eficiência energética na indústria

MEDIDAS DE EFICINCIA ENERGTICA APLICVEIS INDSTRIA PORTUGUESA: UM ENQUADRAMENTO TECNOLGICO SUCINTO

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem todos os contributos fornecidos a este documento pelas vrias instituies envolvidas no Grupo Indstria, nomeadamente, a DGEG, a CIP, o LNEG, o INETI (DEECA), a AEP, a AIP e as diferentes Confederaes Sectoriais.

MEDIDAS DE EFICINCIA ENERGTICA APLICVEIS INDSTRIA PORTUGUESA: UM ENQUADRAMENTO TECNOLGICO SUCINTO

AUTORES

Vtor MagueijoEstagirio de Investigao

M. Cristina FernandesProfessora Auxiliar no IST

Henrique A. MatosProfessor Auxiliar no IST

Clemente Pedro NunesProfessor Catedrtico no IST

Joo Paulo CalauJorge CarneiroFernando OliveiraDireco Auditoria Indstria da ADENE

NDICE

1. ENQUADRAMENTO ESTRATGICO 07

1.1 INTRODUO E OBJECTIVOS 1.2 PLANOS DE ACO PARA A EFICINCIA ENERGTICA NA VERTENTE INDUSTRIAL: UNIO EUROPEIA E PASES DE REFERNCIA 1 11.2.1 Unio Europeia 1 11.2.2 Dinamarca 121.2.3 Reino Unido 131.2.4 Espanha 14

2. ENQUADRAMENTO TECNOLGICO DAS MEDIDAS PARA O AUMENTO DA EFICINCIA ENERGTICA DA INDSTRIA 1 7

2.1 MEDIDAS TRANSVERSAIS 222.1.1 Sistemas accionados por motores elctricos 222.1.2 Produo combinada de energia mecnica e energia trmica 412.1.3 Iluminao 582.1.4 E cincia do processo industrial/outros 61

2.2 MEDIDAS SECTORIAIS ESPECFICAS 702.2.1 Alimentao e bebidas 7 12.2.2 Cermica 742.2.3 Cimento 772.2.4 Madeira e artigos de madeira 812.2.5 Metalo-electro-mecnica 822.2.6 Metalurgia e fundio 862.2.7 Pasta e papel 882.2.8 Qumicos, plsticos e borracha 902.2.9 Siderurgia 932.2.10 Txtil 942.2.1 1 Vesturio, calado e curtumes 962.2.12 Vidro 98

3. NOTAS FINAIS 101

4. BIBLIOGRAFIA 103

5. FICHA TCNICA 109

1.ENQUADRAMENTOESTRATGICO

1.1 INTRODUAO E OBJECTIVOS

1.2 PLANOS DE ACO PARA A EFICINCIA ENERGTICA NA VERTENTE INDUSTRIAL: UNIO EUROPEIA E PASES DE REFERNCIA1.2.1 Unio Europeia1.2.2 Dinamarca1.2.3 Reino Unido1.2.4 Espanha

/ MEDIDAS DE EFICINCIA ENERGTICA APLICVEIS INDSTRIA PORTUGUESA: UM ENQUADRAMENTO TECNOLGICO SUCINTO/ PLANO NACIONAL DE ACO PARA A EFICINCIA ENERGTICA (PNAEE)

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1. ENQUADRAMENTO ESTRATGICO

1.1 INTRODUO E OBJECTIVOS

A utilizao efi ciente, numa base energtica estrategicamente adequada essencial para a competitividade econmica de um pas.Portugal um pas com uma elevada intensidade energtica, sendo este um indicador da efi cincia energtica global do pas. De acordo com os dados fornecidos pela ADENE/DGEG [1], entre 1997 e 2007 a evoluo da intensidade energtica em Portugal, expressa em consumo de energia primria fi nal (tep) por unidade de Produto Interno Bruto (PIB em milho de euros, a preos constantes de 2000), divergiu signifi cativamente da mdia europeia (Fig.1.1). No entanto, observa-se para Portugal uma inverso da tendncia nos anos entre 2005 e 2007 que ocorreu devido ao efeito cumulativo da diminuio do consumo de energia fi nal e do aumento do PIB.

