronograma do projeto mostra suas fases de desembolso dos recursos pró prios e uma comparação do que foi previsto e realizado ao fi nal da obra O atraso percebido no projeto ocorreu por necessidade da espera de uma parada programa da no processo produtivo para a instalação dos equipamentos o que ocorreu em novembro de 2004 Tabela 39 Cronograma do projeto Etapas Meses Ab Ma Jn Jl Ag Se Ou No De Ja Fe Mç Ab Ma Ju Jl Ag Se Ou No De Ja Detalh Espec Inversores Freq Previsto Realizado Licitação Aquisição Inversores Freq Previsto Realizado Instalação dos Inv Frequencia Previsto Realizado Avaliação dos resultados Previsto Realizado Promoção Previsto Realizado 127 ACIONAMENTOS 3116 Resultados e benefícios alcançados Os resultados foram avaliados com base na comparação entre as medições elétricas dos ventiladores realizadas durante o diagnóstico energético previsto na etapa 1 e aquelas realizadas após a instalação dos inversores de freqüência confi r mando os valores previamente estimados Conforme apresentado na tabela abaixo o ventilador 1 da máquina de papel 6 funcionava na situação anterior com potência de 528 kW com o damper 80 aber to Na situação proposta a mesma vazão de ar seria mantida no insufl amento com uma potência de 504 kW com o damper totalmente aberto e com o ventilador numa rotação de 475 Hz No entanto após vários testes realizados com o novo controle de velocidade do ventilador operacionalmente foi notado que o processo era me lhorado com o aumento da vazão provocando um melhor descolamento do papel do cilindro do monolúcido na máquina Logo a situação operacional priorizou o processo de fabricação necessitando assim de uma potência maior do ventilador Seguindo o mesmo raciocínio para os ventiladores 2 das máquinas 6 e 7 notase que a redução de potência foi inferior à proposta porém ainda menor que no início Tabela 310 Resumo das medições e funcionamento dos ventiladores Situação anterior Situação proposta Situação operacional Ventilador 1 MP6 Potência 528 kW Damper 80 aberto Potência 504 kW Freqüência 475 Hz Potência 554 kW Freqüência 51 e 59 Hz Ventilador 2 MP6 Potência 70 kW Damper 80 Potência 507 kW Freqüência 477 Hz Potência 685 kW Freqüência 51 e 59 Hz Ventilador 2 MP7 Potência 822 kW Damper 77 Potência 459 kW Freqüência 459 Hz Potência 579 kW Freqüência 51 e 59 Hz A conseqüência dessa melhoria no processo foi que a economia projetada em demanda e consumo de energia elétrica não foi verifi cada em sua totalidade na época porém mesmo com os novos valores foi mantida a viabilidade do projeto conforme apresentado na tabela a seguir 128 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 311 Resultados obtidos Metas Previstas Realizadas Realização Física 100 100 Energia Economizada MWhano 58942 16661 Demanda Retirada da Ponta kW ano 58 23 Custo Total 12248714 12204303 Custo Anualizado 2167828 2159968 Benefício Anualizado 5684275 3161440 RCB 038 068 BIBLIOGRAFIA ACIONAMENTOS EC Bortoni AHM Santos Acionamentos com motores de indução trifásicos in Ha ddad J et alii Conservação de energia Efi ciência Energética de Instalações e Equi pamentos 2ª Edição ProcelEletrobrás 2006 pp 3641 J Hurst Raising the standard for electric motor effi ciency InTech April 2007 pp 3034 A Boglietti A Cavagnino M Lazzari and M Pastorelli Induction motor effi ciency measurements in accordance to IEEE 112B IEC 342 and JEC 37 international stan dards Conf Rec IEEEIEMDC 2003 Madison WI 2003 pp 15991605 JC Andreas Energy effi cient electric motors Selection and applications Marcel Deckker Inc NY 1982 B Lu TG Habetler and RG Harley A survey of effi ciencyestimation methods for in service induction motors IEEE Trans on Industry Applications vol 42 No 4 julaug 2006 pp 924933 EB Agamloh AK Wallace A Jouanne KJ Anderson and JA Rooks Assessment of Nonintrusive Motor Effi ciency Estimators IEEE Trans on Industry Applications vol 41 No 1 JanFeb 2005 pp 127133 JS Hsu JD Kueck M Olszewski DA Casada PJ Otaduy and LM Tolbert Compari son of Induction Motor Field Effi ciency Evaluation Methods IEEE Trans on Industry Applications vol 34 No 1 JanFeb 1998 pp 117125 129 ACIONAMENTOS JR Holmquist JA Rooks ME Richter Practical Approach for Determining Motor Effi ciency in the Field Using Calculated and Measured Values IEEE Trans on Industry Applications vol 40 No 1 JanFeb 2004 pp242248 F Ferreira A Almeida G Baoming S Faria J Marques Automatic change of the sta torwinding connection of variableload threephase induction motors to improve the effi ciency and power factor in Proc IEEE Int Conf Ind Technol Hong Kong Dec 1417 2005 pp 13311336 131 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Capítulo 4 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 41 INTRODUÇÃO Os sistemas de condicionamento de ar são responsáveis pela manutenção dos níveis de temperatura e umidade de um ambiente de forma a atender as condi ções de conforto dos seus ocupantes ou às necessidades de um processo produtivo O custo de operação destes sistemas pode ser bastante signifi cativo em algumas in dústrias tais como têxteis e gráfi cas e principalmente em edifícios comerciais Neste caso o consumo de energia pode chegar a 60 de toda a energia consumida pela edifi cação Portanto a racionalização do uso de energia deve ser uma premissa tanto no projeto quanto na operação e manutenção dos mesmos Medidas para uso racional de energia devem ser levadas em consideração durante o próprio projeto de uma nova edifi cação porém o retrofi t de instalações antigas é também uma excelente oportunidade para a substituição de componentes e sistemas de condicionamento de ar Equipamentos e componentes mais efi cientes poderão melhorar as condições de conforto na edifi cação ao mesmo tempo em que consumirão menos energia Existem diversos aspectos que devem ser considerados para a redução do consumo de energia de instalações de condicionamento de ar mas em linhas gerais devese sempre procurar Selecionar componentes e sistemas que resultem em instalações econômica e energeticamente efi cientes Monitorar e controlar efetivamente as condições internas da edifi cação manten do temperatura e umidade dentro dos limites requeridos Fornecer a quantidade adequada de ar externo para renovação de forma a man ter a qualidade do ar interno QAI Utilizar equipamentos e sistemas com baixa relação kWTR 132 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Minimizar a liberação de substâncias que agridam a camada de ozônio ou contri buam para o aquecimento global Estabelecer programas de manutenção adequados de forma que as condições dos equipamentos e sistemas permaneçam próximas das condições de projeto Em geral as melhorias possíveis para se economizar energia em uma instala ção de condicionamento de ar podem ser agrupadas em duas categorias melhorias relativas à estrutura ambiente ou edifício climatizado e melhorias relativas ao siste ma de condicionamento de ar Estas possibilidades de melhoria dos sistemas serão descritas a seguir 42 MELHORIAS RELATIVAS À ESTRUTURA A estrutura é composta pelo conjunto de elementos que confi guram os edi fícios ou locais servidos pelas instalações de ar condicionado Podemse então tomar medidas para minimizar ganhos ou perdas de calor por Transmissão térmica Insolação Infi ltração de ar e umidade Geração interna 421 Transmissão Térmica As medidas para minimizar ganhos ou perdas de calor por transmissão en volvem Aplicar isolamento nos telhados forros falsos e paredes Esta medida reduz o consumo de energia porém necessita de uma análise econômica detalhada Sempre que possível ventilar os espaços vazios embaixo dos telhados sótãos Instalar vidros duplos em lugar de vidros simples Esta solução é extremamente importante para sistemas de calefação 133 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 422 Insolação As medidas para minimizar ganhos de calor por insolação envolvem Utilizar se possível de telhados e paredes de cor clara Instalar vidros refl exivos ou películas plásticas nas janelas de vidro É importante avaliar o efeito desta medida sobre a iluminação natural devese chegar a um pon to ótimo entre o consumo de energia para climatização e para iluminação Instalar persianas exteriores ou brises nas janelas dos ambientes climatizados Para este item também vale a afi rmação anterior quanto ao consumo de energia do sistema de iluminação Revestir com material opaco as janelas que não estejam contribuindo efetiva mente para a iluminação natural 423 Infi ltração de Ar e Umidade As medidas para minimizar ganhos de calor por infi ltração de ar e umidade envolvem Verifi car a vedação de portas e janelas e se possível instalar juntas de vedação Substituir vidros quebrados e corrigir imperfeições nas vedações dos mesmos reaplicar a massa de vedaçãosustentação caso necessário No caso de portas com duas folhas reduzir ao máximo possível as frestas entre as folhas 424 Geração Interna As medidas para minimizar ganhos de calor por geração interna envolvem Manter os níveis de iluminação do ambiente dentro do mínimo recomendado por norma Exemplo 1 Um ambiente cuja transmissão de calor pelo teto é de 18 TR é coberto por uma laje de concreto de 18 cm de espessura Estimar a redução da carga térmica deste ambiente considerando que será aplicado um isolamento de isopor de 25 cm de espessura sobre a laje 134 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Solução Teto sem isolamento Teto com isolamento Proporcionalmente as 18 TR a redução do aporte de calor pelo teto será de Considerando que o sistema opera 10 hdia 22 diasmês e 12 mesesano e que o resfriador chiller tem efi ciência de 085 kWTR a redução no consumo será Se a tarifa de energia elétrica é de 0118 RkWh temse uma economia de Exemplo 2 Considere um edifício comercial com dois pavimentos com área útil to tal de 1500 m2 e taxa média de iluminação de 25 Wm2 Um estudo demonstrou que aproximadamente 60 da iluminação pode ser desligada entre 18 às 21h Sabese ainda que o sistema de condicionamento de ar opera das 8h as 21 h 20 dias por mês 12 meses por ano e que o mesmo é dotado de resfriador de líquido cuja relação kW TR é igual a 085 Estimar a economia de energia do sistema de condicionamento de ar oriunda da redução da iluminação Solução Se a tarifa de energia elétrica é de 0118 RkWh temse uma economia de 135 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 43 MELHORIAS RELATIVAS AO SISTEMA DE CONDICIONAMENTO DE AR Os sistemas de condicionamento de ar são constituídos por instalações e equipamentos mecânicos ventiladores bombas tubulações dutos etc e elétricos motores de potência manobra e regulagem Devem ser analisados todos os com ponentes mecânicos e elétricos antes de se efetuar modifi cações pois certas modi fi cações podem aumentar o consumo de energia As melhorias relativas ao sistema de condicionamento de ar podem ser divi didas em três classes Projeto do sistema Operação do sistema Manutenção do sistema 431 Projeto do Sistema Estabelecer um zoneamento correto da edifi cação utilizando sistemas distintos para as zonas perimetrais muito afetadas pelas variações climáticas e para as zonas interiores mais afetadas pelas cargas de geração interna notadamente iluminação e ocupação Diminuir a vazão de ar exterior de renovação até o valor mínimo permissível para satisfazer os critérios de ventilação Utilizar água de condensação para alimentar as serpentinas de reaquecimento dos sistemas de climatização Utilizar água de condensação para préaquecer o ar externo no inverno Utilizar a água dos sistemas de condensação dos equipamentos frigorífi cos para préaquecer a água quente de uso sanitário ou industrial Se existir vapor à alta pressão disponível analisar a possibilidade de utilização de turbinas para acionar bombas e ventiladores Aproveitar o condensado do vapor para préaquecer a água da serpentina de aquecimento Considerar a utilização de resfriamento evaporativo do ar para a climatização de ambientes que o permitam Verifi car se as dimensões dos tanques de expansão são adequadas Tanques sub dimensionados provocam a perda de água resfriada 136 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Desligar os ventiladores de extração de zonas não ocupadas e manter a vazão destes ventiladores dentro dos valores estabelecidos em projeto valor mínimo Utilizar motores elétricos de potência adequada Motores elétricos superdimen sionados trabalham com rendimento baixo Fazer com que os ventiladores de extração de banheiros e lavabos funcionem somente quando estes ambientes estejam ocupados Isto pode ser realizado co nectandose os ventiladores ao interruptor de iluminação Adequar a classe dos fi ltros de ar às exigências da instalação Normalmente fi l tros mais fi nos classes maiores provocam maior perda de carga requerendo mais energia do ventilador Analisar a possibilidade de aumentar a área dos fi ltros de ar para diminuir sua perda de carga Analisar a possibilidade de substituição de equipamentos de calefação elétricos por outros que trabalhem com um fl uido quente Utilizar um sistema de tratamento de água adequado diminuindo assim as in crustações nas tubulações trocadores de calor etc Ajustar o diâmetro dos rotores das bombas para compatibilizar seu funciona mento com as necessidades dos circuitos 432 Operação do Sistema Estudar e otimizar o horário de partida e parada dos sistemas de climatização Desligar todos os sistemas quando não vão realmente ser utilizados Fechar as tomadas de ar exterior quando os sistemas não forem utilizados Quando o comissionamento da instalação ou mesmo em intervalos regulares determinar o valor das infi ltrações de ar externo Estas podem constituir uma porcentagem importante da vazão mínima de ar de renovação podendose en tão diminuir a vazão introduzida mecanicamente Ajustar a temperatura da água resfriada e da água quente de acordo com as ne cessidades reais da aplicação Diminuir as vazões de água gelada e quente até os valores mínimos possíveis Pôr em marcha elementos auxiliares do sistema de condicionamento de ar so mente quando realmente necessários 137 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 433 Manutenção do Sistema Minimizar as fugas de ar dos dutos Verifi car os registros dampers para garantir que sejam mínimos os vazamen tos quando estiverem completamente fechados Isolar tubulações e dutos que passam por espaços não condicionados eou não ocupados Reparar todos os isolamentos em mau estado de conservação Manter limpos os fi ltros das tubulações de água gelada e quente Verifi car se os purgadores de ar dos circuitos hidráulicos estão funcionando cor retamente A presença de ar nas tubulações aumenta o consumo de energia Identifi car e reparar todas as fugas de fl uidos existentes ar água quente água gelada refrigerante óleo etc Manter ajustado o sistema de purga do circuito de água das torres de resfriamen to evitando a perda excessiva de água e produtos químicos Estabelecer um programa cuidadoso de manutenção dos fi ltros de ar de modo que estes estejam sempre em ótimas condições Manter o superaquecimento do fl uido refrigerante dentro dos valores especifi cados Manter limpos os evaporadores serpentinas de água e condensadores Exemplo 3 Calculouse a vazão de ar de renovação para 100 pessoas em um escritó rio em 2500 m3h e a carga térmica correspondente em 25000 kcalh 8 TR Durante uma auditória energética constatouse que as venezianas de tomada de ar exter no estavam completamente abertas resultando numa vazão de ar externo igual a 3500 m3h Sabese ainda que o sistema de condicionamento de ar opera 12 horas por dia 20 dias por mês 12 meses por ano e que o mesmo é dotado de condicio nador de ar autônomo self contained cuja relação kWTR é igual a 098 Estimar a economia de energia do sistema de condicionamento de ar que será obtida ao se regular a vazão de ar externo para o valor de projeto Solução O excesso de ar externo é dado por A redução de carga do sistema será dada por 138 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Se a tarifa de energia elétrica é de 0118 RkWh a economia possível pela correção da vazão de renovação é Exemplo 4 Uma instalação de condicionamento de ar é dotada de unidades ser pentinaventilador fancoil com vazão total de 86000 m3h Supondo que estes equipamentos estejam operando com os fi ltros de ar sujos o que está causando uma aumento de perda de carga nos mesmos de 8 mmCA 008 kPa Sabese ainda que o sistema de condicionamento de ar opera 10 horas por dia 20 dias por mês 12 meses por ano Estimar o consumo adicional de energia destes equipamentos e a economia que poderia ser efetuada através da limpeza dos fi ltros Solução A potência do ventilador necessária para compensar o excesso de perda de carga nos fi ltros pode ser calculada por onde potência kW vazão em m3h ΔP perda de carga em kPa ηvent rendimento do ventilador 78 Assim temse 139 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Se a tarifa de energia elétrica é de 0118 RkWh a despesa em excesso pela não limpeza dos fi ltros é de 44 MELHORIAS POR TIPO DE SISTEMA DE AR CONDICIONADO 441 Sistemas com Vazão de Ar Variável VAV Os sistemas VAV podem fornecer ar aquecido ou refrigerado à temperatura constante para todas as zonas servidas Caixas VAV terminais localizadas em cada zona controlam a vazão insufl ada no ambiente em função da sua carga térmica Como medidas para a redução do consumo de energia destes sistemas podem ser citadas Reduzir o volume total de ar tratado pelo sistema até o mínimo satisfatório Reduzir aa temperatura da água quente e aumentar a temperatura da água fria de acordo com os requerimentos do sistema Trabalhar com temperaturas do ar refrigerado não inferior à necessária para sa tisfazer a zona com carga térmica máxima Instalar controles de pressão estática aumentando assim a efi ciência da opera ção regulagem dos registros dampers de desvio Instalar registro de regulagem na sucção do ventilador caso não exista 442 Sistemas com Vazão de Ar Constante VAC A maioria dos sistemas com vazão de ar constante faz parte de um outro sistema por exemplo um sistema duplo duto sistemas usados para fornecer a vazão exata de ar insufl ado As oportunidades para a redução do consumo de energia des tes sistemas são Determinar e utilizar a mínima vazão de ar necessária para atender as cargas tér micas Investigar a possibilidade de conversão destes sistemas para vazão de ar variável 140 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 443 Sistemas de Indução Estes sistemas fornecem ar primário à alta velocidade para os condicionado res de indução instalados nas diferentes zonas Nestes condicionadores o ar primário é descarregado através de bocais induzindo o escoamento do ar do ambiente atra vés de serpentinas de aquecimento ou resfriamento Como métodos para a redução do consumo de energia