Eficiência energética em sistemas de ar comprimido

Eficiência energética em sistemas de ar comprimido

(Parte 2 de 7)

Procurando oferecer uma ferramenta de uso prático e útil, incluímos um CD contendo uma versão eletrônica deste Manual. O CD contém, ainda, programas, textos, planilhas e tabelas de auxílio que servem para complementar as informações e auxiliar no desenvolvimento de um programa de eficientização.

O Manual está dividido em três partes:

1. PLANO DE AÇÃO; 2. OPORTUNIDADES PARA MELHORAR A EFICIÊNCIA; e 3. FONTES DE CONSULTA.

Naturalmente, o foco do Manual será a parte 2: Oportunidades para melhorar a eficiência.

Para facilitar e agilizar a consulta, no anexo constam grandezas, unidades de medida, fatores de conversão e fórmulas utilizadas neste Manual e no texto base (“EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO”).

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Este Manual utiliza três categorias para discutir os componentes de um sistema de ar comprimido: geração, distribuição e uso final. Estas três áreas seguem o trajeto do fluxo do ar comprimido desde a descarga do compressor até os pontos de uso final (pontos de consumo).

1.1 - Conhecimento de um sistema de ar comprimido genérico

O conhecimento de um sistema de ar comprimido genérico característico, com seus componentes básicos de geração, distribuição, uso final e as respectivas condições operacionais, pode facilitar a caracterização de um sistema de ar comprimido em particular (por exemplo, o sistema da sua empresa).

A Figura I.1 apresenta o esquema de um sistema de ar comprimido.

Figura I.1 - Esquema de um sistema de ar comprimido completo

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Sistema de geração de ar comprimido - O ar comprimido é produzido por compressores pela captação do ar atmosférico e elevação de sua pressão. Um moderno sistema de geração de ar comprimido industrial é composto de muitos subsistemas e muitos subcomponentes. Os principais subsistemas incluem compressores, motores e acionamentos, controles, equipamentos de tratamento de ar, reservatório e acessórios. O compressor é um equipamento mecânico que capta o ar ambiente e eleva a sua pressão. Motores elétricos normalmente fornecem a energia consumida para acionar o compressor. Os controles servem para regular a quantidade de ar comprimido que está sendo produzida. Os equipamentos de tratamento removem contaminantes do ar comprimido, e os acessórios mantêm o sistema operando adequadamente.

Sistema de distribuição de ar comprimido - A distribuição transporta o ar comprimido dos tanques reservatórios alimentados pelos compressores aos pontos de uso final, entregando quantidades suficientes de ar limpo, seco e estável, devendo ser fornecido na pressão adequada, de forma confiável e econômica, às aplicações de uso final. Para isso, muitos sistemas de distribuição possuem reservatórios de ar comprimido e têm diversas linhas de distribuição, que operam em diferentes pressões. Estas linhas são separadas por vários tipos de válvulas de isolação, reguladoras de pressão e outras. O desempenho eficiente do sistema de distribuição requer um correto balanceamento da pressão do ar comprimido nas linhas, com regulagem eficaz da pressão, boa drenagem de condensado e perfeita estanqueidade.

Sistemas de uso final de ar comprimido - Há muitas e diferentes aplicações de uso final para o ar comprimido, como no acionamento de ferramentas pneumáticas em sistemas de acionamento pneumático; acionamento mecânico e comando de válvulas em sistemas de controle; transporte por ar comprimido; jateamento; e operações com sopro de ar e jato de água; operações de inspeção e teste; controle de processos com ar comprimido. É largamente usado em quase todos os setores industriais. Seu campo de aplicação é bastante grande e cresce dia a dia.

O conhecimento do balanço energético característico deste sistema pode contribuir muito para identificar as perdas que reduzem a eficiência do sistema e para fornecer um ponto de partida para a identificação de oportunidades e de seleção e implementação de ações de melhorias da eficiência. A Figura I.2 mostra um balanço de energia característico de perdas de um sistema de ar comprimido.

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Figura I.2 - Diagrama de perdas características de sistemas de ar comprimido

1.2 - Conhecimento do sistema de ar comprimido específico de sua empresa

Para caracterizar um sistema de ar comprimido específico, sugerem-se os seguintes passos:

a)Elaborar um diagrama de blocos do processo produtivo e das instalações da planta, indicando onde o ar comprimido é utilizado.

b)Baseado no leiaute da planta ou instalação industrial, indicar a localização dos componentes do sistema de ar comprimido e as condições operacionais nominais ou de projeto (pressões, vazões, temperaturas, etc).

c)Criar um perfil dos “parâmetros operacionais” (demanda de ar comprimido, produção de ar comprimido, consumo de energia elétrica e pressão) do sistema ao longo do dia, semana, mês e ano, o que for necessário para entender o funcionamento do sistema e verificar a ocorrência ou não de sazonalidades.

d)Levantar os dados reais (medições). A partir da instrumentação existente ou de medições instantâneas, verificar os valores reais dos parâmetros operacionais. Levantar o regime de funcionamento, picos de carga, consumo e capacidades totais e por período. Simultaneamente, deve-se contabilizar a produção e o consumo que ocorreu no período de medição. Meça seus índices de referência (consumo kW, perfil de pressão, perfil de demanda e carga de pico) e calcule a energia consumida e o seu respectivo custo.