Fig.1.1/ Evoluo da Intensidade Energtica (Energia para Consumo Final por PIB a preos constantes de 2000) de Portugal comparada com as mdias da Unio Europeia a 15 (UE - 15) e a 27 (EU - 27). Fonte: ADENE/DGEG [1]

Portugal

EU - 27

EU - 15

Ano

Inte

nsid

ade

Ener

gtic

a (te

p/M

)

160

150

140

130

120

110

1001997 1999 2001 2003 2005 2007

A economia portuguesa caracteriza-se por possuir uma intensidade energtica e uma intensidade carbnica elevadas e uma dependncia muito elevada da importao no que concerne ao consumo de energia primria (cerca de 85 % da energia total necessria, com forte predominncia do petrleo). Tal como noutras economias com baixa efi cincia energtica e fortemente dependentes da importao de energia primria, muito em especial do petrleo e do gs natural, o equilbrio externo da economia portuguesa fortemente condicionado pela variao do preo do petrleo. Por isso, nos ltimos anos, com a subida do preo do petrleo verifi cou-se uma perda de competitividade das empresas portuguesas.A nvel ambiental, a emisso excessiva de dixido de carbono (CO2) e de outros gases com efeito de estufa uma das principais consequncias da falta de efi cincia no consumo de energia obtida da queima de combustveis fsseis. De acordo com o Protocolo de Quioto, os pases da UE-15 comprometeram-se a reduzir as emisses de gases com efeito de estufa em 8 % por comparao com os nveis de 1990 [2]. Caso as metas propostas no sejam atingidas at 2012, estes pases podero pagar coimas pesadas e o seu prestgio ambiental ser diminudo.


10

Tabela 1.1/ Valor das emisses de CO2 em Portugal e na EU-15

Fonte: European Environment Agency (EEA) e Portal Europeu da Energia. [2]

Emisses CO2 (Mt) % acima da meta de Quioto (em 2005)2003 2004 2005 Meta Quioto 2012

Portugal 33,7 34,6 85,5 76,2 12,3UE-15 4 215 4 227 4 192 3 925 6,8

A Tabela 1.1 apresenta para os anos 2003 a 2005, o valor das emisses de CO2 em Portugal e na totalidade dos pases UE-15. No perodo referido, observa-se que em Portugal a quantidade de CO2 libertado para a atmosfera aumentou em contraste com a ligeira diminuio observada para os pases UE-15. A mesma tabela mostra que em 2005, Portugal encontrava-se 12,3 % acima do valor a atingir at 2012 e que este valor claramente superior ao registado no conjunto dos pases UE-15 (6,8 %). Estes valores mostram que os esforos de Portugal para diminuir as emisses de CO2 tm tido muito pouco sucesso. A provvel continuao da divergncia em relao s metas de Quioto para 2012 acarretar no s prejuzos ambientais em termos do aquecimento global do planeta, mas tambm prejuzos econmicos para Portugal.

Com base nos argumentos econmicos e ambientais apresentados, existe a necessidade de poupar energia nos vrios sectores da sociedade portuguesa, e para tal so necessrios esforos mais ambiciosos e dinmicos em termos de promoo concreta da efi cincia energtica. De facto, a utilizao mais efi ciente da energia contribui para o crescimento econmico e o desenvolvimento industrial, para a manuteno de um nvel elevado de segurana no fornecimento energtico e para reduzir as emisses de CO2.

Para que os esforos de poupana sejam bem sucedidos, so necessrios desenvolvimentos tecnolgicos susceptveis de serem levados prtica, bem como medidas de polticas pblicas que regulamentem o consumo energtico e as emisses de gases com efeito de estufa e que estimulem em simultneo a competitividade econmica global das empresas portuguesas. Note-se que a diminuio da intensidade energtica na maioria dos pases europeus deve-se imposio de medidas de polticas pblicas que visam o aumento da poupana e da efi cincia energtica. Estas medidas afectam praticamente todos os sectores da sociedade, com especial incidncia no aquecimento/arrefecimento de edifcios, na indstria, nos transportes, nos aparelhos elctricos e nos servios.