destes sistemas podem ser citados Fixar a vazão de ar primário em valores iguais aos de projeto quando for efetuado o balanceamento da instalação Inspecionar os bocais Verifi car se houve alargamento dos orifícios dos bocais em decorrência da utilização Se houve alargamento balancear novamente a quan tidade de ar primário Manter os bocais limpos a fi m de evitar perda de carga excessiva Manter a temperatura da água fria no máximo valor possível durante o período de resfriamento Considerar a utilização de ajuste manual da temperatura do ar primário durante o aquecimento em vez de ajuste automático em função das condições externas 444 Sistemas Duplo Duto O condicionador central dos sistemas duplo duto fornece ar aquecido ou re frigerado ambos à temperatura constante Cada zona é servida por dois dutos um com ar quente e outro com ar refrigerado que alimentam uma caixa de mistura onde as duas correntes se juntam em proporções adequadas para compensar a carga tér mica da zona em questão Como medidas para a redução do consumo de energia podem ser citadas Reduzir a temperatura do ar quente e elevação da temperatura do ar refrigerado Reduzir a vazão de ar para todas as caixas de mistura ao nível mínimo aceitável Quando não existirem cargas de resfriamento fechar o duto de ar frio e desligar o sistema frigorífi co Operar o sistema como se fosse constituído de um único duto reduzindo assim a vazão de ar e economizando energia Quando não existirem cargas de aquecimento fechar o duto de ar quente e des ligar o sistema de aquecimento Operar o sistema como se fosse constituído de um único duto 141 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 445 Sistemas de Zona Única Um sistema de zona única é aquele que fornece ar aquecido ou refrigerado para uma única zona isto é um ou mais recintos controlados por um único termosta to O condicionador de ar pode estar instalado dentro da própria zona ou fora desta em local apropriado e o ar pode ser insufl ado diretamente no ambiente ou distribuí do por dutos curtos Pontos que podem resultar em redução do consumo de energia são Reduzir a vazão de ar ao valor mínimo necessário se o sistema assim permitir re duzindose assim a potência requerida do ventilador Uma vez que a potência do ventilador varia com o cubo da vazão 10 de redução da vazão correspondem a 27 de redução na potência do ventilador Aumentar a temperatura de insufl amento durante o verão e reduzila durante o inverno Remover a serpentina de aquecimento e utilizar a serpentina de resfriamento para fornecer tanto resfriamento como aquecimento por meio da mudança da tubulação de água fria ou quente Isto resulta em economia de energia de duas formas a Redução da perda de carga do sistema e conseqüente economia de energia no ventilador b Uma vez que as dimensões das serpentinas de resfria mento são muito maiores do que as de aquecimento é possível trabalhar com temperaturas menores da água quente Devese observar porém que a remoção da serpentina de aquecimento não é recomendada se o controle de umidade é crítico na zona considerada 446 Sistemas com Reaquecimento Terminal Nestes sistemas o condicionador central fornece ar a uma dada temperatura para todas as zonas servidas pelo mesmo Paralelamente serpentinas de reaqueci mento instaladas em cada zona aquecem ar primário em função da carga térmica da zona considerada As oportunidades para a redução do consumo de energia des tes sistemas residem em Redução da vazão de ar para sistemas com zona única ou até a vazão mínima para satisfazer todas as zonas Se for necessário um controle preciso da temperatura e da umidade nas zonas devese reduzir a temperatura e a vazão de água da serpentina de reaquecimen to aos valores mínimos necessários Se não for necessário um controle preciso de umidade e temperatura deve ser 142 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA analisada a possibilidade de conversão do sistema para VAV eliminandose as serpentinas de reaquecimento 45 CONTROLE E REGULAGEM Algumas medidas envolvendo o controle e a regulagem da instalação de cli matização que podem resultar em redução no consumo de energia são Proteger os termostatos e outros sensores para evitar sua manipulação por pes soas não autorizadas Instalar os termostatos longe dos locais que sofrem grande infl uência de focos de calor ou frio Sempre que possível instalar controles de temperatura ambiente em cada um dos locais climatizados Manter os sensores limpos Avaliar a possibilidade de trocar as válvulas de três vias por válvulas de duas vias instalandose um sistema de bombeamento com velocidade variável Avaliar a possibilidade de instalação de termostatos de controle fl utuante permi tindo que a temperatura ambiente fl utue entre margens relativamente amplas 46 RENDIMENTOS DOS EQUIPAMENTOS DE CONDICIONAMENTO DE AR O rendimento de um equipamento frigorífi co pode ser expresso pelo seu COP EER ou através da relação kWTR O índice EER é expresso em BtuWh repre sentando a relação entre o efeito útil capacidade de refrigeração da instalação e a quantidade de trabalho requerida para produzilo A relação entre estes índices de efi ciência é dada por Nas Tabela 41 e 42 são apresentados valores típicos da efi ciência COP de diversos tipos de equipamentos utilizados para o condicionamento de ar Cabe res saltar que estes valores devem ser utilizados apenas como referência e sempre que possível valores mais precisos devem ser obtidos junto aos fabricantes 143 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 41 COP típico para diferentes tipos de chillers Tipo de Chiller COP Chillers de Compressão de Vapor de Pequena Capacidade Resfriados a ar 22 a 35 Chillers de Compressão de Vapor de Grande Capacidade Resfriados a ar 37 a 43 Resfriados a água 46 a 54 Chiller de Absorção de Vapor De único efeito 04 a 07 De duplo efeito 08 a 11 Tabela 42 COP típico para condicionadores de ar autônomos Tipo de Equipamento COP Aparelhos de janela Compressores Alternativos 22 a 25 Compressores Rotativos 27 a 29 Minisplits 23 a 30 Multisplits 26 a 30 Self Contained Resfriados a ar 21 a 31 Resfriados a ar condensação remota 23 a 32 Resfriados a água 30 a 35 Outra fonte de dados sobre efi ciência de equipamentos de condicionamen to de ar é o INMETRO Por meio do Programa Brasileiro de Etiquetagem PBE o IN METRO fornece aos consumidores informações que permitem avaliar o consumo de energia dos equipamentos e adquirir aqueles de maior efi ciência O selo do Prêmio Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia do PROCEL é concedido anual mente como forma de incentivo aos fabricantes de equipamentos que tenham ob tido classifi cação A do PBE As tabelas com as classifi cações do PROCEL são dadas a seguir informações mais atualizadas e completas podem ser obtidas no endereço do INMETRO httpwwwinmetrogovbrconsumidortabelasasp 144 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 43 Coefi ciente de efi ciência para condicionadores tipo janela CONDICIONADOR DE AR Data 1072006 Classes Coefi ciente de efi ciência energética WW Total de modelos por Classe Categoria 1 9495 KJh 9000 BTUh Categoria 2 9496 a 14769 9001 a 13999 Categoria 3 14770 a 21099 14000 a 19999 Categoria 4 21100 20000 A 291 25 543 302 19 528 287 7 389 282 1 100 52 B 268 10 217 278 12 333 27 6 333 262 5 500 33 C 247 0 00 256 2 56 254 3 167 244 0 00 5 D 227 0 00 235 0 00 239 2 111 227 2 200 4 E 227 11 239 235 3 83 239 0 00 227 2 200 16 Tabela 44 Coefi ciente de efi ciência para condicionadores tipo split CONDICIONADOR DE AR SPLIT Data atualização 1072006 Classes Coefi ciente de efi ciência energética WW Total de modelos por classe A CEE 294 80 311 B 276 CEE 294 113 440 C 258 CEE 276 45 175 D 239 CEE 258 17 66 E CEE 239 2 08 47 CASO 1 INSTALAÇÃO DE TERMOACUMULAÇÃO NA FIESP 471 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de climatização realizados na FIESP Federação das Indústrias do Estado de São Paulo uma Entidade Representativa de Classe Industrial localizada em São Paulo SP A estrutura tarifária ao fi nal do estudo corresponde à tarifa horosazonal Verde do sub grupo AS com demanda contratada igual a 920 kW 145 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 472 Apresentação e objetivos Este projeto foi realizado através do Programa de Efi ciência Energética PEE da ANEEL utilizando recursos da AES Eletropaulo A execução da obra e o estudo fi caram por conta da Ecoluz SA Conforme a agenda de implementação do PEE houve inicial mente uma fase de estudos onde foi realizado um Diagnóstico Energético da instala ção e uma fase posterior de implementação da obra para os projetos aprovados Neste projeto foram implementadas ações de Efi ciência Energética no Siste ma de Climatização do edifício comercial da FIESP com o objetivo direto de reduzir os gastos com energia elétrica Isto foi alcançado com a modernização do sistema que passou a operar com termoacumulação O edifício principal apresenta um funcionamento estritamente comercial com maior consumo no fi nal da tarde quando a carga térmica aumenta muito O edifício secundário apresenta áreas condicionadas 24 h por dia para atender o ar mazenamento de obras de arte bem como para retirar a carga térmica dos fi nais de semana quando são realizados espetáculos teatrais exposições etc Figura 41 Perfi l de carga térmica dos edifícios Na fi gura acima é apresentado o perfi l de carga térmica do edifício principal somado ao do prédio secundário atingindo um pico de 900 TR das 15 às 18 horas O sistema de ar condicionado do edifício comercial apresentava duas cen trais de água gelada totalmente independentes e separadas fi sicamente Uma cen tral atendia o edifício principal e posteriormente outra foi instalada para atender as instalações secundárias conforme descrição a seguir 146 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 45 Características dos equipamentos do prédio principal PRÉDIO PRINCIPAL Qtd Equipamento Fabricante Modelo Capacidade 3 Chiller York HT 230R11 230 TR R11 31 BAG KSB 10040 141 m3h 50 mca 50 cv IV polos 3 BAC KSB 80315 170 m3h 40 mca 50 cv IV polos 6 Torres 85 m3h 5 cv IV polos 41 Fancoletes com válvulas de 2 vias 16 Fancoil com válvulas de 2 vias 34 Fancoil com válvulas de 3 vias BAG Bomba de água gelada BAC Bomba de água de consensação Os equipamentos do prédio principal apresentavam as seguintes condições Prevista a retirada de uma das unidades resfriadoras a qual não estava em operação Estas torres apresentavam a descarga de ar comprometida pela execução do Heliporto Quadro elétrico geral sem nenhuma automatização e condições de funciona mento precárias Tabela 46 Características dos equipamentos do prédio secundário PRÉDIO SECUNDÁRIO Qtd Equipamento Fabricante Modelo Capacidade 1 Chiller York YCWJ88MH0 210 TR R22 11 BAGP Worthington 4x3x13 104 m3h 25 mca 10 cv IV polos 11 BAGS Worthington 6x4x13 104 m3h 50 mca 25 cv IV polos 11 BAC Worthington 4x3x13 137 m3h 60 mca 40 cv IV polos 2 Torres 69 m3h 10 cv VIII polos 1 Fancoil Alvenaria 100 TR 10 Fancoil com válvulas de 2 vias BAGPBAGS Bomba de água gelada primária e secundária BAC Bomba de água de consensação Os equipamentos do prédio secundário apresentavam as seguintes condições Bypass pressostático na central de água gelada desativado Duas torres de resfriamento com problemas de equalização de nível de água nas bacias 147 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Figura 42 Equipamentos antigos Após a realização de análises técnicas e econômicas nos equipamentos pro pôsse então fazer a instalação de dois novos chillers do tipo parafuso com capa cidade de 240 TR cada um substituindo um chiller centrífugo antigo existente no prédio principal Os outros dois chillers antigos foram mantidos por necessidade da obra e por segurança Para fazer a termoacumulação também foram instalados 32 tanques de gelo para armazenar a energia que seria utilizada para climatizar o ambiente no ho rário de ponta As interligações feitas com novos trechos de tubulação e válvulas de mano bra criaram um circuito secundário independente para a água gelada e permitiram o uso do banco de gelo para atender parte da carga do edifício secundário 473 Metodologia adotada para implantação do projeto O desenvolvimento deste trabalho seguiu uma metodologia baseada na ex periência de trabalhos similares já realizados em diversas instalações industriais e comerciais De forma resumida a metodologia adotada na fase de elaboração do Diagnóstico contou com as seguintes etapas Análise prévia da documentação diagramas unifi lares históricos do consumo de energia elétrica memórias de massa dos medidores da concessionária 148 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Visitas aos locais para conhecimento das instalações e identifi cação dos ambientes Medições de grandezas elétricas com analisadores de energia nos circuitos elé tricos dos sistemas de ar condicionado Entrevista com o pessoal de operação processo e manutenção para coletar infor mações sobre aspectos funcionais necessidades específi cas das cargas térmicas e conservação dos equipamentos Análise estatística dos parâmetros históricos de utilização de energia elétrica para estudo da contratação de energia Elaboração de um relatório contendo o estudo de viabilidade do projeto de efi ciência energética Concluído o diagnóstico energético a possibilidade de climatização por ter moacumulação se mostrou como a alternativa mais viável produzindo gelo no perí odo fora de ponta madrugada para a utilização desse frio armazenado no período de ponta Especialmente a redução da demanda no horário de ponta resultou em signifi cativa redução de custos Na fase de obras a instalação do novo sistema exigiu logística apurada para que ela fosse executada sem a interrupção da climatização do edifício Todas as alte rações executadas deveriam ter a possibilidade de serem revertidas imediatamente caso houvesse uma parada do sistema Duas das três centrífugas existentes no prédio principal foram mantidas como uma reserva técnica durante e após a obra para permitir esta manobra por válvulas borboleta manuais 474 Detalhes da implementação Substituiuse uma das centrífugas existentes por dois novos chillers do tipo parafuso com capacidade de 240 TR para geração de água gelada e capacidade de 160 TR para produção de gelo Esses compressores modernos são microprocessados com duplo setpoint para permitir a operação com termoacumulação Com a implementação do novo sistema de termoacumulação também foi possível otimizar o funcionamento da central de água gelada do prédio secundário Isto porque parte do frio foi produzido pela central do prédio principal na forma de gelo é transferido para esta central no horário de ponta através do trocador de calor Além disso parte dos seus equipamentos pode fi car mantida desligada durante este horário 149 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 47 Nova confi guração de equipamentos do prédio principal PRÉDIO PRINCIPAL Qtd Equipamento Fabricante Modelo Capacidade 2 Chiller Parafuso 240 TR água 160 TR gêlo 2 Chiller York HT 230R11 230 TR R11 31 BAGS água KSB 10040 141 m3h 50 mca 50 cv IV polos 1 Inversor 50 cv circuito de água gelada 31 BAGP etilenoglicol KSB 100250 151 m3h 50 mca 35 cv IV polos 3 BAC KSB 80315 170 m3h 40 mca 50 cv IV polos 2 Trocadores de calor AO55 MGS07 Placas 32 Tanques de gêlo Calmac Calmac 1100 6 Torres 85 m3h 5 cv IV polos 16 Fancoil com válvulas de 2 vias 34 Fancoil com válvulas de 3 vias Figura 43 Operação do chiller e banco de gelo após implementação 150 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA O novo perfi l de carga térmica faz uso do gelo diariamente no horário de ponta e no período das 14 às 17 horas nos dias mais quentes Figura 44 Equipamentos novos Circuito de água de conden sação composto por um úni co circuito de tubos Sua operação é contínua no horário fora de ponta e man témse desligado no horário de ponta Figura 45 Sistema supervisório do circuito de água de condensação 151 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Circuito de água gelada compos to por um circuito primário de monoetilenoglicol e um novo circuito secundário de água ge lada interligados por dois troca dores de calor de placas O circuito primário opera produ zindo gelo ou atendendo a car ga térmica do prédio no horário fora de ponta ou então opera consumindo gelo no horário de ponta Figura 46 Sistema supervisório do circuito de água gelada Tabela 48 Nova confi guração de equipamentos do prédio secundário PRÉDIO SECUNDÁRIO Qtd Equipamento Fabricante Modelo Capacidade 1 Chiller York YCWJ88MH0 210 TR R22 11 BAGP Worthington 4x3x13 104 m3h 25 mca 10 cv IV polos 11 BAGS Worthington 6x4x13 104 m3h 50 mca 25 cv IV polos 11 BAC Worthington 4x3x13 137 m3h 60 mca 40 cv IV polos 2 Torres 69 m3h 10 cv VIII polos 1 Fancoil Alvenaria 100 TR 10 Fancoil com válvulas de 2 vias 1 Trocador de calor QO55 MGS06 Placas 2 Válvulas do tipo Borboleta Proporcional controladora de temperatura Diâmetro 8 2 Válvulas do tipo Borboleta Ação ONOFF Diâmetro 8 8 Válvulas do tipo Borboleta Ação ONOFF Diâmetro 6 1 Válvulas de con trole de vazão Desbordes Diâmetro 4 104 m3h 4 Válvulas do tipo Borboleta Diâmetro 4 152 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA No prédio secundário os equipamentos permaneceram os mesmos sendo acrescidas válvulas e um trocador de calor Para evitar o consumo excessivo de ener gia as válvulas são manobradas para fechar o circuito da água de condensação e fazer um bypass para a solução de monoetilenoglicol Outra válvula de controle de vazão foi usada para controlar a temperatura do ambiente neste prédio no horário de ponta 475 Prazos e custos O investimento total incluindo equipamentos mãodeobra e instalação foi de R 225 milhões conforme o contrato realizado com a concessionária de energia e o cliente O período de implantação do sistema foi de 7 meses incluindo o prazo de entrega dos equipamentos 476 Resultados e benefícios alcançados O procedimento de verifi cação dos resultados obtidos pelo projeto seguem o chamado protocolo de medição e verifi cação Este método baseiase na compara ção de medições elétricas antes e após a substituição dos sistemas Também é usual fazer um acompanhamento das faturas de energia elétrica para conferir os resulta dos econômicos No período anterior à substituição do sistema de climatização foram realiza das medições de grandezas elétricas no quadro geral de força o qual alimenta os com pressores dos resfriadores as bomba dos condensadores as bombas de água gelada e os ventiladores das torres de resfriamento A partir destas medições também foram estimadas as horas de operação anuais dos sistemas para o cálculo de viabilidade do projeto Com as medições realizadas durante uma semana foi estimado que o funcio namento típico da sala de máquinas ocorria