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Os índices de referência (benchmarks) mais usuais nos sistemas de ar comprimido, normalmente, são os de custo específico de ar comprimido, eficiência do compressor e consumo específico:

- O custo específico relaciona a quantidade de energia elétrica consumida e seu respectivo preço para produzir um metro cúbico de ar comprimido (custo unitário de produção ar comprimido – R$/m³).

- A eficiência de compressão está relacionada à quantidade de energia elétrica (kWh) que o compressor consome para produzir 1 m³ de ar comprimido na pressão de operação do sistema (kWh/m³).

- O consumo específico ou a necessidade de ar comprimido do produto final corresponde à quantidade de ar comprimido necessária para a produção de uma unidade ou um quilo de produto (m³/t).

Quando se busca a melhoria da eficiência de um sistema de ar comprimido específico, a primeira etapa consiste em identificar as oportunidades e, em seguida, fazer a seleção das oportunidades mais promissoras.

2.1 - Oportunidades de melhoria em um sistema de ar comprimido genérico

Muitas oportunidades de melhoria da eficiência em um sistema de ar comprimido são comuns em instalações industriais. Estas oportunidades podem ser classificadas de acordo com a parte do sistema na qual são implementadas. Oportunidades de melhoria da eficiência para as áreas de geração, distribuição e uso final de um sistema de ar comprimido estão listadas na tabela I.1.

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Tabela I.1 - Oportunidades de melhoria da eficiência aigreneedaimonoceedsadideM edadilibacilpA )1( sohnaG )2( edlaicnetoP oãçiubirtnoc )3( ametsisodoãçavoneruooãçalatsnI sotnemanoicasodairohleM

)aicnêicifeatlaedserotom( %52% 2% 5,0 sotnemanoicasodairohleM siamseõsrevropserosserpmocedacorT

)otnemaoçiefrepa(sanredom %03% 7% 1,2 odacitsifoselortnocedametsisedosU% 02% 21% 4,2 meosuarapodatiejerrolacedoãçarepuceR emegaces,otnemairfseronairohleM ametsisodniulcni,ametsisodlabolgotejorP oãsserpedadeuqropadrepanoãçudeR% 05% 3% 5,1 ed)sotnemapiuqe(sovitisopsidedoãçazimitO ametsisodoãçarepoeoãçnetunaM raedsotnemazavedoãçudeR% 08% 02% 61 etneüqerfsiamsortlifedoãçiutitsbuS% 04% 2% 8,0 levácilpaéadidematseednoseõçautisedlautnecreP)1( aigreneedlaunaomusnoconoãçuderedlautnecreP)2( ohnagxedadilibacilpa=oãçiubirtnocedlaicnetoP)3(

Exemplo de economia de energia no Brasil - A avaliação das condições operacionais de um dos três sistemas de ar comprimido da fábrica da DAIMLER-CHRYSLER de São Bernardo do Campo (SP), por iniciativa da ELETROBRÁS/PROCEL, permitiu a identificação de oportunidades para a redução do consumo de energia elétrica. As soluções técnicas com maior potencial de economia de energia propostas possibilitarão redução da ordem de

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40% no consumo de energia elétrica do sistema analisado, na geração e na distribuição do ar comprimido, levando a uma redução do consumo de energia elétrica de 2.474 MWh por ano, com economia anual de R$ 188.011,0.

2.2 - Oportunidades de melhoria no sistema de ar comprimido específico de sua empresa

Com o objetivo de identificar oportunidades de melhorias e economia de energia elétrica nos sistemas de ar comprimido, sugerem-se os seguintes passos:

a)Obter valores de referências (benchmark), que podem ser valores históricos ou de outras empresas com sistema semelhante. Cuidado com as condições de contorno, como pressões envolvidas, porte do sistema, tipo de tecnologia empregada e condições ambientais, que determinaram o consumo de referência. Isto é, não compare laranja com banana.

b)Estabelecer metas de redução. Não estabeleça metas para valores absolutos; isto é, não se deve procurar reduzir kWh ou m³, mas sim índices específicos, como: kWh/m³ produzido (consumido) e R$ faturado/m³.

c)Identificar as oportunidades de melhoria. Consulte a parte 2 deste manual.

d)Estabelecer as ações necessárias para converter uma oportunidade identificada em melhoria concreta ou realizada.

e)Levantar a relação custo/beneficio para cada ação. Considere custos de investimento, manutenção e operacionais, e ciclo de vida da medida. Então, compare com os benefícios tangíveis (redução de custos de energia, insumos, mão-de-obra) e qualitativos (impacto ambiental, melhoria da imagem, maior conforto, mais segurança). (Ver anexo B do livro “EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE AR COMPRIMIDO”.) f)Priorizar as ações. Primeiramente estabeleça critérios e pré-requisitos compatíveis com a realidade da empresa, tais como disponibilidade de recursos, prazo de implantação, influência sobre o serviço prestado e “patrocinadores”. Classifique as ações em: de pouco, médio ou alto investimento; com ou sem parada de produção; de curto, médio ou longo prazo; abrangência (no uso final, na distribuição e/ou no ar comprimido); aquelas que podem ser desenvolvidas por equipe própria ou por terceiros; complexas ou não; e de baixo ou alto impacto. A partir dos critérios e classificações, priorize e escolha as ações/ medidas que serão implementadas, primeiramente.

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3.1 - Implementação de melhorias em um sistema de ar comprimido genérico

Como referência de implementação de melhorias, podem ser estudados casos publicados na literatura ou consultar os fornecedores de equipamentos e/ou componentes a serem utilizados sobre as melhores práticas a serem adotadas.

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