Assim, no mbito do Plano Nacional de Aco para a Efi cincia Energtica (PNAEE) aplicvel indstria, pretende-se divulgar no Captulo 2 deste documento uma anlise tecnolgica que visa dar um melhor enquadramento prtico aos vrios nveis de responsabilidade industrial, no sentido destes poderem concretizar melhor a aplicao das Medidas Transversais e Medidas Sectoriais Especfi cas propostas. Complementarmente, o Captulo 2 possui tambm algumas referncias bibliogrfi cas que permitiro aos tcnicos mais ligados aos vrios subsectores industriais aprofundar tecnologicamente alguns temas sempre que tal seja considerado conveniente.

Antes de se fazer essa anlise tecnolgica mais aprofundada relativamente s medidas que podero melhorar a efi cincia energtica da Indstria Transformadora, apresentam-se resumidamente no ponto 1.2 algumas das polticas da UE e de alguns pases europeus de referncia, para o aumento da poupana e da efi cincia energtica industrial, o que permite fornecer ao leitor uma base comparativa mais alargada relativamente s medidas aplicadas por alguns dos espaos econmicos com os quais Portugal tem um relacionamento econmico mais intenso.


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1.2 PLANOS DE ACO PARA A EFICINCIA ENERGTICA NA VERTENTE INDUSTRIAL: UNIO EUROPEIA E PASES DE REFERNCIA

1.2.1 UNIO EUROPEIA

O Livro Verde para a Efi cincia Energtica (LVEE) [3] publicado pela Comisso Europeia em 2005 sublinha a necessidade de fortalecer as polticas destinadas a um aumento da efi cincia do consumo e da produo de energia. A efi cincia energtica est sobretudo associada ao controlo e reduo do consumo de energia para a mesma riqueza criada (i.e., ao aumento da poupana), embora sejam tambm necessrias aces especfi cas no mbito da produo, transformao e distribuio de energia.

Baseando-se no Livro Verde para a Efi cincia Energtica, o Conselho Europeu de Maro de 2006 estabeleceu a necessidade urgente de ser adoptado um plano de aco ambicioso e realista para a efi cincia energtica na UE. Aps alguns meses de preparao, o Plano de Aco para a Efi cincia Energtica da UE (PAEE-EU) [4] foi apresentado em Outubro de 2006 com o subttulo Realizing the Potential. De facto, este documento tem como grande objectivo a realizao do potencial de poupana energtica da UE a 25, que segundo os estudos citados no LVEE poder situar-se num valor global acima dos 20 % em 2020 [3]. Este potencial de poupana de 20 % do actual consumo energtico da UE-25 corresponde a uma poupana global de energia primria de cerca de 390 Mtep/ano(1).

O Plano de Aco para a Efi cincia Energtica da UE (PAEE-UE) necessita de ser monitorizado e actualizado, tendo sido iniciada em 2009 uma reviso intercalar que teve em conta os planos nacionais de aco para a efi cincia energtica (PNAEEs) dos pases membros e as revises estratgicas da UE no mbito da energia. De facto, embora o objectivo do PAEE-UE possa ser atingido usando tecnologias actualmente existentes, segundo este plano, deve ser igualmente encorajada a adopo de tecnologias inovadoras que surjam durante o tempo de vida do plano de aco [4].

O LVEE refere que a Indstria Europeia j deu passos no sentido de aumentar a sua efi cincia energtica, e que motivada por incentivos econmicos, de esperar que a indstria aplique melhorias nos seus processos e nas mquinas por ela utilizadas, de modo a se tornar ainda mais efi ciente. Para alm dos benefcios econmicos directos, a presso exercida pela legislao europeia e pelas legislaes nacionais levam a indstria a utilizar a efi cincia energtica como um instrumento necessrio para respeitar os valores mximos de emisses de gases com efeito de estufa impostos pelos planos nacionais de atribuio de licenas de emisso (PNALEs). Estes valores mximos encontram-se previstos na directiva relativa ao comrcio das licenas de emisso (Directiva 2003/87/CE [5]). At agora, a presso exercida pela legislao tem levado a um grande nmero de acordos voluntrios em vrios sectores industriais, tais como o sector do papel e o sector qumico. Estes acordos voluntrios assinados pela indstria reforam as medidas de efi cincia energtica e tm tido bastante sucesso em pases como o Reino Unido e a Holanda [3].