entre 830h e 2130h atingindo uma de manda máxima de 750 kW Estas medições resultaram nas curvas de carga do sistema principal e secundário mostradas nas fi guras a seguir 153 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Figura 47 Medições Sala de máquinas do prédio principal típico Após a implementação foram feitas novas medições com o sistema operan do com a termoacumulação de gelo No sistema do prédio principal a demanda máxima registrada na ponta foi de 149 kW Neste horário apenas as bombas entravam em funcionamento No horá rio fora de ponta a demanda máxima fi cou próxima de 350 kW Como o projeto interferiu no regime operacional do sistema de ar condicio nado do prédio secundário pelo uso das bombas de água gelada decidiuse fazer a comparação da curva de carga apenas dos chillers que são os maiores equipamen tos Apesar de terem ocorrido variações no comportamento diário durante a semana de medição podese dizer que as curvas de carga típicas antes e após a implementa ção no prédio secundário foram iguais às mostradas no gráfi co a seguir Com uma semana de medição no chiller do prédio secundário verifi couse que nos dias com horário de ponta os equipamentos funcionavam no horário no turno paralelo ao período de fabricação de gelo Nos fi nais de semana quando não havia horário de ponta eles funcionavam continuamente 154 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 48 Medições Chiller do prédio secundário típico Verifi couse pela medição que a demanda máxima registrada era de 68 kW e que no horário de ponta apenas as bombas estavam em funcionamento Tabela 49 Dados de potência e energia elétrica pré implementação DATA LEITURA ATUAL Consumo Ativo kWh Demanda Registrada kW Na Ponta Fora de Ponta Na Ponta Fora de Ponta 01022005 23246 227400 805 946 01032005 31322 248160 859 877 01042005 43212 263280 899 894 01052005 20690 254560 392 848 01062005 37684 265600 885 952 Tabela 410 Dados de potência e energia elétrica pós implementação DATA LEITURA ATUAL Consumo Ativo kWh Demanda Registrada kW Na Ponta Fora de Ponta Na Ponta Fora de Ponta 01022005 24542 267480 440 901 01102005 24906 266480 429 896 01112005 21791 297800 427 946 01122005 21080 268280 429 904 01012006 23404 274040 478 877 155 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Pelo acompanhamento das faturas de energia apresentadas nas tabelas an teriores concluise que houve uma redução na demanda faturada de aproximada mente 440 kW No entanto medições setorizadas apontaram valores de redução de potência medida próximos de 630 kW Assim os resultados obtidos foram os seguintes Redução de Demanda no Horário de Ponta 630 kW Energia Economizada 890 MWh ano Economia em Energia Elétrica R 49500000 ano Economia em Manutenção R 24000000 ano Tempo de Retorno Corrigido 28 anos 48 CASO 2 MODERNIZAÇÃO DA CAG NO HOSPITAL DO CORAÇÃO 481 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de climatização realizadas no Hospital do Coração HCor Associação do Sanatório Sírio uma entidade de Tratamento de doenças cardiovasculares localizada em São Paulo SP A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul e no fi nal do estudo Verde do subgrupo A4 com demanda contratada de 1400 kW 482 Apresentação e objetivos O complexo do HCor apresentava inicialmente três Centrais de Água Gelada uma para cada Prédio com idade aproximada de 30 anos A proposta apresentada neste caso é da substituição destas centrais por uma única central de água gelada localizada em uma nova área no 3º subsolo do Prédio 147 agregando o conceito de atualização tecnológica confi abilidade operacional e efi ciência energética Esta nova CAG apresenta capacidade total de 1299 TRs sufi ciente para atender os três prédios através das respectivas bombas de água gelada secundárias além de ter uma capacidade extra para instalações expansões futuras Esta CAG é composta por 2 dois resfriadores operantes e 1 um reserva tendose em vista ser imprescin dível a disponibilização de água gelada em tempo integral para o desenvolvimento das atividades no hospital 156 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Para se obter o máximo desempenho da nova Central de Água Gelada CAG do Hospital do Coração foi feita a integração do sistema de produção de água gelada a um sofi sticado sistema de automação que gerencia a produção de água gelada em relação à demanda de carga térmica através da ativação e desativação dos resfria dores de água e suas respectivas bombas de água gelada primária bomba de água de condensação e torres de resfriamento dedicadas bem como modula a vazão de água das bombas de água gelada secundárias com uma efi ciente interface de super visão Esta interface de supervisão além de garantir alta confi abilidade operacional ao sistema de produção de água gelada propicia o rodízio dos equipamentos para desgaste uniforme maximizando a vida útil destes O resultado desse trabalho de engenharia foi um sistema econômico em termos de energia inteligente chegando a valores de 38 em relação aos resfriadores mais antigos do complexo hospitalar em termos de controle da demanda térmica e conservação da vida útil e versátil dos componentes da CAG proporcionando ao operador um amplo poder de supervisão e controle das diversas variáveis do processo O complexo HCor é formado por 3 prédios sendo que cada um deles possuía antes do projeto sua própria CAG A descrição dos prédios é a seguinte Prédio CD composto pelo centro de diagnóstico ressonância magnética tomo grafi a etc Prédio 123 composto pelo centro cirúrgico auditório UTI UCo e internação Prédio 147 composto por 8 andares de internação UTI auditórios farmácia he modinâmica ecocardiograma e ergometria 483 Metodologia adotada para implantação do projeto Objetivando a otimização de energia na operação da nova CAG foi adotado na elaboração do projeto o conceito de circuito primário de água gelada com vazão constante e circuitos secundários de água gelada com vazões variáveis compatíveis com as demandas reais de cargas térmicas em conjunto com a escolha e instalação do melhor equipamento de resfriamento de água além de bombas água gelada primária água de condensação e torres de resfriamento dedicadas permitindo o uso mais racional dos equipamentos Foi optado pelo compressor tipo parafuso com consumo de 057 kWTR adoção de motores elétricos de alto rendimento e o geren ciamento automático da CAG Também foram incorporados inversores de freqüência nas torres de resfria mento de água de condensação considerando os seguintes benefícios 157 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Economia direta de energia na operação das torres pois estudos demonstram que uma CAG opera à plena carga somente 25 do tempo total de operação Os outros 75 do tempo operam com cargas reduzidas necessitando portanto compatibilização da carga térmica rejeitada nos condensadores com a capaci dade de resfriamento das torres Tradicionalmente esta compatibilização é feita através da operação dos ventiladores das torres em ciclos de ligadesliga Este método além de submeter os conjuntos motoventiladores a grandes esforços elétricos e mecânicos bem como os circuitos elétricos a altas correntes a cada partida não aproveita uma das principais características dos ventiladores que é a potência absorvida variar com o cubo da rotação onde por exemplo um ventilador operando a 80 da rotação nominal consumirá 5120 da potência prevista Economia no consumo de água de reposição para as torres uma vez que com patibilizando a capacidade das mesmas evaporase somente a água necessá ria bem como diminuindose a rotação dos ventiladores diminuise a perda de água por arraste Economia no custo de tratamento de água uma vez que diminui a reposição de água no sistema Diminuição signifi cativa do nível de ruído das torres benefício este bastante in teressante para o complexo do HCor tendose em vista que a instalação opera 24 horas e está próximo de outras edifi cações inclusive residenciais Prolongamento da vida útil de componentes elétricos e mecânicos tendose em vista a utilização de partida em rampa e diminuição dos níveis de vibração 484 Detalhes da implementação A primeira fase do retrofi t foi defi nida pela instalação de um conjunto capaz de atender os Prédios CD e 147 sendo este conjunto composto por 01 chiller de 433 TRs 02 bombas de água gelada primária 02 bombas de água de condensação 02 torres de resfriamento 06 bombas de água gelada secundária 03 para cada prédio 01 quadro elétrico da CAG 02 quadros elétricos das bombas secundárias e 01 quadro elétrico das torres de resfriamento Ocorreu assim a desativação e desmontagem da CAG que atendia o Prédio CD pois nesta área foi montada a nova ressonância magnética Estes equipamentos em conjunto com as tubulações que tinham diâmetros variando de 8 a 18 foram instalados no 3º subsolo exceto as torres de resfriamento que foram instaladas na cobertura do Prédio localizada no 12º pavimento Em para lelo foi feita a montagem da prumada nova de condensação de 10 redes elétrica de alimentação e comando 158 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Após a montagem dos equipamentos foram realizados testes locais para então serem interligados às prumadas de água gelada dos Prédios CD e 147 sendo que para permitir a reversão dos sistemas caso houvessem falhas foram instaladas válvulas de manobra em locais estratégicos da instalação Concluídas as interligações executadas em data e horário programado para não interromper os exames feitos no centro de diagnóstico procedeuse a desmon tagem da central existente chillers bombas rede elétrica quadro elétrico prumada de condensação e torres de resfriamento do CD A segunda fase do retrofi t foi defi nida pela seqüência da instalação dos de mais equipamentos 02 chillers de 433 TRs 02 bombas de água gelada primária 02 bombas de água de condensação 02 torres de resfriamento 03 bombas de água ge lada secundária do Prédio 123 e respectivo quadro elétrico seguida da desativação desmontagem da central antiga Estes equipamentos foram montados no 3º subsolo ao lado dos instalados na 1ª fase com exceção das bombas de água gelada secundárias e respectivo qua dro elétrico as quais foram instaladas no 1º subsolo na casa de máquinas do Prédio 123 Em paralelo a esta montagem foi instalada a tubulação de água gelada inter ligando a nova CAG 3º subsolo e a casa de máquinas do Prédio 123 1º subsolo sendo esta enterrada em canaleta Em data programada foi efetuada a interligação com a prumada de água gelada do Prédio 123 ressaltando que neste estão localizados o centro cirúrgico UTI e UCo possibilitando na seqüência a remoção dos equipamentos que compunham a central existente chillers bombas rede elétrica quadro elétrico prumada de con densação e torres de resfriamento A terceira fase do retrofi t foi defi nida pelo Up Grade das 02 torres de res friamento existentes pelo remanejamento e revisão das eletrobombas de água de condensação e quadro elétrico da cobertura para o 1º subsolo na central existente do Prédio 147 e na seqüência pela partida da central existente do Prédio 147 em paralelo com a nova central de água gelada Para atender a nova CAG foi montada uma nova prumada de água de con densação e utilizadas as prumadas existentes de água gelada Vale ressaltar que todos os serviços que necessitaram interromper o forne cimento de água gelada do sistema de ar condicionado foram previamente progra mados em conjunto com a engenharia do HCor de modo a causar o menor impacto ao hospital 159 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Para os equipamentos que não podiam em qualquer hipótese fi car sem re frigeração por exemplo o chiller específi co que supre a ressonância magnética utili zouse instalações temporárias Tabela 411 Especifi cações dos equipamentos modifi cados CAG Prédio 147 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 1o subsolo 2 Chiller Hitachi 200 TR 3 BAG KSB 981 m3h 1 Quadro elétrico 11o pavto cobertura 2 Torres Alpina 75 cv 3 BAC KSB 1224 m3h 1 Quadro elétrico Tabela 412 Especifi cações dos equipamentos que foram substituídos CAG Prédio CD Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 3º subsolo 2 Chiller Hitachi 80 TR 4 BAGP KSB 377 m3h 3 BAGS KSB 291 m3h 1 Quadro elétrico 2º pavto cobertura 2 Torres Alpina 5 cv 3 BAC KSB 476 m3h CAG Prédio 123 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 1º subsolo 2 Chiller Hitachi 120 TR 3 BAG KSB 60 m3h 3 BAC KSB 82 m3h 1 Quadro elétrico 9º pavto cobertura 2 Torres Alpina 75 cv 160 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 413 Especifi cações dos equipamentos instalados GERAL Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 3º subsolo 3 Chiller Trane 433 TR 4 BAGP Worthington 260 m3h 4 BAC Worthington 280 m3h 1 Quadro elétrico Siemens 1 Quadro automação 11º pavto cobertura 4 Torres Alpina 75 cv 1 Quadro elétrico 12 Válvulas motorizadas RVC 1 Tanque de expansão Servtec CAG Prédio 147 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 3º subsolo 3 BAGS Worthington 120 m3h 1 Quadro elétrico 1 Medidor de vazão Nivetec 300 m3h 1 Sensor de pressão Johnson Controls 8 bar 1 Sensor de temperatura Andover 50 oC CAG Prédio CD Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 3º subsolo 3 BAGS Worthington 80 m3h 1 Quadro elétrico 1 Medidor de vazão Nivetec 300 m3h 1 Sensor de pressão Johnson Controls 8 bar 1 Sensor de temperatura Andover 50 oC CAG Prédio 123 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid 1º subsolo 3 BAGS Worthington 110 m3h 1 Quadro elétrico 1 Medidor de vazão Nivetec 300 m3h 1 Sensor de pressão Johnson Controls 8 bar 1 Sensor de temperatura Andover 50 oC 161 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 485 Prazos O projeto e a implantação do sistema foram realizados pela Servtec e teve a duração de 18 meses incluindo o prazo de entrega dos equipamentos 486 Resultados e benefícios alcançados O retrofi t da CAG do HCor foi executado com base em estudos minuciosos de engenharia e logística Este estudo foi feito em conjunto com o setor de enge nharia e obras do HCor sendo que cada detalhe foi analisado previamente o trajeto dos equipamentos novos a remoção dos equipamentos antigos as interferências as áreas afetadas o impacto no sistema as manobras de válvulas as pressões de tra balho as redes hidráulica elétrica e seus encaminhamentos o armazenamento dos materiais e equipamentos Foram analisados e calculados os prazos de execução interrupção dos siste mas existentes bem como a distribuição e o arranjo dos equipamentos no espaço físico disponível e a logística de substituição dos mesmos O retrofi t foi executado em função dos equipamentos apresentarem rendi mentos aquém da necessidade e consumo elevado de energia bem como pelo o acréscimo de carga térmica e previsão para instalações futuras passando a capaci dade das CAGs de 800 TRs para 1350 TRs Cabe ressaltar também que a substituição da CAG ocorreu sem que o forne cimento de água gelada fosse interrompido em momento algum para não compro meter o centro cirúrgico UTI UCo PS hemodinâmica e centro de diagnóstico áreas vitais para o funcionamento do HCor 162 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 49 CASO 3 UNIFICAÇÃO DE CAGS NA TELEFÔNICA 491 Características da empresa O caso apresentado a seguir relata as ações de aumento de efi ciência em sis temas de climatização realizadas no edifíco da Telefônica Telecomunicações de São Paulo SA uma empresa do ramo de prestação de serviços em telecomunicações lo calizada em Pinheiros na cidade de São Paulo SP A tensão de fornecimento corres ponde ao subgrupo A4 porém o preço da energia é negociado como consumidor livre através da compra de energia de Pequenas Centrais Hidrelétricas As demandas contratadas são de 593 kW no horário fora de ponta e de 555 kW no horário de ponta 492 Apresentação e objetivos O projeto implementado na Telefônica consiste na unifi cação de três siste mas de geração de água gelada para condicionamento de ar onde uma nova central passou a atender todas as áreas do edifício Algumas características importantes deste projeto referemse ao modo de operação mais econômico no uso da energia e efi ciente nos termos de controle da capacidade térmica Os equipamentos modernos também proporcionam a melhor operação possibilitando o supervisionamento das variáveis de controle como tem peraturas vazões e pressões de trabalho As diretrizes de realização do projeto por fases bem defi nidas fi caram sob a aprovação da Telefônica que viabilizou a implantação das medidas por intervenções no sistema de ar condicionado existente gerenciando uma logística operacional que não comprometesse o conforto térmico do prédio por muito tempo enquanto os equipamentos fossem substituídos Os equipamentos existentes antes da realização da obra estão mostrados na tabela a seguir divididos por sistemas e pavimentos 163 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 414 Especifi cações dos equipamentos substituídos Sistema 1 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid Térreo 2 Chiller Starco 50 TR 2 BAG m3h Entrepiso 2 Fancoil cv 2º pavimento 2 Fancoil cv Cobertura 1 Torres cv Sistema 2 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid Térreo 4 Chiller Starco 50 TR 3 BAG m3h 3º pavimento 3 Fancoil cv 4º pavimento 4 Fancoil cv 5º pavimento 3 Fancoil cv Cobertura 2 Torres 15 cv 4 BAC m3h Sistema 3 Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid Térreo 2 Chiller Carrier 60 TR 2 BAG m3h 2 BAC m3h 2 Torres 15 cv 6º pavimento 4 Climatizador cv 1 Fancoil cv 493 Metodologia adotada para implantação do projeto A medição da efi ciência energética em obras de Retrofi t dependeu de vari áveis compreendidas por premissas adotadas nos cálculos de projeto até aos méto dos de medição de parâmetros elétricos e termodinâmicos Os cenários adotados para a medição da efi ciência energética foram antes e após a realização do retrofi t sendo o primeiro cenário o que possuía maior difi culda de visto que grande parte das Centrais de Água Gelada CAGs antigas não possuí am sistemas de medição e o histórico de manutenção nem sempre mostra o status operacional ao longo do tempo Portanto a avaliação da efi ciência energética foi um trabalho de busca de dados e muitas vezes cálculos através de dados de fabricantes 164 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A operacionalidade da CAG antes e após o retrofi t foi de muita importância e foi um fator determinante na análise da efi ciência energética da CAG visto que a relação de kWTR variava de acordo com o carregamento dos equipamentos As premissas adotadas no cálculo de carga térmica foram fatores determinan tes na escolha dos equipamentos e também na efi ciência energética do sistema de ventilação e ar condicionado HVAC A falta de informações corretas