No contexto industrial, o PAEE-UE refere que a utilizao das Melhores Tecnologias Disponveis (MTDs) e de equipamentos mais efi cientes, poder conduzir a enormes oportunidades de poupana. Para a Indstria Transformadora, prev-se que o potencial global de poupana possa atingir cerca de 25 %, centrando-se em equipamentos tais como os motores elctricos, ventiladores e material de iluminao. Em 2007, a Comisso Europeia iniciou o processo de adopo de padres mnimos ecolgicos de desempenho energtico atravs da implementao de directivas de rotulagem e de perfi l ecolgico para 14 grupos de produtos prioritrios, incluindo entre outros equipamentos, caldeiras, motores elctricos e lmpadas. Como alguns destes produtos so utilizados industrialmente nas reas com maior potencial de poupana, espera-se que esta medida tenha um impacto forte na efi cincia energtica industrial.

(1) Valor tendo em conta o consumo de energia primria da UE-25 em 2005 (1750 Mtep).


12

O PAEE-UE pretende promover a cogerao na indstria, o uso coerente dos impostos para promover a efi cincia energtica industrial e o fi nanciamento de investimentos que as PMEs (pequenas e mdias empresas) e as ESCOs (Energy Service Companies) efectuem em projectos para realizar essa efi cincia. O PAEE-UE pretende tambm promover programas de treino e de educao de gestores de energia na indstria, e fi nanciar programas de investigao sobre tecnologias que melhorem a efi cincia energtica de um processo ou equipamento. No campo da cooperao, o PAEE-UE pretende encorajar polticas que lancem programas de fi nanciamento intensivos para a efi cincia energtica nos novos estados membros da UE (poltica de coeso), e efectuar parcerias internacionais com pases externos UE que sejam parceiros comerciais.

Para que o PAEE-UE atinja os seus objectivos ambiciosos necessria a colaborao total das autoridades competentes de todos os estados membros, em particular no que diz respeito ao delineamento dos respectivos PNAEEs. Assim, os PNAEEs devero estar em consonncia com as linhas mestras defi nidas no PAEE-UE e possuir objectivos igualmente ambiciosos.

Focando agora a ateno nas medidas que afectam o sector industrial, so apresentadas de seguida como exemplos algumas medidas polticas aplicadas a este sector, includas nos PNAEEs de trs pases membros da UE (Dinamarca, Reino Unido e Espanha).

1.2.2 DINAMARCA

As principais medidas do PNAEE (PNAEE-D) [6] aplicadas indstria foram: i) o aumento gradual dos impostos relativos s emisses de gases derivados da queima de combustveis fsseis; ii) a concesso de benefcios fi scais a indstrias que implementem medidas de efi cincia energtica; iii) o incentivo quer concorrncia comercial quer investigao tecnolgica no sector privado do mercado energtico; iv) o fi nanciamento de projectos pblicos de investigao e o apoio a parcerias tecnolgicas com o sector privado; v) a atribuio de crditos/emprstimos a PMEs para implementao de projectos de efi cincia energtica; e vi) o aumento da divulgao, junto da populao, das tecnologias de gesto ambiental e dos benefcios associados sua utilizao [6].

O aumento gradual dos impostos sobre o consumo de energia e as emisses de CO2 tem como objectivo incentivar as indstrias a assinar acordos voluntrios com o Estado, garantindo o cumprimento de um plano de reduo do consumo de energia. As indstrias que assinam estes acordos comprometem-se a efectuar um estudo pormenorizado do seu consumo energtico, que visa identifi car pontos crticos passveis de melhorias, e, num prazo acordado, a implementar as medidas tcnicas necessrias para atingir o aumento de efi cincia energtica estipulado. Todo este processo est sujeito a auditorias estatais.