poderia levar o projetista a um superdimensionamento da CAG Dessa maneira os equipamentos po deriam trabalhar com carregamento baixo acarretando uma relação de kWTR maior O adequado tratamento químico da água do sistema HVAC também é um fator relevante na análise da efi ciência energética Quando ocorrem depósitos sobre as superfícies de transmissão de calor a água de resfriamento não consegue absor ver efi cientemente o calor do fl uído refrigerante da água gelada e do ar reduzindo assim o coefi ciente de performance dos equipamentos Dessa maneira pode ser ob servada uma redução na capacidade de transferência de calor um consumo desne cessário de energia nos motores dos compressores corrosão manutenção e reparos em excesso no sistema e elevados custos com tratamento de água A medição da diferença de temperatura do condensador indica a efi ciência de troca de calor entre o gás refrigerante e a água de condensação Esse valor de temperatura é importante para avaliar se existem incrustações eou deposições nos tubos de troca térmica A metodologia adotada conta com a participação do sistema de automação implantado no sistema HVAC que coletou dados de vazão de água gelada total da CAG as temperaturas de entrada e retorno da água gelada no sistema dos três chillers e a potência elétrica de cada um e dessa maneira foi possível verifi car a demanda tér mica total em TR do prédio e a quantidade necessária de energia para essa produção Como anteriormente ao retrofi t a instalação permitiu somente as medições térmicas e elétricas por chiller adotouse essa análise para os dados coletados pela automação 494 Detalhes da implementação Este projeto foi implementado em 7 fases conforme descritas a seguir A Fase 1 foi a etapa na qual os equipamentos operaram nas condições iniciais sem ne nhuma modifi cação No entanto houve uma preparação logística operacional para desligar o Sistema 1 e para o funcionamento dos sistemas 2 e 3 Na Fase 2 iniciouse as modifi cações dos equipamentos para adequação do novo sistema Os chillers antigos foram desmontados para dar lugar aos novos equipamentos Na cobertura houve a retirada da torre de resfriamento de água cedendo lugar para qua tro bombas de água de condensação do novo sistema onde também foram instaladas duas novas torres de resfriamento com maior capacidade No pavimento 2 ao 6 houve a 165 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL remoção dos antigos fan coils e a instalação de novos climatizadores de ar Na Fase 3 outros fan coils foram desmontados e novos climatizadores de ar foram instalados Neste momento o novo sistema começou a operar com 2 chillers atendendo parte da demanda térmica Na Fase 4 o sistema 2 foi desligado para desmontagem completa e o terceiro chiller foi montado no novo sistema Na Fase 5 foi realizado o acoplamento da tubulação do sistema 3 com o sis tema novo que passou a operar completamente Na Fase 6 o sistema 3 foi totalmente desmontado A Fase 7 foi a fase fi nal na qual a obra foi encerrada e os resultados foram apresentados Uma obra deste porte envolveu várias atividades de modifi cação e instalação de infraestrutura Abaixo estão listadas mais detalhadamente essas atividades rela cionadas por áreas como estrutura civil hidráulica elétrica acústica e automação Atividades de infraestrutura civil Demolição de bases de equipamentos antigos Demolição de piso Construção de canaletas complementares Construção de bases para os equipamentos novos Execução de abertura na parede para passagem de tubulação de água gelada e de condensação Execução e fechamento de furação no piso Pintura Construção da nova casa de máquinas Instalação de porta cortafogo Impermeabilização do piso Destelhamento da cobertura Atividades de infraestrutura hidráulica Drenagem de água dos sistemas 1 2 e 3 Desacoplamento desmontagem e remoção da tubulação e bombas antigas Montagem da nova rede hidráulica de água gelada e condensação na prumada vertical externa até a cobertura 166 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Remanejamento e montagem da rede de dutos de descarga de ar Instalação do isolamento térmico Remanejamento da água e esgoto de sanitários e vestiário Instalação da nova tomada de ar externo Montagem de rede de dutos e bocas de ar Fabricação das peças de acoplamento da rede de água gelada Atividades de infraestrutura elétrica Desligamento dos equipamentos Desmontagem dos quadros de alimentação antigos Remoção do transformador Remanejamento do banco de capacitores Montagem dos novos quadros de alimentação seccionadoras disjuntores e fusíveis Montagem dos leitos passagem de cabos e assessórios Alteração do sistema de iluminação Remanejamento das cargas elétricas Instalação das tomadas na parede Desmontagem e montagem da malha de aterramento na cobertura Atividades de infraestrutura de automação Instalação do quadro de automação e controle Instalação da infraestrutura de controle Instalação dos periféricos Atividades de infraestrutura acústica Tratamento acústico na CAG Montagem da estrutura metálica do atenuador de ruído das torres Montagem do painel de isolamento acústico Instalação da caixa de tratamento acústico para as bombas Instalação de porta acústica na CAG Atenuador de ruídos do ventilador Instalação do piso de borracha Fixação dos equipamentos sobre amortecedores de vibração 167 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Figura 49 Instalação dos equipamentos do novo sistema A capacidade total de refrigeração instalada nos três sistemas antigos era de 420 TR distribuídos em 8 chillers No novo sistema foram instalados 3 chillers com capacidades de 110 TR totalizando uma capacidade de refrigeração igual a 330 TR Isso foi possível devido à redução do coefi ciente de performance COP desses equi pamentos Tabela 415 Especifi cações dos novos equipamentos GERAL Qtd Equipamento Fabricante Capacidade unid Térreo 3 Chiller Hitachi 110 TR 4 BAGP KSB 552 m3h Cobertura 4 BAC KSB 698 m3h 4 Torres Alfaterm 4 cv 495 Prazos O período de implantação do novo sistema foi de 9 meses incluindo o prazo de entrega dos equipamentos desmontagem dos sistemas anteriores e montagem do novo o projeto e a execução foram realizados pela Servtec 168 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Para se ter uma idéia da realização do projeto por pavimento e por sistema as tabelas abaixo resumem as modifi cações por fase do projeto Tabela 416 Fases do projeto localizadas por piso Piso Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 Fase 6 Fase 7 Térreo CH 5 e 6 CH 123 e 4 CH 1 e 2 Final BAG 4 e 5 BAG 12 e 3 BAG 6 7 Tubulação Tubulação Tubulação sistema 1 sistema 2 Sistema 3 CAG 1 2 Automação CAG 3 BAC 56 BAG 123 e 4 VE 1 VC 1 Entrepiso FC 12 CA 1 Automação Pavimento 2 FC 3 4 Pavimento 3 FC 5 FC 6 FC 7 CA 2 CA 3 Automação Pavimento 4 FC 8 9 FC 10 11 CA 6 7 CA 4 CA 5 Automação Pavimento 5 FC 12 FC 13 FC 14 CA 8 CA 9 CA 10 Automação Pavimento 6 CA 11 CA 12 Acoplamento Dutos de ar FC 15 CA 1E 2E Drenagem 3E e 4E sistema 2 Automação Cobertura TR 1 TR 2 3 BAC 123 e 4 BAC 1 23 e 4 TR 4 e 5 TR 1 2 e 3 Automação instalação BAG bomba de água gelada CH chiller desmontagem BAC bomba de água de condensação FC fan coil CA climatizador de ar TR torre de resfriamento CAG central de agua gelada VE VC ventilador 169 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 417 Fases do projeto identifi cadas por sistema Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 Fase 6 Fase 7 Sistema 1 Operação Parado Eliminado Eliminado Eliminado Eliminado Eliminado CH 5 e 6 5 e 6 TR 1 BAG 4 e 5 BAC Sistema 2 Sistema 2 FC 123 e 4 123 e 4 Sistema 2 Operação Operação Operação Parado Eliminado Eliminado Eliminado CH 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 TR 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 BAG 1 2 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 BAC 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 FC 5 ao 14 5 e 12 6 8 9 13 e 15 7 10 11 e 14 Sistema 3 Operação Operação Operação Operação Operação Parado Eliminado CH 1 e 2 1 e 2 1 e 2 1 e 2 1 e 2 1 e 2 TR 4 e 5 4 e 5 4 e 5 4 e 5 4 e 5 4 e 5 BAG 6 e 7 6 e 7 6 e 7 6 e 7 6 e 7 6 e 7 BAC 5 e 6 5 e 6 5 e 6 5 e 6 5 e 6 5 e 6 FC 15 15 15 CA 1E 2E 3E e 4E 11 11 1E 2E 3E 4E e 11 1E 2E 3E 4E e 11 Sistema Hitachi Novo Montagem Operação Operação Operação Operação Operação CH 1 e 2 1 e 2 3 1 e 2 1 2 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 TR 12 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 1 2 e 3 BAG 123 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 BAC 123 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 1 2 3 e 4 CA 1 2 6 7 8 1 2 6 7 8 3 4 9 e 12 1 2 3 4 6 7 8 9 e 12 5 e 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 e 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 e 12 1E 2E 3E 4E e 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1E 2E 3E e 4E Sistema Hidráulico Sistema 1 Sistema 2 Acoplamento Sistema 3 Sistema novo Instalação BAG bomba de água gelada CH chiller Desmontagem BAC bomba de água condensação FC fan coil Mantido CA climatizador de ar TR torre de resfi riamento 496 Resultados e benefícios alcançados O principal resultado obtido com a substituição do sistema de ar condiciona do foi a redução do consumo específi co da central apresentado na tabela a seguir 170 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A montagem da nova central com capacidade de 330 TR representou uma redução de demanda da ordem de 228 kW ou redução do consumo estimado em 245 MWhano Tabela 418 Redução do consumo específi co Antes do Retrofi t Após Retrofi t Equipamentos analisados kWTR Equipamentos analisados kWTR Chillers Carrier 144 Hitachi 075 Chillers Starco 410 CASO 4 MODERNIZAÇÃO DA CAG NO EDIFÍCIO FARIA LIMA 4101 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de climatização realizadas no Condomínio Edifício Brigadeiro Faria Lima uma empresa do ramo de Escritórios Comerciais localizada em São Paulo SP A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Verde do subgrupo AS com demanda contratada igual a 700 kW 4102 Apresentação e objetivos Este estudo de caso apresenta duas linhas de medidas de efi cientização energética A primeira delas é de projetos aprovados no âmbito do Programa de Efi ciência Energética da ANEEL onde está o projeto principal e a segunda de projetos que não fazem parte deste Programa O principal projeto realizado pela Vitalux aborda a substituição de uma Cen tral de Água Gelada CAG no qual será proporcionado um aumento da efi ciência do sistema aumentando o conforto térmico dos ambientes e reduzindo o consumo de energia dos chillers que passarão das atuais 135 kWTR para 0585 kWTR como será apresentado a seguir 171 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Figura 410 Vista frontal do edifício Entre os outros projetos estão medidas para economia direta dos gastos com energia elétrica como a substituição do sistema de iluminação dos subsolos a geração de energia no horário de ponta e a adequação tarifária Também foram implementadas ações para economia de água que refl etirão na economia de ener gia medidas como a substituição dos terminais consumidores de água pesquisa de vazamentos e análise do consumo de água e lançamento de efl uentes Na substituição do sistema de iluminação dos subsolos foram trocados os conjuntos de lâmpadas luminárias e reatores proporcionando um aumento no nível médio de iluminamento e obtendo uma economia do consumo e da demanda A geração de 1875 kVA no horário de ponta das 1730 as 2030 h possibi litou a transferência em rampa de cargas como o Centro de Distribuição da Admi nistração e os conjuntos privativos através de um paralelismo momentâneo com a rede da concessionária atendendo os requisitos das proteções de sobrecorrente instantâneo e temporizado Essas instalações atenderam as exigências da resolução nº 112 da ANEEL que estabelece os requisitos necessários à obtenção de Registro ou Autorização para a implantação ampliação ou repotenciação de centrais geradoras termelétricas eó licas e de outras fontes alternativas de energia Após a instalação do novo sistema de ar condicionado o projeto foi comple mentado com um estudo de adequação tarifária que avaliou o comportamento do 172 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA consumo de energia de acordo com o regime de operação dos equipamentos mais relevantes e ajustou os valores de demanda contratada de forma otimizada para ob ter o menor custo Nas medidas para redução do consumo de água foi realizada a substituição dos vasos sanitários torneiras e válvulas de mictórios por outros de baixo consumo mecânicos e eletrônicos mantendo o conforto e evitando o desperdício de água devido ao uso inadequado dos usuários Também foi feito o levantamento do perfi l dos principais consumidores de água através das instalações de medidores com saída pulsada na entrada geral da rede de água e na rede que atende o sistema de ar condicionado Esta medição foi monitorada diariamente via web durante todo o período do contrato para evitar possíveis vazamentos uso indevido dos equipamentos mais relevantes e controle do efl uente lançado na rede de esgoto A pesquisa de vazamento foi realizada através de auscultação das redes visí veis e não visíveis usandose haste de escuta geofone eletrônico e correlacionador de ruídos sendo ratifi cado com o fechamento dos registros dos reservatórios inferio res e superiores constatandose a inexistência de vazamentos 4103 Metodologia adotada para implantação do projeto Considerando as modifi cações do sistema de ar condicionado onde ocorreu o maior investimento e apresentada a seguir a metodologia deste projeto conforme as etapas abaixo Análise da carga térmica do Edifício para dimensionamento da capacidade dos chillers a serem instalados Análise da efi ciência dos chillers antigos Análise estrutural dos pisos lajes e vigas para aplicação e distribuição das cargas de transporte e de equipamentos Dimensionamento das bombas hidráulicas para atuar no sistema de condensação Elaboração de projeto hidráulico e elétrico de todas as medidas da obra Elaboração da logística de transportes Substituição de quatro chillers com compressores tipo alternativo de 200 TR por dois chillers com compressores tipo parafuso de 400 TR 173 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Reestruturação da rede de água gelada permitindo a integração das bombas de água gelada existentes com os respectivos chillers Reestruturação de condensadores evaporativos transformandoos em torres de resfriamento Instalação de uma rede de água de condensação composta por três bombas de alto rendimento e sistema antivibratório Reestruturação dos painéis de energia elétrica que atendem os chillers torres de resfriamento e bombas de água gelada Instalação de um painel de energia elétrica para as bombas de água de conden sação Instalação de um sistema de automação para otimização do uso dos chillers bombas de água gelada e condensação e das torres de resfriamento 4104 Detalhes da implementação Durante a realização do diagnóstico energético foram levantadas as princi pais características da CAG constituída pelos seguintes equipamentos Quatro chillers de 200 TR com compressores tipo alternativos da marca Coldex Trane Quatro condensadores evaporativos da marca SEMCO BAC Três bombas de água gelada secundária Cinco bombas de água gelada primária Para levantar a efi ciência dos equipamentos antigos foram usados medidores de vazão ultrassônico medidores de temperatura digitais e medidores de grandezas elétricas para registrar as variáveis operacionais dos chillers em diversas situações conforme o aumento do número de compressores ligados o que variou de 1 a 6 compressores A tabela a seguir apresenta os rendimentos levantados nos quatro chillers existentes antes da substituição 174 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 419 Análise da efi ciência dos chillers antigos CHILLER Nº 1 Nº Compressores ligados Vazão m3h Tentrada Tsaída Dt kW TR kWTR 6 40 TR 1124 122 88 34 1834 12638 145 5 40 TR 1122 122 88 34 15813 12615 125 4 35 TR 1084 118 92 26 11840 9320 127 3 35 TR 1070 118 102 16 8991 5661 159 2 40 TR 1103 111 95 16 6670 5836 114 1 40 TR 1062 107 100 07 3067 2458 125 CHILLER Nº 2 Nº Compressores ligados Vazão m3h Tentrada Tsaída Dt kW TR kWTR 6 40 TR 1104 103 7 33 1721 12048 143 5 40 TR 1097 94 61 33 15241 11971 127 4 35 TR 1114 94 67 27 1187 9946 119 3 35 TR 1071 9 72 18 829 6375 130 2 40 TR 1084 91 75 16 601 5735 105 1 40 TR 1084 96 88 08 258 2868 090 CHILLER Nº 3 Nº Compressores ligados Vazão m3h Tentrada Tsaída Dt kW TR kWTR 6 40 TR compressor quebrado 5 40 TR 1040 106 76 30 13971 10317 135 4 35 TR 1071 111 90 21 11269 7438 152 3 35 TR 1093 112 101 11 8292 3976 209 2 40 TR 1075 113 102 11 6460 3910 165 1 40 TR 1080 112 107 05 3084 1786 173 CHILLER Nº 4 Nº Compressores ligados Vazão m3h Tentrada Tsaída Dt kW TR kWTR 6 40 TR 1049 100 56 440 18465 15263 121 5 40 TR 1061 101 73 280 15418 9824 157 4 35 TR 1007 108 89 190 8692 6327 137 3 35 TR 9874 109 89 200 8370 6530 128 2 40 TR 1041 112 96 160 6613 5508 120 1 40 TR 994 109 100 090 3292 2958 111 175 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL A tabela a seguir apresenta o resumo dos rendimentos levantados nos qua tro chillers Tabela 420 Efi ciência dos chillers nas capacidades máximas CHILLER kW Capacidade Total TR kWTR CHILLER Nº 1 1834 12638 145 CHILLER Nº 2 1721 12048 143 CHILLER Nº 3 1397 10317 135 CHILLER Nº 4 1846 15263 121 TOTAL 6798 50266 135 Considerando o rendimento médio dos chillers de 135 kWTR e incluindo a potência dos condensadores evaporativos o rendimento levantado para o sistema de geração de água gelada existente foi de 14 kWTR Este levantamento mostrou que a CAG apresentava a capacidade efetiva de 502 TR bem abaixo da capacidade nominal de 800 TR Conforme informação obti da com a equipe responsável pela manutenção nas épocas de calor o sistema não atendia a carga térmica do edifício acarretando defi ciências de condicionamento em diversos pavimentos Figura 411a Etapas de substituição dos equipamentos 176 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 411b Etapas de substituição dos equipamentos 4105 Prazos e custos Desde o início da realização do diagnóstico energético até o período fi nal de monitoramento dos resultados o projeto teve a duração de um ano Como apresentado no cronograma detalhado abaixo as fases de forneci mento e implantação do projeto foram as mais duradouras levando 3 meses cada uma Tabela 421 Cronograma do projeto ETAPA jan04 fev04 mar04 abr04 mai04 jun04 jul04 ago04 set04 out04 nov04 dez04 diagnóstico especifi cação técnica projeto suprimento fornecimento de equipamentos implantação start up monitoramento Os investimentos realizados neste projeto estão apresentados na tabela a seguir totalizando 189 milhões de reais 177 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 422 Investimentos realizados nos projetos Projeto Investimento R Substituição dos chillers R 121500000 Redução do consumo de água R 35400000 Substituição da iluminação geração na ponta gestão e automação R 33000000 Investimento Total R 189000000 4106 Resultados e benefícios alcançados Após as substituições reformas e adequações foram levantadas as princi pais características da CAG constituída pelos seguintes equipamentos Dois chillers de 400 TR com compressores parafusos da marca Trane Quatro torres de resfriamento da marca SEMCO BAC Três bombas de água gelada secundária Cinco bombas de água gelada primária De forma a obter um valor comparativo da efi ciência do novo equipamento foram realizadas as mesmas medições de temperatura vazão e potência nos novos chillers A tabela a seguir apresenta os rendimentos levantados após as substituições As duas unidades são responsáveis por um consumo total de 316 kW com capacida de de 646 TR Verifi case que os chillers antigos totalizavam uma potência de 680 kW para fornecer 502 TR operando na capacidade máxima e o sistema novo requer uma po tência total de 316 kW para fornecer 646 TR com 81 da capacidade operativa o que representa um ganho de efi ciência 178 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 423 Resultado de efi ciência dos novos equipamentos Hora Vazão T ret T env DIF T Capacidade Potência Rendimento Fator de Carga m3h C C C TR kW kWTR 1015 156 126 67 59 304 139 046 76 1030 155 128 67 61 309 155 050 77 1045 155 128 67 61 313 151 048 78 1100 155 128 66 62 315 151 018 79 1115 155 129 67 62 315 158 050 79 1130 155 129 66 63 323 164 051 81 1145 155 128 67 61 313 150 048 78 1200 155 129 66 63 320 145 045 80 1215 155 129 67 62 317 161 051 79 1230 155 128 65 63 323 165 051 81 1245 154 129 67 62 313 151 048 78 1300 155 130 67 63 320 149 046 80 1315 155 130 67 63 319 152 048 80 1330 155 128 67 61 312 143 046 78 1345 154 130 66 64 323 155 048 81 1400 155 130 65 65 332 160 048 83 1415 154 131 67 64 326 159 049 82 1430 155 130 66 64 328 162 049 82 1445 154 130 66 64 327 158 048 82 1500 155 129 66 63 322 155 048 81 1515 155 130 66 64 327 160 049 82 1530 154 130 67 63 321 152 047 80 1545 155 132 66 66 335 168 050 84 1600 155 133 66 67 340 176 052 85 1615 155 132 66 66 335 168 050 84 1630 155 133 66 67 340 173 051 85 1645 155 132 66 66 335 171 051 84 1700 154 133 68 65 329 164 050 82 179 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Pelos dados apresentados na tabela anterior verifi case que para 81 da ca pacidade operativa dos chillers segundo informações passadas pelo fabricante o rendimento estimado foi de 049 kWTR FC TR kW kWTR 30 120 743 0621 40 160 786 0493 50 200 859 0431 60 240 1079 0451 70 280 1353 0485 80 320 1626 0510 90 360 1938 0540 100 400 2313 0581 Figura 412 Performance informada pelo fabricante A variação da efi ciência com o carregamento dos equipamentos também foi levantada para caracterizar o baixo consumo específi co das unidades A tabela e o gráfi co a seguir apresentam os dados de rendimento do chiller da TRANE instalado em função da capacidade parcial Através da comparação do rendimento levantado com cerca de 81 da ca pacidade com o rendimento informado pelo fabricante a 80 da capacidade foi verifi cada a coerência dos resultados obtidos Tabela 424 Comparação dos resultados esperados Carregamento Rendimento Fabricante 80 100 051 kWTR 058 kWTR Projeto 81 049 kWTR 180 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Considerando o funcionamento da nova CAG de 10 horas por dia de segunda a sextafeira a redução de potência gera uma economia de energia da ordem de 960 MWh ano representando aproximadamente R250 mil por ano que somada às outras imple mentações totalizam R787 mil por ano conforme mostrado na tabela abaixo Tabela 425 Benefícios obtidos nos projetos Projeto Economia Rano Substituição dos chillers R 24960000 Redução do consumo de água R 33000000 Substituição da iluminação geração na ponta gestão e automação R 20760000 Investimento Total R 78720000 411 CASO 5 AUTOMAÇÃO E SUBSTITUIÇÃO DA CAG NO CONDOMÍNIO SÃO LUIZ 4111 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de climatização realizadas no Condomínio São Luiz uma empresa do ramo de Escritó rios Comerciais localizada em São Paulo SP A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Verde do subgrupo AS com demanda contratada igual a 3800 kW 4112 Apresentação e objetivos Este caso de efi ciência energética apresenta um projeto de substituição de centrais de água gelada CAG realizado pela Vitalux onde os equipamentos antigos compostos por chillers com compressores alternativos foram substituídos por chillers novos do tipo parafuso Com esta modifi cação também chamada de retrofi t da CAG foi possível pro porcionar um aumento da efi ciência do sistema de ar condicionado aumentando o con forto térmico dos ambientes com uma redução no consumo de energia do sistema Além da melhoria tecnológica o aspecto operacional desta central consiste na produção de água gelada durante o horário fora de ponta e na produção de gelo durante a madrugada para ser utilizado no horário de ponta 181 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL 4113 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia deste projeto seguiu as seguintes etapas Análise da carga térmica do Edifício para dimensionamento da capacidade dos chillers a serem concebidos Análise da efi ciência dos chillers antigos usando medidor de vazão ultrassônico medidor de grandezas elétricas e medidores de temperatura digitais Análise estrutural dos pisos lajes e vigas para aplicação e distribuição de cargas de transporte e de equipamentos Dimensionamento das bombas hidráulicas para atuar no sistema de condensação Elaboração do projeto hidráulico e elétrico de todas as medidas da obra Elaboração da logística de transportes Substituição de seis chillers com compressores alternativo de 200 TR por três chillers com compressores parafuso de 400 TR Reestruturação da rede de água gelada permitindo a integração das bombas de água gelada existentes com os respectivos chillers Reestruturação da rede de água de condensação permitindo a integração das bombas de água de condensação existentes com os respectivos chillers Reestruturação dos painéis de energia elétrica que atendem os chillers torres de resfriamento e bombas de água gelada Instalação de um sistema de automação quadros de comandos infraestrutura software para otimizar o uso dos chillers bombas de água gelada e condensa ção e das torres de resfriamento Treinamento de operação dos chillers e do sistema de automação 4114 Detalhes da implementação Na etapa do diagnóstico energético foram levantadas as principais caracte rísticas das quatro CAGs constituída pelos seguintes equipamentos Seis chillers de 200 TR com compressores alternativos da marca Coldex Trane Um chiller de 400 TR com compressor parafuso RTHC da marca Trane Duas torres de resfriamento para cada CAG 182 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Cinco bombas de água gelada secundária Três bombas de água gelada primária em cada CAG Três bombas de água de condensação em cada CAG Um sistema de termoacumulação No início do ciclo de operação da central houve a produção de gelo que não necessitou das bombas de água gelada do circuito secundário A operação de todos os equipamentos das centrais ocorreu no condicionamento do edifício durante o horário comercial quando houve produção de água gelada Durante o horário de ponta o gelo armazenado foi utilizado para o condicionamento do edifício não ha vendo a necessidade de operação dos chillers A tabela a seguir apresenta o regime de operação do sistema de climatização Tabela 426 Regime operacional das centrais Operação Equipamentos Horário Produção de gelo BAGPs BACs Torres de Resfriamento Chillers 000 h as 600 h Condicionamento BAGPs BAGSs BACs Torres de Resfriamento Chillers 700 h as 1700 h Condicionamento na ponta queima de gelo Metade das BAGPs Metade das BAGSs BACs Torres de Resfriamento 1700 h as 2030 h Sistema de ar condicionado desligado 2230 h às 000 h As tabelas a seguir apresentam os rendimentos levantados dos chillers exis tentes de 200 TR com compressores alternativos quando estão operando para pro dução de água gelada e gelo 183 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 427 Efi ciência dos chillers de 200 TR para produção de água gelada TORRE 01 CHILLER 01 Nº Compressores ligados Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 6 B3 35 TR 1366 108 76 32 16532 14455 114 5 B2 40 TR 1369 108 79 29 14308 13129 109 4 B1 40 TR 1361 107 85 22 11332 9901 114 3 C3 35 TR 1355 106 89 17 8114 7617 107 Média 111 TORRE 03 CHILLER 02 Nº Compressores ligados Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 6 B3 35 TR 1671 108 80 28 17845 15472 115 5 B2 40 TR 169 110 85 25 15103 13972 108 4 B1 40 TR 1679 111 94 18 11810 9716 122 3 C3 35 TR 1725 115 102 13 8566 7416 116 Média 115 TORRE 04 CHILLER 01 Nº Compressores ligados Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 6 B3 35 TR 1488 104 70 34 19107 16730 114 5 B2 40 TR 1459 109 78 31 16734 14957 112 4 B1 40 TR 1466 116 93 23 13237 11150 119 3 C3 35 TR 1589 121 106 15 9546 7882 121 Média 116 Nesta condição esses equipamentos apresentaram uma efi ciência média para produção de àgua gelada de 114 kWTR 184 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 428 Efi ciência dos chillers de 200 TR para produção de gelo TORRE 01 CHILLER 1 Produção de Gelo Nº Compressores ligados Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 6 954 30 04 26 13306 8202 162 960 23 04 27 13026 8571 152 984 16 11 27 13104 8786 149 990 13 16 29 12918 9494 136 924 03 25 28 12893 8556 151 Média 150 TORRE 03 CHILLER 2 Produção de Gelo Nº Compressores ligados Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 6 1414 11 13 24 16700 11222 149 1416 08 16 24 17016 11238 151 1403 06 20 26 16787 12063 139 1406 04 21 25 16584 11624 143 139 03 24 27 16766 12411 135 Média 143 Quando os chillers foram utilizados para produção de gelo estes equipa mentos apresentaram uma efi ciência média um pouco menor sendo igual a 1490 kWTR Figura 413a Etapas de substituição dos equipamentos 185 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Figura 413b Etapas de substituição dos equipamentos Figura 414 Tela de controle do sistema superviório das CAGs Após as substituições reformas e adequações foram levantadas as principais características da CAG constituída pelos seguintes equipamentos Três chillers de 400 TR com compressores parafuso RTHD da marca Trane Um chiller de 400 TR com compressor parafuso RTHC da marca Trane Duas torres de resfriamento para cada CAG 186 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Cinco bombas de água gelada secundária Três bombas de água gelada primária em cada CAG Três bombas de água de condensação em cada CAG Um sistema de termoacumulação 4115 Prazos e custos Desde o início da realização do diagnóstico energético até o período fi nal de monitoramento dos resultados o projeto teve a duração de um ano Como pode ser visto no cronograma detalhado abaixo as fases de forneci mento e implantação do projeto foram as mais duradouras levando sete meses para serem concluídas Tabela 429 Cronograma de substituição dos chillers ETAPA jan05 fev05 mar05 abr05 mai05 jun05 jul05 ago05 set05 out05 nov05 dez05 diagnóstico especifi cação técnica projeto suprimento fornecimento de equipamentos implantação start up monitoramento O investimento total no projeto de substituição dos chillers foi de R181 mi lhão incluindo os equipamentos a mãodeobra e a instalação 4116 Resultados e benefícios alcançados Seguindo a metodologia de medição dos parâmetros elétricos e térmicos que permitem calcular a efi ciência dos chillers das torres 1 3 e 4 para produção de água gelada e gelo foram então obtidos os dados de rendimento apresentados a seguir para comparação dos resultados do projeto 187 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 430 Efi ciência no novo chiller da Torre I Produção de Água Gelada Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 265 151 111 40 228 351 065 264 152 112 40 227 350 065 259 138 100 38 224 325 069 253 134 94 40 226 335 068 256 133 92 41 225 347 065 255 124 84 40 227 338 067 Média 40 226 341 066 Fabricação de Gelo Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 231 14 22 36 226 275 082 232 09 25 34 227 261 087 233 05 29 34 230 262 088 233 01 32 33 225 254 088 233 03 35 32 229 247 093 Média 34 227 260 088 Tabela 431 Efi ciência no novo chiller da Torre III Produção de Água Gelada Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 256 153 111 42 227 355 064 255 15 109 41 227 346 066 256 146 104 42 226 356 063 254 143 103 40 225 336 067 246 136 94 42 227 342 066 254 153 111 42 227 353 064 Média 42 226 348 065 188 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 431 Efi ciência no novo chiller da Torre III cont Fabricação de Gelo Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 295 03 24 27 224 263 085 290 02 26 28 226 269 084 291 02 27 29 228 279 082 294 04 26 30 224 292 077 296 04 27 31 220 303 073 300 03 27 30 227 298 076 Média 29 225 284 079 Tabela 432 Efi ciência no novo chiller da Torre IV Produção de Água Gelada Vazão m3h T entrada T saída Dt kW TR kWTR 222 116 69 47 229 345 066 221 113 67 46 225 335 067 220 111 66 45 220 327 067 232 108 64 44 228 338 068 229 107 63 44 222 333 067 226 104 59 45 226 336 067 Média 45 225 336 067 Fabricação de Gelo Vazão m3h Tentrada Tsaída Dt kW TR kWTR 242 12 23 35 221 280 079 240 09 26 35 225 278 081 240 06 28 34 221 270 082 241 03 31 34 225 271 083 241 0 33 33 220 263 084 Média 34 222 272 082 O quadro a seguir apresenta as médias dos rendimentos levantados para os novos chillers 189 CONDICIONAMENTO AMBIENTAL Tabela 433 Resumo dos rendimentos dos equipamentos RESULTADO DOS LEVANTAMENTOS PRODUÇÃO DE ÁGUA GELADA PRODUÇÃO DE GELO kWTR Chiller da Torre I 066 088 kWTR Chiller da Torre III 065 079 kWTR Chiller da Torre IV 067 082 kWTR Médio 066 083 A melhoria do consumo específi co para produção de água gelada e para pro dução de gelo foi a seguinte Produção de água gelada de 114 kWTR para 066 kWTR Produção de gelo de 149 kWTR para 083 kWTR O projeto obteve uma economia de aproximadamente R370 mil por ano BIBLIOGRAFIA CONDICIONAMENTO AMBIENTAL ASHRAE Handbook HVAC Systems and Applications American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers 2004 ASHRAE Handbook Fundamentals 2005 Izard J L Guyot A Arquitetura Bioclimática México D F Gustavo Gili 1983 Koenigsberger O H et alii Vivendas y Edifi cios en Zonas Cálidas y Tropicales Ma drid Paraninfo SA p64 1977 Kuehn T H Ramsey J W Threlkeld J L Thermal Environmental Engineering 3a Ed PrenticeHall Inc 1998 McQuiston F C Parker J D Heating Ventilating and Air Conditioning Analysis and Design 4a Edição 1994 Pizzetti C Acondicionamiento del Aire y Refrigeración Editoral Interciencia Costa nilla de Los Angeles 15 Madrid13 1970 Wang S K Handbook of Air Conditioning And Refrigeration 2a Ed McGrawHill New York 2000 191 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Capítulo 5 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO 51 INTRODUÇÃO O ar comprimido é uma forma de transporte de energia de enorme utilidade e com inúmeras aplicações Em muitos campos compete com a eletricidade e em alguns casos particulares somente ele pode ser usado por exemplo no interior das minas onde podem existir gases explosivos em trabalhos subaquáticos etc Nas indústrias o ar comprimido é empregado em máquinas operatrizes em motores pneumáticos equipamentos de movimentação e transporte de materiais ferramentas manuais em sistemas de comando controle regulagem instrumenta ção e na automação de processos O ar comprimido também é usado nas instalações dos aeroportos portos hospitais obras civis nas minerações postos de combustível nos equipamentos de climatização e em diversos outros locais Uma das vantagens do emprego do ar comprimido é que o mesmo pode ser armazenado e conduzido ao local de utilização sem necessitar de isolamento tér mico como é o caso do vapor Não oferece riscos de incêndio ou de explosão e seu emprego se faz de forma fl exível compacta e potente Essas características explicam seu uso em escala sempre crescente Como principal desvantagem apontase o consumo maior de energia que a energia elétrica na produção de um determinado trabalho útil o que não impede seu uso face às vantagens que oferece em determinadas situações particulares Em razão disso a correta utilização do ar comprimido a operação efi ciente e econômica dos compressores que é o coração desses sistemas é de extrema importância Os vazamentos e as perdas que ocorrem na distribuição também são pontos que devem ser observados 192 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 52 CONCEITOS TEÓRICOS BÁSICOS 521 Rendimento dos Compressores O rendimento global dos compressores pode ser determinado por meio de cálculos simples Basta expressar a potência útil em termos da vazão e da pressão disponível e depois fazer uma comparação entre essa e a potência que está sendo utilizada pelo motor elétrico A potência útil ou a de saída é facilmente calculada usando o seguinte artifício Imaginandose um cilindro pneumático sem atrito cuja haste esteja se mo vendo com a velocidade constante e exercendo uma força também constante A po tência desenvolvida é igual a P F ν 51 Onde P potência W F força N ν velocidade ms Colocandose esses valores em função da área do pistão do cilindro pneumá tico pois força é igual pressão vezes área e velocidade da haste é igual vazão dividida pela área vem que F p A 52 Onde F força N p pressão Pa A área N 53 Onde ν velocidade ms Q vazão m3s A área m2 Assim substituindose esses valores na expressão da potência e cancelando se o termo da área temse P p Q 54 193 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Desse modo essa expressão pode ser assumida como sendo a potência útil que está disponível em um fl uxo de ar comprimido Assim tendose em mãos os dados de operação de um compressor é fácil determinar a sua efi ciência A tabela seguinte apresenta os resultados para três com pressores industriais de tipos e fabricantes diferentes que podem ser encontrados no mercado nacional Tabela 51 Faixa de rendimento de compressores Compressor Vazão m3min Pressão bar Pot Útil kW Pot Elétrica kW Rendimento A 49 35 63 239 264 B 40 70 58 224 257 C 34 100 52 225 230 Aqui fi ca evidente a maior desvantagem dos sistemas de ar comprimido pois os rendimentos observados são bastante baixos E isso é inerente a esses sistemas onde esses valores são limitados por processos termodinâmicos que naturalmente rejeitam calor e perdem energia