Os acordos voluntrios assentam na implementao do conceito de Gesto de Energia (Energy Management) que assegura a melhoria contnua e constante da efi cincia energtica de uma empresa. Tipicamente, uma indstria reduz o seu consumo de energia entre 10 a 15 % nos primeiros anos de implementao destes acordos voluntrios. Alguns exemplos mostram poupanas superiores a 15 % e retornos de investimento (paybacks) inferiores a 4 anos. As medidas tcnicas a aplicar envolvem a manuteno e monitorizao de equipamentos, a alterao de procedimentos, a formao dos funcionrios e a concepo efi ciente, sob o ponto de vista energtico, de equipamentos e instalaes. Esta ltima caracterstica assegura a rentabilidade dos investimentos gastos na optimizao de novas instalaes.

As PMEs que tenham difi culdades fi nanceiras para implementar as medidas resultantes do acordo podem requerer ao estado o fi nanciamento parcial das mesmas. O fi nanciamento est condicionado verba disponvel no oramento de estado e ao excedente dos impostos proveniente do aumento das taxas sobre o consumo de energia e as emisses de CO2.


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As indstrias que cumpram os acordos com o estado tm acesso a uma tarifa fi scal mais reduzida (green tax) que proporcional melhoria da efi cincia energtica. O imposto ecolgico dinamarqus (green tax) foi colocado em aco em 1996 e foi avaliado em 1998/99 com o propsito de estimar os impactos econmicos e ambientais deste sistema de taxao energtica. A avaliao concluiu que o sistema leva a poupanas energticas signifi cativas de uma forma economicamente efi ciente e sem descurar a competitividade internacional da indstria [8].

No ano de 2001, aproximadamente 300 empresas, representando cerca de 60 % do consumo total de energia da Indstria Dinamarquesa, tinham j assinado acordos voluntrios de efi cincia energtica com a Agncia Dinamarquesa para a Energia. Conseguiu-se que at 2005 as indstrias aderentes aos acordos reduzissem uma mdia de 6 % nas suas emisses de CO2 e diminussem a sua factura energtica, aumentando assim a sua competitividade internacional [9].

Em Junho de 2005, um acordo entre o governo dinamarqus e outros partidos da oposio adicionou novas iniciativas ao plano de aco governamental para a poupana energtica em vrios sectores (excluindo o sector dos transportes). Estas iniciativas complementares impem um objectivo anual de poupana 3 vezes superior ao do perodo anterior a 2005 e pretendem atingir uma poupana energtica global com o valor mdio anual de 7,5 PJ (179 ktep) durante o perodo de 2006-2013 [6].

1.2.3 REINO UNIDO

No Reino Unido as medidas polticas incidem principalmente sobre a reduo das emisses de gases com efeito de estufa. No entanto, estas medidas esto intimamente ligadas efi cincia energtica, uma vez que aumentos na efi cincia energtica produzem redues nas emisses. Algumas das medidas polticas do PNAEE do Reino Unido [10] aplicadas indstria englobam: i) o Climate Change Levy; ii) os Climate Change Agreements; iii) o Carbon Trust e o iv) United Kingdom Emissions Trading Scheme.

O Climate Change Levy (CCL) um imposto sobre a utilizao de energia que impe taxas fi scais mais elevadas s indstrias mais gastadoras de energias no renovveis. O dinheiro resultante destas taxas serve para investir em tecnologias e equipamentos com maior efi cincia energtica e, consequentemente, menos emisses de carbono.

Com os Climate Change Agreements (acordos voluntrios, CCA), o governo tenta aliciar as empresas a aceitar um acordo de reduo de emisses de carbono, em troca de um vantajoso desconto fi scal de 80 % sobre o Climate Change Levy.

Este acordo foi negociado com 44 sectores industriais, sendo os resultados desta poltica surpreendentemente positivos, pois 24 desses sectores cumpriram totalmente as metas de reduo. De facto, em 2003, 88 % das unidades que se submeteram ao acordo conseguiram atingir a sua meta.

O Carbon Trust uma estrutura que visa informar e auxiliar as indstrias que pretendam reduzir as suas emisses de gases poluentes. As suas actividades baseiam-se em cinco grandes reas:

Percepo - diagnstico dos problemas que levam a que uma empresa no seja energeticamente efi ciente; Soluo - encontro de solues para esses problemas; Inovao - criao de novas tecnologias para o aumento da efi cincia energtica; Iniciativa - fi nanciamento de iniciativas que permitem o aparecimento de novas empresas no ramo

das tecnologias energeticamente efi cientes; Investimento - fi nanciamento de indstrias, com fundos governamentais, para que possam efectuar

as mudanas nas suas estruturas ou tecnologias, de modo a aumentar a sua efi cincia energtica.


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Resumindo, esta organizao aposta na efi cincia energtica e na reduo de emisses de gases poluentes e aconselha as empresas a aderirem aos CCAs e a implementarem solues ecolgicas, fi nanciando-as.

O United Kingdom Emissions Trading Scheme (UK-ETS) um esquema que tem como objectivo reduzir as emisses de gases poluentes, para que com isso se cumpra o Protocolo de Quioto e adiram ao rentvel mercado de carbono. Para fugir s coimas, as indstrias entram no mercado de carbono e tentam comprar emisses de toneladas de CO2 a preos inferiores, tornando o mercado extremamente activo.

As polticas implementadas no Reino Unido contriburam para uma melhoria signifi cativa da efi cincia dos consumos energticos, o que pode ser comprovado pela diminuio substancial imediata das emisses de CO2. De facto, logo em 2002, no primeiro ano em que as medidas foram aplicadas, a reduo das emisses atingiu o valor de 4,64 milhes de toneladas de CO2. Esta reduo aumentou para 5,2 milhes de t CO2 em 2003 e 5,9 milhes de t CO2 em 2004.

1.2.4 ESPANHA

A Estratgia de Poupana e Efi cincia Energtica em Espanha aprovada a 28 de Novembro de 2003 prope para cada um dos principais sectores envolvidos uma srie de medidas que devem ser implementadas durante o perodo de 2004-2012 [15].

No mbito desta estratgia, as medidas aplicveis ao Sector Industrial espanhol so as seguintes:

Realizao de Auditorias Energticas; Projectos Empresariais de Efi cincia Energtica (Acordos Voluntrios); Programas de Ajudas Pblicas.

As Auditorias Energticas nos diferentes sectores industriais possibilitam o estudo detalhado e exaustivo dos processos produtivos e mais concretamente identifi car os principais equipamentos consumidores de energia. Permitem ainda determinar com alguma preciso os investimentos necessrios para a execuo das medidas detectadas assim como a rentabilidade e viabilidade das mesmas.

Os principais objectivos destas Auditorias Energticas so:

Determinar o potencial de poupana de energia nas empresas do sector industrial; Facilitar a tomada de deciso dos empresrios no mbito do investimento em Poupana e Efi cincia

Energtica; Determinar o benchmarking dos processos produtivos auditados.

Os Acordos Voluntrios tm como objectivo, fomentar a adopo de medidas de poupana de energia e comprometer as Associaes Empresariais e as Indstrias a alcanar o potencial de poupana de energia estabelecido por Sector. No entanto, este compromisso na consecuo dos objectivos energticos no deve comprometer a competitividade das empresas.

Os Acordos Voluntrios devem considerar os seguintes pontos essenciais:

O potencial de poupana detectado e a viabilidade da sua execuo; A vinculao explcita das empresas do subsector ou ramo de actividade considerado; As linhas de fi nanciamento para incentivar a poupana energtica; A possibilidade das empresas vinculadas formalmente terem tratamento preferencial.


15

O objectivo do Programa de Ajudas Pblicas facilitar a viabilidade econmica dos investimentos na poupana e efi cincia energtica, com a fi nalidade de alcanar o potencial de poupana de energia identifi cado. Pretende-se assim promover a substituio de equipamentos e de instalaes inefi cientes, privilegiando a utilizao de tecnologias de alta efi cincia energtica que minimizem as emisses de CO2.

Para o perodo 2000-2012, o cenrio base da Estratgia de Poupana e Efi cincia Energtica [15] prev que o sector industrial espanhol registe um aumento de 14 498 ktep no consumo total de energia. O potencial da poupana de energia detectado de 2351 ktep at ao ano 2012, o que representa uma poupana de energia de 4,8 % respeitante ao consumo no mesmo ano.