para o meio ambiente Por isso o uso do ar comprimido deve ser muito criterioso Onde houver a pos sibilidade técnica dele ser substituído por outra tecnologia isso deve ser tentado O ar comprimido só deve ser usado onde ele seja realmente necessário e insubstituível 522 Compressão dos Gases Uma das experiências físicas que pode ser comprovada com muita precisão é a que foi realizada por Clapeyron demonstrando a Equação dos Gases Perfeitos De fato quando operase em baixas pressões e em temperaturas distantes do ponto de liquefação o comportamento dos gases reais se aproxima muito da equação teórica que se apresenta a seguir P ν R T 55 Onde P pressão Pa ν volume específi co m3kg R constante particular do gás kJkgK T temperatura K 194 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A constante da expressão acima depende da natureza molecular do gás e pode ser determinada experimentalmente Para as aplicações normais com ar com primido a equação anterior pode ser usada com uma precisão razoável que é com pensada por sua simplicidade Quando se comprime um gás perfeito de forma que a sua temperatura seja mantida constante temse o que denominase compressão isotérmica Nesse caso as trocas de calor deveriam ser perfeitas para que todo o calor gerador durante o pro cesso de compressão fosse retirado Para esse tipo de compressão podem ser com provado que p1 ν1 p2 ν2 R T 56 Sendo p1 pressão inicial Pa ν1 volume inicial m3 p2 pressão fi nal Pa ν2 volume fi nal m3 R constante do gás kJ kg K T temperatura K Colocandose essa relação sobre um diagrama P x V resulta uma família de hipérboles eqüiláteras Como pode ser visto na fi gura que segue Figura 51 Gráfi co PxV para compressão isotérmica Outro modo de comprimir um gás é quando não se permitem as trocas de calor ou seja um caso exatamente oposto ao anterior Nessa situação o isolamento 195 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO deve ser perfeito e o processo recebe a nome de compressão adiabática Nesse caso o comportamento do gás depende além da pressão e do volume da relação entre os calores específi cos medidos em pressão e volume constantes As relações que re presentam a compressão são p1 ν1 k p2 ν2 k const 57 Onde p1 pressão inicial Pa ν1 volume específi co inicial N p2 pressão fi nal Pa ν2 volume específi co fi nal N k relação entre os calores específi cos Figura 52 Gráfi co PxV para compressão adiabática Os dois processos de compressão que foram mostrados anteriormente não são possíveis na prática O primeiro exige trocas de calor perfeitas o que implica em resistências térmicas nulas coefi cientes de película infi nitos e tamanhos proibitivos além de que a compressão teria de ser feita lentamente No segundo caso a troca de calor é igual a zero necessitase de um isolamento perfeito a custa de paredes muito espessas e materiais de resistência térmica infi nita O que mais se aproxima do que acontece na realidade é a compressão poli trópica um processo intermediário entre o caso isotérmico e o caso adiabático Para 196 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA essa situação o expoente que aparece sobre o volume recebe o nome de expoente da politrópica Este assume valores maiores que a unidade e menores que a relação C P C V Essa forma de compressão é governada pela seguinte equação p1 ν1 n p2 ν2 n const 58 Onde p1 pressão inicial Pa ν1 volume específi co inicial N p2 pressão fi nal Pa ν2 volume específi co fi nal N n expoente da politrópica A próxima fi gura mostra estes três processos em um diagrama P x V Figura 53 Gráfi co PxV para compressão politrópica Observase que as curvas que representam a compressão politrópica e a adiabática são mais inclinadas pois o expoente da politrópica e o valor da relação C P C V é sempre maior que a unidade A compressão politrópica pode ser conside rada como uma generalização para n1 é igual a isotérmica e para nk também representa a adiabática 197 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO 523 Trabalho Teórico de Compressão Sabese que o trabalho específi co teórico efetuado ao se comprimir um fl uxo de gás é dado pela integral mostrada adiante 59 Onde w trabalho específi co teórico kJ kg ν volume específi co do gás m3 kg p pressão do gás Pa No diagrama P x V esse trabalho efetuado sobre o gás durante a compressão é numericamente igual à área delimitada pelas duas retas de pressão constante pa ralelas ao eixo horizontal pelo eixo vertical e pela curva que representa o processo de compressão Figura 54 Gráfi co PxV para processo isotérmico Na fi gura anterior o trabalho específi co de compressão para o processo iso térmico corresponde à Área 1 Para o processo politrópico corresponde à soma da Área 1 e da Área 2 e para o processo adiabático a soma das três Área1 mais Área 2 mais Área 3 Demonstrase que resolvendo a integral anterior para a compressão isotér mica resulta 510 198 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA E resolvendose a compressão politrópica vem que 511 Sendo w trabalho específi co teórico KJ kg n expoente da politrópica R constante do gás kJ kg K T1 temperatura incial K p1 pressão inicial Pa p2 pressão fi nal Pa Pela inspeção da fi gura anterior ou das equações acima verifi case que o trabalho específi co de compressão aumenta na medida em que aumenta o valor do expoente da politrópica 524 Compressão em Estágios Fica evidente a importância do resfriamento durante a compressão Como a compressão isotérmica é impossível na prática procurase trabalhar o mais próximo dela Uma das maneiras é o uso da compressão em estágios que além de economizar uma parcela de energia resulta em menores temperaturas de descarga proporcio nando maior vida útil para o equipamento A utilização da compressão em estágios é cada vez mais atraente à medida que se aumenta as pressões de operação A economia alcançada com a compressão em estágios está representada na fi gura seguinte pelas áreas hachuradas para um exemplo com três estágios No limi te quando o número de estágios for muito grande o trabalho de compressão tende ao valor mínimo que é o trabalho da compressão isotérmica 199 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Figura 55 Gráfi co PxV para compressão em múltiplos estágios O trabalho específi co teórico para mais de um estágio é calculado com a equação que segue 512 Sendo w trabalho específi co teórico KJ kg n expoente da politrópica R constante do gás kJ kg K T1 temperatura incial K e número de estágios p1 pressão inicial Pa p2 pressão fi nal Pa A expressão anterior também é válida para compressores com apenas um estágio bastando fazer e1 525 Potência Real de Compressão Com o trabalho específi co teórico a vazão mássica e os rendimentos apro 200 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA priados determinase a potência real para a compressão do gás usando a equação mostrada a seguir 513 Onde potência real de compressão kW vazão mássica do gás kg s w trabalho específi co teórico kJ kg ηt rendimento termodinâmico ηmec rendimento mecânico ηele rendimento elétrico 53 MELHORIA DA EFICIÊNCIA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Os principais pontos onde existem potenciais de melhoria da efi ciência ener gética em um sistema de ar comprimido estão listados a seguir Indicase também qual empresa pode obter resultados positivos em implantar determinada técnica de melhoria da efi ciência a Diminuição da massa de ar O consumo de energia é diretamente proporcional a vazão de ar qualquer diminuição dessa vazão implica em redução do consumo como pode ser visto pela equação 513 Um valor aceitável para os vazamentos em um sistema de ar compri mido é de no máximo 5 da vazão total Devem ser realizadas campanhas freqüen tes para a localização e correção de vazamentos Os engates rápidos as válvulas e as mangueiras são os locais onde os vazamentos são mais freqüentes Um exemplo de empresa em que os vazamentos foram muito reduzidos e controlados pode ser visto no item 54 mais adiante b Redução da temperatura de aspiração A temperatura de aspiração do ar também afeta no consumo de energia e na compressão pois o trabalho específi co teórico de compressão é uma função dessa 201 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO temperatura como pode ser visualizado nas equações 511 ou 512 Isso é muito fácil de ser implementado bastando usar alguns metros de dutos e captar o ar fora da sala de compressores Por exemplo quando se consegue passar da temperatura de aspiração de 35 oC para uma temperatura de 25 oC há uma economia 32 no consu mo de energia Na empresa citada no item 56 esse benefício certamente também foi obtido pois retirouse o ar quente de dentro da sala de compressores c Redução da pressão de operação Ainda pelas equações 511 ou 512 pode ser comprovado o efeito da pressão de descarga do compressor no trabalho específi co teórico de compressão Isso pode ser comprovado calculandose o trabalho específi co para condições constantes e modifi candose a pressão de descarga Como exemplo tomando o ar na pressão de 1 bar e temperatura de 30 oC com um expoente da politrópica igual a 13 Para a pressão de 10 bar o trabalho de compressão é de 264 kJ kg quando a pressão passa para 8 bar este trabalho se reduz para 232 kJ kg cerca de12 de redução Na empresa citada no item 54 foram implantadas medidas que permitiram a redução da pressão de trabalho o que também contribui com a diminuição dos vazamentos Isso proporcionou uma economia anual de mais 3400 MWh e um ótimo retorno econômico d Diminuição das perdas de carga As perdas de carga obrigam que o sistema de ar comprimido trabalhe em uma pressão superior ao que deveria tendo como conseqüência um maior consumo de energia As perdas de carga têm origem no atrito do ar em movimento com as rugosidades da tubulação e conexões Com o aumento da vazão a perda de carga também aumenta Mas isso pode ser minimizado com o dimensionamento correto da rede fi xando que a perda máxima seja de 05 bar no ponto mais distante da sala de compressores Convém ressaltar que a perda de carga é uma função inversa do diâmetro da tubulação elevado à quinta potência então um aumento no diâmetro resulta em diminuição drástica das perdas de carga Outros pontos onde podem sur gir perdas de carga são os elementos fi ltrantes os trocadores de calor e secadores inseridos no sistema que devem merecer atenção especial da manutenção que deve colocar em prática um sistema de monitoramento desses componentes garantindo a operação mais efi ciente possível 202 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA e Compressão em estágios Comparandose os resultados da equação 511 com a equação 512 verifi ca se que o trabalho específi co para a compressão é menor quando a mesma é feita em estágios Essa vantagem é cada vez maior quanto maior a relação de pressão isto é quanto maior a relação entre a pressão de descarga e a pressão de admissão Consi derando como exemplo admissão do ar a 1 bar e a 27 oC expoente da politrópica igual a 13 e pressão de descarga igual a 15 bar e compressão em um estágio resulta para o trabalho específi co o valor de 327 kJ kg Se a compressão fosse feita em dois estágios esse valor seria de 277 kJ kg uma redução de 15 Caso a pressão de des carga fosse de 25 bar o trabalho em um estágio seria de 415 kJ kg para compressão em dois estágios o trabalho seria reduzido para 339 kJ kg um valor 18 menor além da menor temperatura de descarga A compressão em um só estágio levaria a valores de temperatura inadimissíveis criando vários problemas de ordem técnica tais como carbonização do lubrifi cante e diminuição da vida útil f Sistema de controle do compressor Normalmente as demandas de ar comprimido são muito variáveis com isso os sistemas de controle dos compressores deve ser tal que acompanhe essas variações com um mínimo de perturbação na pressão de descarga Recomendase que para os sistemas mais antigos do tipo cascata os pressostatos mecânicos sejam substituídos por sensores de pressão eletrônicos que permitam operar com menores faixas de ajuste Quando possível o sistema deve contar com controladores programáveis que possam ser codifi cados de forma inteligente para reduzir o consumo energético a um mínimo A inserção de equipamentos de velocidade variável para assumir as cargas de ponta também é uma opção atraente do ponto de vista energético Como exemplo de aplicação dessa medida de melhoria da efi ciência pode ser citada a empresa mostrada no item 55 onde forma implantados sistemas de con trole baseados em CLPs substituindose os obsoletos controles que empregavam pressostatos e controle cascata g Aproveitamento do calor rejeitado Grande parte da energia utilizada na compressão é transformada em calor Esse calor pode ser utilizado como fonte de energia para um processo de baixa tem peratura como por exemplo aquecimento de água até cerca de 90 oC ou ar quente para estufas de secagem Essa medida pode elevar o rendimento global do sistema para cerca de 70 ou mais 203 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO A empresa apontada no item 56 montou um sistema para utilizar o calor rejeitado para o aquecimento de àgua usada nos banhos dos funcionários A medida proporcionou uma economia de mais de 700 MWh ao ano Seguem alguns exemplos de casos de sucesso onde a aplicação dos concei tos vistos até agora resultou em expressivas economias de energia cerca de 2000 MWh ao ano e um benefício de mais de R 60000000 54 CASO 1 GERENCIAMENTO DO AR COMPRIMIDO NA MICHELIN 541 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de ar comprimido realizadas na Sociedade Michelin de Participações Indústria e Comér cio Ltda uma empresa do ramo de fabricação de pneus localizada em Itatiaia RJ A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do sub grupo A2 com demandas contratadas iguais a 22000 kW no horário fora de ponta e 20000 kW no horário de ponta 542 Apresentação e objetivos A utilização do ar comprimido nas fábricas da Michelin é intensa envolvendo grande número de máquinas pneumáticas no processo de conformação do pneu e trefi ladeiras Figura 56 Foto de apresentação da empresa 204 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA As principais fábricas onde foram implementadas ações de efi ciência ener gética no sistema de ar comprimido foram CGR e CPR Na primeira delas foi reduzida a perda de ar comprimido por vazamentos e também a pressão de fornecimento do ar comprimido Na segunda foi reduzida a pressão de fornecimento do ar houve a instalação de válvulas reguladoras de pressão e bloqueio de alimentação nas trefi la doras instalação de bicos de limpeza e também substituição da lógica pneumática 543 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia utilizada para efi cientização do sistema de ar comprimido foi baseada na monitoração da demanda de ar e observação dos equipamentos e linhas de ar comprimido onde foram identifi cados os pontos de vazamento e oportunida des de redução da pressão de trabalho dos compressores Considerando que um vazamento sobre um orifício aumenta com o diâme tro e com a pressão de trabalho se forem eliminados os vazamentos ou se a pressão de trabalho for reduzida haverá economia de energia elétrica nos compressores Buscouse então uma parceria com uma empresa terceirizada para realiza ção da medição e correção dos vazamentos 544 Detalhes da implementação A eliminação de vazamentos de ar comprimido costuma ser uma ação muito vi ável e de baixo custo o que requer uma monitoração constante para manter o nível de vazamentos baixo dentro de uma faixa aceitável geralmente até 50 da demanda total Para adiantar o projeto foi contratada uma empresa que atua no setor de ar comprimido para corrigir os pontos de vazamento que representavam maior ganho potencial Desta forma durante as paradas de produção Natal Ano novo e carnaval foram realizados testes de estanqueidade nas linhas dos principais consumidores para levantar o percentual de vazamento Neste caso a empresa julgou que o ganho obtido não entraria no mérito do investimento visto que os vazamentos são desperdícios que necessitam ser corrigi dos No entanto foi colocado que este ganho deveria ser maior que o custo da mão de obra da terceirizada para viabilizar o serviço Nesta mesma fábrica também foi reduzida a pressão de produção do ar com primido através do ajuste das pressões de carga e alívio dos compressores Como os equipamentos não apresentaram comprometimento do rendimento com uma pres 205 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO são de 1 bar a menos na geração adotouse a nova pressão como 75 bar ao invés de 85 bar como estavam ajustados anteriormente Desta forma foi alcançada uma redução da potência solicitada pelos compressores durante o ciclo de compressão totalizando 155 kW a menos na potência solicitada Na fábrica CPR também foi reduzida a pressão de carga dos compressores passando de 78 bar para 72 bar Com esta modifi cação foi obtida uma redução de 1778 kW durante o ciclo de compressão dos compressores O gráfi co a seguir foi obtido pela realização de medição de grandezas elé tricas com intervalo de integração de 1 segundo e variando as pressões de carga e alívio dos compressores 1 e 3 que num primeiro momento operaram com 78 bar e em seguida com 72 bar Durante os testes também foi colocado um compressor a 100 e outro modulando a 50 para comparação das medidas O gráfi co abaixo mostra os resultados comparativos das potências medidas indicando a redução obtida Figura 57 Medições de potência do ciclo de compressão a 78 bar e 72 bar Outra ação foi a instalação de válvulas reguladoras de pressão nas máquinas trefi ladoras úmidas permitindo assim que a pressão de trabalho fosse abaixada de 8 para 6 bar no circuito pneumático Desta forma sem que fossem feitas manutenções corretivas nas linhas e componentes de ar comprimido para eliminar vazamentos a própria redução da pressão representou uma redução da vazão por vazamentos da ordem de 26 O teste de estanqueidade inicial indicou que havia um vazamento da ordem de 113 m3h na linha e no uso do ar comprimido Como este sistema funciona 24h por dia aplicando um custo de 28 R1000m3 de ar comprimido as perdas são bastante signifi cativas 206 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 52 Resultados da ação nas trefi ladeiras úmidas CPR Resultados Valores esperados Valores medidos Redução da pressão de trabalho 2 bar 2 bar Redução dos vazamentos 294 m3h 26 36 m3h 32 Economia esperada R 710700 ano R 870900 ano Figura 58 Sala de compressores Nas máquinas de trefi lagem de fi os com diâmetros até 023mm foram subs tituídas as válvulas pneumáticas de bloqueio por válvulas elétricas tornando desne cessário o uso do ar comprimido que era utilizado quando as máquinas estavam pa radas Foi verifi cado que a retirada do ar comprimido não traria riscos aos operadores nem ao processo As medições de vazamento mostraram que essas perdas eram da ordem de 196 m3h neste processo Tabela 53 Resultados da ação na trefi lagem seca CPR Resultados Valores esperados Valores medidos Redução dos vazamentos 1372 m3h 70 178 m3h 90 Economia esperada R 3319100 ano R 4307300 ano O mesmo procedimento foi implantada nas máquinas de trefi lagem úmida de fi os automatizadas do setor RCD1 A substituição das válvulas pneumáticas pelas elétricas permitiu a redução da demanda de ar comprimido As medições de vaza mentos nesta linha indicaram que havia uma vazão de 79 m3h 207 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Tabela 54 Resultados da ação nas trefi ladoras úmidas RCD1 Resultados Valores esperados Valores medidos Redução dos vazamentos 56 m3h 71 66 m3h 90 Economia R 1357800 ano R 1618400 ano As máquinas de trefi lagem seca do setor RT possuíam bicos de limpeza ou resfriamento que utilizavam ar comprimido a 6 bar Para estas funções foi proposta a instalação de bicos de limpeza que limitavam a vazão e a pressão em 2 bar Como não havia controle sobre a utilização de ar para limpeza esta medida foi bem aceita pois não comprometeu a efi cácia do processo e permitiu um maior conforto ao usu ário As perdas nesta função foram estimadas em 134 m3h Tabela 55 Resultados da ação na trefi lagem seca RT Resultados Valores esperados Valores medidos Redução da pressão de trabalho 4 bar 4 bar Redução dos vazamentos 87 m3h 65 119 m3h 89 Economia R 326600 ano R 441300 ano 545 Prazos e custos Os projetos relacionados com a efi cientização do sistema de ar comprimido iniciaram em outubro de 2002 com a instalação de válvulas de bloqueio de ar para as trefi ladoras e se estenderam até julho de 2003 com a substituição da lógica de controle pneumático por PLC na fábrica CPR Quando foi reduzida a pressão de geração do ar comprimido não houve in vestimento direto pois os ajustes dos pressostatos foram feitos internamente nos compressores mantendo a diferença de 1 bar entre carga e alívio Os investimentos de cada projeto podem ser analisados na tabela a seguir e totalizaram R240 mil 208 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 56 Principais investimentos em projetos de efi ciência energética Data Projeto Investimento R 012003 Redução de vazamentos de ar comprimido na CGR 6684500 112002 Redução da pressão de geração do ar comprimido na CGR 032003 Redução da pressão de geração do ar comprimido na CPR 122002 Instalação de válvulas reguladoras de pressão 446800 102002 Instalação de válvulas reguladoras de bloqueio 3319100 102002 Instalação de válvulas de bloqueio 693100 01062003 Substituição da lógica pneumática por PLC 12598500 012003 Instalação de bicos de limpeza 324000 TOTAL 24066000 No projeto de redução de vazamentos na CGR não foram computados como investimentos os equipamentos que foram substituídos pois foi considerado que estes já seriam substituídos pela manutenção corretiva 546 Resultados e benefícios alcançados A redução das perdas por vazamentos a substituição de válvulas quando havia uso desnecessário do ar comprimido e a substituição do controle propiciaram uma economia signifi cativa de ar comprimido disponibilizandoo para outras áreas que apresentava maior demanda e gerando uma redução do consumo de energia dos compressores Os benefícios estão apresentados na tabela a seguir e totalizaram R303 mil resultando um tempo de retorno simples para os projetos de 95 meses 209 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Tabela 57 Benefícios alcançados com os projetos Projeto Energia MWhano Demanda kW Benefício Rano Redução de vazamentos de ar comprimido na CGR 138 16 6488300 Redução da pressão de geração do ar comprimi do na CGR 1338 155 8832700 Redução da pressão de ar comprimido na CPR 154 178 1275200 Instalação de válvulas reguladoras de pressão trefi ladoras úmidas na CPR 132 153 870900 Instalação de válvulas reguladoras de bloqueio trefi lagem de fi os na CPR 653 756 4307300 Instalação de válvulas de bloqueio trefi lagem úmida de fi os automatizada na CPR 245 284 1618400 Substituição da lógica pneumática por PLC na CPR 729 844 6507600 Instalação de bicos de limpeza trefi lagem seca na CPR 55 63 441300 TOTAL 3444 3988 30341700 55 CASO 2 GERENCIAMENTO DE AR COMPRIMIDO NA 3M DO BRASIL 551 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de ar comprimido realizadas na 3M do Brasil Ltda uma empresa do ramo químico localizada em Itapetininga SP A estrutura tarifária no início do estudo corresponde à tarifa horosazonal Azul do subgrupo A3a com demandas contratadas iguais a 3900 kW no horário fora de ponta e no horário de ponta 210 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 552 Apresentação e objetivos Este projeto fez parte do Programa de Efi ciência Energética PEE da ANEEL através de uma contratação de serviços entre a concessionária Companhia Paulista de Força e Luz CPFL a 3M Itapetininga e a ESCO Ecoluz SA A abrangência deste projeto foi além da troca dos compressores onde foi realizada a modernização do sistema de iluminação das áreas industriais e da área externa ocorreu também a implantação de um sistema de gerenciamento de ener gia elétrica com a instalação de transdutores de energia elétrica eletrônicos em 30 locais na planta industrial Isto permitiu um gerenciamento maior sobre a energia elétrica e seu impacto o que antes era feito por um critério de rateio O setor responsável pelos estudos de efi ciência energética na 3M entende que na geração do ar comprimido é viável ter equipamentos mais modernos por isso gerenciaram detalhadamente os resultados dos projetos e decidiram investir com capital da empresa na compra para substituição dos outros três compressores que fazem parte da central de ar comprimido O objetivo do projeto foi aumentar a efi ciência na geração do ar comprimido Desta forma limitandose à troca que foi feita com recursos do PEE serão apresen tadas as informações da instalação de dois compressores de ar comprimido do tipo parafuso sendo um deles com inversor de freqüência A operação do sistema de ar comprimido utilizado pela 3M antes da implan tação do projeto de efi ciência energética era de controle por cascata Cada compres sor era ajustado para um ponto mínimo e máximo de pressão de operação repre sentando pressões de carga e alívio respectivamente O acionamento de cada um era feito em seqüência de acordo com o nível de queda de pressão na linha e con seqüentemente de demanda de ar comprimido do sistema 553 Metodologia adotada para implantação do projeto O desenvolvimento deste trabalho seguiu uma metodologia baseada na expe riência de trabalhos similares já realizados em diversas instalações industriais De forma resumida a metodologia adotada neste trabalho constou das seguintes etapas Análise prévia da documentação diagramas unifi lares históricos do consumo de energia elétrica Visitas aos locais para conhecimento das instalações e identifi cação dos ambien tes 211 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Medições de grandezas elétricas com analisadoresregistradores nos circuitos elétricos de ar comprimido Entrevista com o pessoal de Operação Processo e Manutenção para coletar in formações sobre aspectos operacionais necessidades de processo e conserva ção dos equipamentos Análise estatística dos parâmetros históricos de utilização de energia elétrica 554 Detalhes da implementação No controle por cascata quando a demanda de ar comprimido era pequena somente um compressor entrava em operação e à medida que a demanda aumentava os outros compressores eram acionados Quando utilizados pressostatos convencio nais era necessário manter uma diferença mínima de 05 bar entre a pressão mínima e máxima de acionamento de cada compressor individual A diferença entre as pressões máximas e mínimas entre os compressores não poderia ser inferior a 03 bar Figura 59 Regime operacional em cascata A queda de pressão em um sistema com quatro compressores pode chegar a 14 bar O ajuste da 3M estava com pressão mínima de 6 bar e máxima de 74 bar ou seja 14 bar de largura de banda de pressão Estimase que a cada 1bar de pressão média reduzida havia uma economia de 7 em relação ao consumo específi co e de 13 em relação aos vazamentos da instalação Em relação a vazamentos é normal existir até 20 de vazamento na planta Já os controles centralizados são sistemas eletrônicos que coordenam o fun cionamento de um conjunto de compressores os quais devem permitir o seu ge renciamento a transmissão e recebimento de dados para o controlador central Os compressores são agrupados de acordo com sua função carga básica ou de pico 212 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA podendo ser de potências iguais ou diferentes A coordenação dos compressores é uma atividade complexa e o controle centralizado deve ser capaz não só de gerenciar o funcionamento dos compressores como permitir a utilização uniforme dos mesmos garantindo uma utilização e desgas tes parecidos entre todos os compressores reduzindo os custos de manutenção Na 3M foi instalado um gerenciador para os compressores que realizavam as funções citadas acima além de um ajuste de largura de banda de 04 bar ou seja 1 bar a menos do que o controle cascata anterior o que proporciona os ganhos já citados Também foi instalado um sistema supervisório para armazenar as informa ções do gerenciador dos compressores Figura 510 Tela principal do sistema supervisório Através deste sistema instalado foi possível armazenar variáveis de tal ma neira a tomar ações gerenciais que permitissem realizar uma manutenção predi tiva efi caz sempre com a intenção de redução de custos associado ao trabalho na melhor faixa de rendimento dos equipamentos por conseqüência do sistema como um todo Conforme mostrado a central de ar comprimido tem 6 compressores sendo 1 deles com controle de vazão por variação da velocidade no modelo GA90VSD 213 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Figura 511 Compressor com controle de vazão por variação da rotação 555 Prazos e custos O projeto foi implementado em 4 meses estendendose até fi nal de 2005 O investimento foi de aproximadamente R20000000 com a compra de dois compressores 1 com controle de vazão por variação da velocidade um sistema de gerenciamento da central de ar comprimido com controlador e medidor de vazão e o serviço de instalação 556 Resultados e benefícios alcançados Para se calcular a economia obtida a partir das ações de efi ciência energética no sistema de ar comprimido foi necessário determinar as condições de referência ou seja os parâmetros iniciais operacionais levantados em serviço de campo antes da implementação do novo sistema Tabela 58 Condições de referência Sistema em cascata Compressor Pressão máx de trabalho bar Fabricante Pcv Qm3h Modelo Ano de Fabricação Refrigeração 1 74 Atlas Copco 125 1072 GA90 2004 ar 2 73 100 504 GA707 1986 água 3 74 175 1134 GA1107 1986 água 4 74 125 1072 GA90 2003 ar 5 73 100 504 GA707 1986 água Pcv Qm3h Total 625 4286 214 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A medição elétrica abaixo mostra uma semana típica de consumo de ar com primido enquanto operavam os cinco compressores simultaneamente A demanda média foi de 392 kW Figura 512 Medição do sistema anterior Este valor ainda não contempla a retirada de demanda com a extração do bombeamento e arrefecimento da água de resfriamento utilizada nos aftercoolers do sistema de compressão de ar utilizado pelos compressores antigos Tabela 59 Sistema de ar comprimido Sistema controlado Compressor Pressão máx de trabalho bar Fabricante P cv Q m3h Modelo Ano de Fabricação Refrigeração 1 74 Atlas Copco 125 1072 GA90 2004 ar 2 130 125 958 GA90VSD 2004 ar 3 74 125 1072 GA90 2004 ar 4 74 125 1072 GA90 2003 ar 5 73 100 504 GA707 1986 água Pcv Qm3h Total 600 4678 215 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Figura 513 Potência do sistema de ar comprimido A medição realizada após a implementação do sistema de ar apresentou uma potência média de 323 kW também operando com cinco compressores haven do uma redução média de demanda de 69 kW Considerando a carga retirada do sistema de bombeamento de 20 cv mais a redução de demanda média chegase a uma demanda total de 69 kW mais 147 kW ou seja 837 kW Considerando o regime operacional do sistema de ar comprimido de 6000 horas por ano chegase a uma economia de energia elétrica anual de 502 MWh re presentando ao custo da energia na época R9036000 por ano Como benefício adi cional também foi obtida uma redução de gastos com manutenção 216 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA 56 CASO 3 RECUPERAÇÃO DE CALOR EM COMPRESSORES NA BELGO BEKAERT 561 Características da empresa O caso apresentado relata as ações de aumento de efi ciência em sistemas de ar comprimido realizadas na Belgo Bekaert Ltda uma empresa do ramo metalúrgi co de trefi laria para fabricação de arames localizada em Contagem MG A tensão de fornecimento equivale ao subgrupo A2 porém o preço da energia é negociado como consumidor livre As demandas contratadas são iguais a 16800 kW no horário fora de ponta e 15800 kW no horário de ponta 562 Apresentação e objetivos A Belgo Bekaert tem uma capacidade de produção de 810 mil toneladas anuais de arames e é líder no mercado brasileiro Esta empresa é resultado da asso ciação entre a Belgo uma empresa Arcelor Brasil que integra um dos maiores grupos de produção de aço do mundo e a Bekaert da Bélgica líder mundial em arames e recobrimentos metálicos Este projeto teve por principal objetivo fazer a utilização da energia térmica disponibilizada no sistema de geração de ar comprimido para fazer o aquecimento de água Buscando possibilidades de economizar energia elétrica em 780 banhos diários dos funcionários a Belgo Beckaert procurou a CEMIG EFFICIENTIA para ofe recer algumas soluções de projetos de efi ciência energética como alternativas para substituir o aquecimento elétrico 563 Metodologia adotada para implantação do projeto A metodologia aplicada na BelgoBekaert pode ser implementada sem mo difi cações substanciais em todas as empresas que utilizam sistemas de compressão de ar e que necessitam de água quente para qualquer fi m Com pequenas modifi cações a metodologia pode ser empregada em gran des sistemas de condicionamento de ar e de refrigeração disponíveis em empresas de pequeno médio e grande porte 217 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO A metodologia utilizada se baseou na aplicação de conhecimentos da área de Termodinâmica relacionadas à Transferência de calor e Mecânica dos fl uidos Ini cialmente foram analisadas três alternativas para o aquecimento da água Utilização do sistema de aquecimento solar Utilização da energia térmica disponível na água de processo Aproveitamento do ar de resfriamento dos compressores de ar comprimido Adotando estas premissas como possíveis soluções para o aquecimento da água o projeto deu prosseguimento nas seguintes etapas Realização de visitas técnicas para levantamento de informações Realização de medições elétricas para conhecimento da curva de carga elétrica para os chuveiros Elaboração de um diagnóstico energético Estudo técnico em Termodinâmica Estudo de viabilidade das alternativas Apresentação da proposta Implementação da obra 564 Detalhes da implementação Na Belgo Bekaert existia uma central de ar comprimido com três compres sores de 200 HP totalizando uma potência instalada de 450 kW Estes compressores eram dos modelos refrigerados a ar o que indicou que o trocador de calor necessário era do tipo arágua ou seja do ar de refrigeração do compressor para a água dos chuveiros dos vestiários A efi ciência de um compressor varia em torno de 30 com isso grande parte da energia é perdida na forma de calor pois este é transferido para o ambiente exter no e para o corpo do compressor Após a realização das visitas foram feitas medições elétricas no quadro de distribuição geral dos chuveiros elétricos medições estas que obtiveram as curvas de carga elétrica de dois dias típicos de funcionamento da empresa 218 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Figura 514 Curva de carga elétrica para os chuveiros numa quartafeira A medição da quartafeira apresentou uma potência máxima próxima de 220 kW resultando num consumo de energia de 2065 kWhdia para o aquecimento elétrico da água A medição da quintafeira mostrou um comportamento semelhante com uma potência máxima de 230 kW e um consumo de energia diário de 1947 kWh Figura 515 Curva de carga elétrica para os chuveiros numa quintafeira Durante um dia 24 horas cerca de 780 trabalhadores tomavam banho nos vestiários usando boilers elétricos Em medições realizadas nos meses de julho e agosto de 2001 nas duas baterias existentes para o aquecimento de água levanta ramse os seguintes dados 219 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO Bateria 1 Maior consumo no dia 03082001 1141 kWh Bateria 2 Maior consumo no dia 01082001 855 kWh Considerando o maior consumo medido em cada uma das baterias o con sumo total era de 1996 kWhdia ou 728 MWhano A partir destas informações esti mouse que a economia de energia proporcionada pelo projeto seria a mesma Figura 516 Medições elétricas e dutos de ar do resfriamento dos compressores Com estas medições foi calculada a quantidade de energia necessária para fazer o aquecimento da água Conhecendo as temperaturas e vazões da água e do ar foi pos sível dimensionar o trocador de calor e os reservatórios de água quente nos vestiários Lado AR Secção do duto de saída do ar 256 m2 Velocidade do ar 20 ms Temperatura na entrada do trocador 60oC Temperatura na saída do trocador 55oC Tempo de operação 24 horas por dia Vazão do ar 512 m3s 512 kgs Densidade do ar 1 kgm3 Calor específi co do ar 025 kcalkgoC Energia útil retirada 6430 kWhdia Q mcΔT Potência média 268 kW Lado ÁGUA Temperatura na entrada do trocador 23oC Temperatura na saída do trocador 55oC Calor específi co da água 1000 kcalkgoC Energia útil disponível 6430 kWhdia Vazão de água 20 kgs 72 m3h Figura 517 Dimensionamento do trocador de calor 220 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA A água aquecida foi transportada para os vestiários localizados a 200 metros da sala dos compressores O armazenamento da água foi feito em nove tanques dis ponibilizados para uso diário e os trocadores de calor arágua foram dimensionados para funcionarem em série conforme o diagrama esquemático mostrado abaixo Figura 518 Diagrama da proposta apresentada Figura 519 Montagem dos trocadores de calor Figura 520 Instalação dos trocadores de calor 221 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO 565 Prazos e custos O estudo inicial para elaboração do diagnóstico energético foi realizado em cinco visitas técnicas O cronograma físico do projeto mostra as etapas dos dois ciclos anuais de atividades conforme descritos abaixo 1 Levantamento do potencial de aproveitamento de calor medidas dos gastos energéticos do sistema de compressão de ar dos chuveiros com aquecimento elétri co para banhos análise das medições Projeto dos trocadores de calor e projetos de modifi cações de instalações existentes 2 Modifi cação da saída de ar de resfriamento dos compressores de ar comprimido 3 Implementação fi nal dos trocadores de calor arágua quente Testes experimentais de potência térmica disponível 4 Acoplamento do sistema de trocadores de calor aos reservatórios de água quen te próximos aos banheiros utilizando tubulações isoladas Substituição integral dos boilers elétricos pelo sistema de recuperação de calor Testes reais de avaliação 5 Implementação de controladores de temperatura nas diversas estações do ano e sob diferentes condições de demanda de água quente 6 Implementação do sistema de aproveitamento de água nos vestiários e realização de avaliações fi nais 7 Gerenciamento CEMIG 222 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA Tabela 510 Cronograma das atividades Meses 20022003 Meses 20032004 Ab Ma Jn Ju Ag Se Ou No De Ja Fv Mr Ab Ma Jn Ju Ag Se Ou No De Ja Fv Mr 1 Prev Real 2 Prev Real 3 Prev Real 4 Prev Real 5 Prev Real 6 Prev Real 7 Prev Real Considerando o custo da energia de 160 RMWh a economia anual obtida com este projeto foi de aproximadamente R 116 mil por ano tendo um investimen to em equipamentos da ordem de R 317 mil 566 Resultados e benefícios alcançados Como resultado houve uma economia de energia de 530 MWh por ano e uma retirada de demanda no horário de ponta de 220 kW representada pelos chu veiros elétricos que foram desligados 223 SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO BIBLIOGRAFIA SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO ATLAS COPCO Compressed Air engeneering ATLAS COPCO Compressed Air Manual HAHN A Programa de Efi cientização Industrial Compressores MACINTYRE AJ Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais MARQUES M HADDAD J MARTINS A coordenadores Conservação De Energia RODRIGUES PSB Compressores Industriais Nogueira FJH Ar Comprimido Rocha NR Monteiro MAG Efi ciência Energética em Sistemas de Ar Comprimido Livro Técnico Rocha CR Monteiro MAG Efi ciência Energética em Sistemas de Ar Comprimido Manual Prático 224 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TEORIA E PRÁTICA AGRADECIMENTOS FINAIS Essa publicação não seria possível sem a participação e colaboração dos res ponsáveis pelas empresas sejam gerentes administrativos ou técnicos na transfe rência das informações e pela atenção com que nos atenderam A todos esses co autores nossos sinceros agradecimentos Belgo Bekaert Ltda Ronaldo Sávio Nogueira Neiva Buaiz SA Indústria e Comér cio Adão Juliatti Alexandre Epaminondas Malcher Laiber Cifa Têxtil Ltda Isete R Dariolli Odair Dariolli Paulo Henrique Semolini Companhia Tecidos Santanense Francisco de Assis Viana Leite Reinaldo F Assad Continental do Brasil Produtos Automotivos Ltda Antonio Vendrame Domingos Ruiz Condomínio São Luiz Antonio Augusto Vellasco Filho Cezar Antonio Della Libera Eliana Oddone Ribeiro Cocelpa Cia de Celulose e Papel do Paraná Erivelto Sartor Lima Marcos Auré lio Paes da Silva Condomínio Edifício Brigadeiro Faria Lima Maria José Figuei redo Mei Rosana Quaiotti dos Santos Tosca Viotto Vicente Rizzo Colhado Edifício Linneo de Paula Machado Geraldo Morand Paixão Jr Fábrica de Papel Santa Therezinha SA Santher Joaquim Alves Silva José Agenor P Ramos Fiesp Federação das Indústrias do Estado de São Paulo Hospital do Coração Associação do Sanatório Sírio Feiz Caram Calil Jorge André Bacha Santos Meta gal Indústria e Comércio Ltda Ivan César Maia José Gomes da Silva Neto Socieda de Michelin de Participações Indústria e Comércio Ltda Fragson Carlos Carvalho de Paula Miguel Rocha Sérgio Silveira Masa da Amazônia Ltda Joana Darc Pon tes Pierre Villar Dantas Tarcízio Nóbrega Telefônica Telecomunicações de São Paulo SA Alexandre Gomes da Silva Leandro A Feichtenberger Reynaldo Cunha Jr Toshiba do Brasil SA João Martins Ronaldo Ferreira de Souza 3M do Brasil Ltda Daniel Mendes Filho Helio J R Leme Jr José Julio Joly Jr Moacyr S de Campos Jr Weg Brasil Equipe da Seção Venda de Serviços Motores ESCOS Ecoluz SA Emerson José Aguiar Hugo Cosmo Ferreira Flávio Masahiro Kitahara Ricardo David Effi cientia Dieter Gunter Kux Jean de Carvalho Breves Marco Auré lio Guimarães Monteiro Ricardo Cerqueira Moura Cemig Distribuição de Energia SA José Carlos Ayres de Figueiredo Servtec Instalações e Manuntenção Elias Fil gueiras Elias José Napoleão de Bem Renata Sigg Elias Vitalux Eduardo A Moreno Henrique Wasserstein Robson Salmazo EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Teoria Prática COORDENAÇÃO Milton César Silva Marques EletrobrásPROCEL Jamil Haddad UNIFEIEXCEN Eduardo Crestana Guardia AUTORES Afonso Henriques Moreira Santos Edson da Costa Bortoni Eduardo Crestana Guardia Fábio José Horta Nogueira Jamil Haddad Luiz Augusto Horta Nogueira Marcelo José Pirani Marcos Vinícius Xavier Dias Osvaldo Venturini Ricardo Dias Martins de Carvalho Roberto Akira Yamachita Educação Ministério da Educação Minas e Energia Ministério de Minas e Energia BRASIL UM PAÍS DE TODOS GOVERNO FEDERAL PROCEL EDUCAÇÃO INFORMAÇÃO E CIDADANIA Eletrobrás fupai EXCEN Centro de Excelência em Eficiência Energética UNIFEI Motores de Indução Acionamentos Os motores de indução trifásicos são máquinas intrinsecamente eficientes com um amplo patamar de rendimento que cobre uma faixa de 50 a 100 de carga No entanto a grande quantidade de unidades instaladas e o mau dimensionamento de muitos desses motores representam um grande potencial de economia de energia Motores Os motores de indução trifásicos são responsáveis por cerca de 25 de todo o consumo de energia elétrica no Brasil Essa grande quantidade de unidades instaladas representa um imenso potencial de economia de energia Muitos motores são dimensionados com potência muito superior ao necessário para a carga Estudos indicam que aproximadamente 40 dos motores industriais operam com carga inferior a 40 da capacidade comprometendo significativamente sua eficiência Perdas e Rendimento O motor de indução trifásico é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica No entanto essa conversão não é completa devido a diversas perdas internas como perdas Joule no estator e rotor perdas no ferro perdas por dispersão e perdas por atrito e ventilação Essas perdas impactam diretamente no rendimento geral do motor reduzindo sua eficiência durante o funcionamento Entender e minimizar essas perdas é fundamental para otimizar o desempenho e a economia de energia dos motores de indução Motores de Alto Rendimento Otimização de Componentes Motores de alto rendimento apresentam melhorias em pontoschave como enrolamentos do estator barras do rotor chapas magnéticas e redução de perdas por atrito e ventilação Maior Eficiência De acordo com a norma NBR 7094 os motores de alto rendimento podem alcançar reduções de até 30 nas perdas resultando em economia significativa de energia Economia de Energia Embora não sejam a solução definitiva os motores de alto rendimento se apresentam como uma alternativa importante para a economia de energia em sistemas motrizes industriais Análise de Carregamento 1 Medição de Dados O primeiro passo é obter os dados de placa do motor e realizar medições de corrente e velocidade em campo para determinar o fator de carregamento 2 Cálculo do Fator de Carregamento O fator de carregamento pode ser facilmente estimado através de equações baseadas nos dados de placa e valores medidos indicando se o motor está adequadamente dimensionado 3 Estimativa do Rendimento Uma estimativa do rendimento de operação pode ser feita a partir da medição da potência elétrica requerida usando um wattímetro Análise do Processo Dinâmico Caracterização da Carga É essencial conhecer as características dinâmicas da carga como o torque em função da velocidade e o momento de inércia para avaliar se um motor menor pode atender às necessidades do processo de partida Cálculo do Tempo de Partida O tempo de partida pode ser calculado a partir da curva de conjugado da carga e da curva de conjugado do motor verificando se o motor proposto é capaz de atender às necessidades do processo Análise Térmica Além do regime permanente uma análise térmica do motor durante o ciclo de operação é necessária para garantir que o motor não será sobrecarregado Motores Sobredimensionados Para motores que podem ser substituídos uma análise de viabilidade econômica é necessária para determinar se a troca imediata é justificada ou se devese esperar a queima do motor atual Quando o sobredimensionamento é uma necessidade real do processo soluções tecnológicas podem ser aplicadas como a redução da tensão de alimentação usando eletrônica de potência ou a mudança da conexão dos enrolamentos do estator O desligamento do motor também pode ser considerado quando este opera em vazio desde que a energia consumida na partida seja menor que o consumo durante a operação sem carga Substituição na Buaiz Metodologia O projeto na Buaiz envolveu a análise dos dados dos motores a avaliação das condições operacionais a substituição dos motores antigos por modelos de alto rendimento e a medição dos resultados Resultados A substituição de 179 motores com potência total de 2920 cv resultou em uma economia de 739 MWhano com um retorno de investimento de 2 anos e 4 meses Benefícios Além da economia de energia o projeto trouxe benefícios como a otimização da relação custobenefício a melhoria da disponibilidade e eficiência da planta e a redução dos custos de manutenção Substituição e Inversores na Cocelpa Substituição por Motores de Alto Rendimento A Cocelpa substituiu 7 motores com potência total de 1600 cv por modelos de alto rendimento resultando em uma economia de 1194 MWhano e um retorno de investimento de 1 ano e 8 meses Aplicação de Inversores de Frequência Cocelpa também instalou inversores de frequência em acionamentos de bombas e filtros otimizando o controle de vazão e reduzindo o consumo de energia Controle de Velocidade na Santher Diagnóstico A Santher identificou oportunidades de eficientização no insuflamento de ar nas máquinas de papel realizado por ventiladores centrífugos Instalação de Inversores Foram instalados três inversores de frequência para controlar a velocidade dos ventiladores visando a redução da demanda e do consumo de energia Resultados A implementação do projeto resultou em uma redução de demanda de 58 kW no horário de ponta e uma economia anual de 473 MWh Economia de Energia com Controle de Velocidade Cargas Centrífugas Cargas como bombas e ventiladores centrífugos respondem por mais de 60 das aplicações de motores na indústria Controle por Válvulas O controle de fluxo por válvulas de estrangulamento insere perdas de carga resultando em maior consumo de energia Controle por Inversores O controle de velocidade por inversores de frequência permite adequar a vazão às necessidades do processo reduzindo o consumo de energia Benefícios da Eficiência Energética Redução de Custos A economia de energia elétrica resulta em menores gastos operacionais Sustentabilidade A redução do consumo de energia contribui para a preservação ambiental Produtividade Melhorias na eficiência do processo aumentam a disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos Conclusão Motores Eficientes Os motores de indução trifásicos são intrinsecamente eficientes mas o grande número de unidades instaladas e o mau dimensionamento representam um grande potencial de economia de energia Metodologia Abrangente A avaliação da eficiência deve considerar não apenas o rendimento do motor mas também a análise do carregamento do processo dinâmico e do comportamento térmico Soluções Tecnológicas A substituição por motores de alto rendimento o uso de inversores de frequência e outras medidas podem trazer significativas economias de energia e melhorias na produtividade Motores de Indução Acionamentos Os motores de indução trifásicos são máquinas intrinsecamente eficientes com um amplo patamar de rendimento que cobre uma faixa de 50 a 100 de carga No entanto a grande quantidade de unidades instaladas e o mau dimensionamento de muitos desses motores representam um grande potencial de economia de energia Motores Os motores de indução trifásicos são responsáveis por cerca de 25 de todo o consumo de energia elétrica no Brasil Essa grande quantidade de unidades instaladas representa um imenso potencial de economia de energia Muitos motores são dimensionados com potência muito superior ao necessário para a carga Estudos indicam que aproximadamente 40 dos motores industriais operam com carga inferior a 40 da capacidade comprometendo significativamente sua eficiência Perdas e Rendimento O motor de indução trifásico é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica No entanto essa conversão não é completa devido a diversas perdas internas como perdas Joule no estator e rotor perdas no ferro perdas por dispersão e perdas por atrito e ventilação Essas perdas impactam diretamente no rendimento geral do motor reduzindo sua eficiência durante o funcionamento Entender e minimizar essas perdas é fundamental para otimizar o desempenho e a economia de energia dos motores de indução Motores de Alto Rendimento Otimização de Componentes Motores de alto rendimento apresentam melhorias em pontos chave como enrolamentos do estator barras do rotor chapas magnéticas e redução de perdas por atrito e ventilação Maior Eficiência De acordo com a norma NBR7094 os motores de alto rendimento podem alcançar reduções de até 30 nas perdas resultando em economia significativa de energia Economia de Energia Embora não sejam a solução definitiva os motores de alto rendimento se apresentam como uma alternativa importante para a economia de energia em sistemas motrizes industriais Análise de Carregamento 1 Medição de Dados O primeiro passo é obter os dados de placa do motor e realizar medições de corrente e velocidade em campo para determinar o fator de carregamento 2 Cálculo do Fator de Carregamento O fator de carregamento pode ser facilmente estimado através de equações baseadas nos dados de placa e valores medidos indicando se o motor está adequadamente dimensionado 3 Estimativa do Rendimento Uma estimativa do rendimento de operação pode ser feita a partir da medição da potência elétrica requerida usando um wattímetro Análise do Processo Dinâmico Caracterização da Carga É essencial conhecer as características dinâmicas da carga como o torque em função da velocidade e o momento de inércia para avaliar se um motor menor pode atender às necessidades do processo de partida Cálculo do Tempo de Partida O tempo de partida pode ser calculado a partir da curva de conjugado da carga e da curva de conjugado do motor verificando se o motor proposto é capaz de atender às necessidades do processo Análise Térmica Além do regime permanente uma análise térmica do motor durante o ciclo de operação é necessária para garantir que o motor não será sobrecarregado Motores Sobredimensionados Para motores que podem ser substituídos uma análise de viabilidade econômica é necessária para determinar se a troca imediata é justificada ou se devese esperar a queima do motor atual Quando o sobredimensionamento é uma necessidade real do processo soluções tecnológicas podem ser aplicadas como a redução da tensão de alimentação usando eletrônica de potência ou a mudança da conexão dos enrolamentos do estator O desligamento do motor também pode ser considerado quando este opera em vazio desde que a energia consumida na partida seja menor que o consumo durante a operação sem carga Substituição na Buaiz Metodologia O projeto na Buaiz envolveu a análise dos dados dos motores a avaliação das condições operacionais a substituição dos motores antigos por modelos de alto rendimento e a medição dos resultados Resultados A substituição de 179 motores com potência total de 2920 cv resultou em uma economia de 739 MWhano com um retorno de investimento de 2 anos e 4 meses Benefícios Além da economia de energia o projeto trouxe benefícios como a otimização da relação custo benefício a melhoria da disponibilidade e eficiência da planta e a redução dos custos de manutenção Substituição e Inversores na Cocelpa Substituição por Motores de Alto Rendimento A Cocelpa substituiu 7 motores com potência total de 1600 cv por modelos de alto rendimento resultando em uma economia de 1194 MWhano e um retorno de investimento de 1 ano e 8 meses Aplicação de Inversores de Frequência Cocelpa também instalou inversores de frequência em acionamentos de bombas e filtros otimizando o controle de vazão e reduzindo o consumo de energia Controle de Velocidade na Santher Diagnóstico A Santher identificou oportunidades de eficientização no insuflamento de ar nas máquinas de papel realizado por ventiladores centrífugos Instalação de Inversores Foram instalados três inversores de frequência para controlar a velocidade dos ventiladores visando a redução da demanda e do consumo de energia Resultados A implementação do projeto resultou em uma redução de demanda de 58 kW no horário de ponta e uma economia anual de 473 MWh Economia de Energia com Controle de Velocidade Cargas Centrífugas Cargas como bombas e ventiladores centrífugos respondem por mais de 60 das aplicações de motores na indústria Controle por Válvulas O controle de fluxo por válvulas de estrangulamento insere perdas de carga resultando em maior consumo de energia Controle por Inversores O controle de velocidade por inversores de frequência permite adequar a vazão às necessidades do processo reduzindo o consumo de energia Benefícios da Eficiência Energética Redução de Custos A economia de energia elétrica resulta em menores gastos operacionais Sustentabilidade A redução do consumo de energia contribui para a preservação ambiental Produtividade Melhorias na eficiência do processo aumentam a disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos Conclusão Motores Eficientes Os motores de indução trifásicos são intrinsecamente eficientes mas o grande número de unidades instaladas e o mau dimensionamento representam um grande potencial de economia de energia Metodologia Abrangente A avaliação da eficiência deve considerar não apenas o rendimento do motor mas também a análise do carregamento do processo dinâmico e do comportamento térmico Soluções Tecnológicas A substituição por motores de alto rendimento o uso de inversores de frequência e outras medidas podem trazer significativas economias de energia e melhorias na produtividade