2.ENQUADRAMENTO TECNOLGICO DASMEDIDAS PARA O AUMENTO DA EFICINCIA ENERGTICA DA INDSTRIA

2.1 MEDIDAS TRANSVERSAIS2.1.1 Sistemas accionados por motores elctricos2.1.2 Produo combinada de energia mecnica e energia trmica2.1.3 Iluminao2.1.4 E cincia do processo industrial / outros

2.2 MEDIDAS SECTORIAIS ESPECFICAS2.2.1 Alimentao e bebidas2.2.2 Cermica2.2.3 Cimento2.2.4 Madeira e artigos de madeira2.2.5 Metalo-electro-mecnica2.2.6 Metalurgia e fundio2.2.7 Pasta e papel 2.2.8 Qumicos, plsticos e borracha 2.2.9 Siderurgia2.2.10 Txtil2.2.1 1 Vesturio, calado e curtumes2.2.12 Vidro


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2. ENQUADRAMENTO TECNOLGICO DAS MEDIDAS PARA O AUMENTO DA EFICINCIA ENERGTICA DA INDSTRIA

O aumento da efi cincia energtica na Indstria Transformadora nacional exige, semelhana do verifi cado em outros pases, uma atitude pr-activa da parte dos industriais para uma actuao em termos de adequao efectiva dos seus equipamentos e processos a novas tecnologias e estratgias actualmente disponveis.

Foram analisados documentos referentes s BAT - Best Available Tecnologies, publicados anteriormente pela Comisso Europeia [11][12][13][14], e por pases como a Espanha [15][16][17][18][19][20], a Holanda [21] e os EUA atravs do U.S. Department of Energy [22]. Alm destes, foram tambm analisados outros documentos publicados pela Agncia Internacional da Energia [23][24]. Todas as publicaes acabadas de referir serviram para seleccionar, de entre um elevado nmero de medidas de actuao, aquelas que, em termos da realidade portuguesa, podem conduzir a uma maior efi cincia energtica em todos os Sectores da Indstria Transformadora.

A anlise dos referidos documentos conduziu a dois conjuntos de medidas classifi cados como Medidas Transversais e Medidas Especfi cas de cada Sector da Indstria Transformadora (ver Fig. 2.1). As medidas transversais traduzem quatro grupos de actuao tecnolgica: Motores Elctricos, Produo de Calor e Frio, Iluminao, Efi cincia do Processo Industrial e Outras Medidas no especifi cadas. Estas medidas foram agrupadas desta forma pelo facto de serem horizontais, isto , da sua aplicabilidade ser generalizada em todos os doze sectores da Indstria Transformadora. Em complemento a estas medidas foram seleccionadas, dentro de cada um dos doze sectores mencionados, as referidas Medidas Especfi cas que traduzem possveis actuaes apenas aplicveis com intensidade considervel em cada sector especfi co.

Fig. 2.1/ Principais grupos de Medidas Transversais e de Medidas Especfi cas Sectoriais para a Indstria Transformadora.

(1) Em relao ao balano energtico, juntaram-se os sectores do plstico e da borracha, e no foi considerado o sector OutrosFonte: Anlise IST/ADENE.

MedidasTransversais indstria

MedidasEspecfi casdo Sector

(12 sectores (1))

Efi cincia do Processo Industrial / Outros

Iluminao

Produo de Calor e Frio

Sistemas Accionados por Motores Elctricos

Alim

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Taba

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20

Todas as Medidas (Transversais e Especfi cas) foram profundamente analisadas pelas Confederaes Industriais Portuguesas: Confederao da Indstria Portuguesa (CIP), Associao Industrial Portuguesa (AIP), e Associao Empresarial Portuguesa (AEP));e pelas Associaes Empresariais: Associao Portuguesa das Empresas Qumicas (APEQ), Associao Portuguesa de Fundio (APF), Associao Tcnica da Indstria do Cimento (ATIC), Associao Txtil e Vesturio de Portugal (ATP), Associao da Indstria Papeleira (CELPA), Centro Tecnolgico das Indstrias Txtil e do Vesturio de Portugal (CITEVE), Centro Tecnolgico da Cermica e do Vidro (CTCV), Centro Tecnolgico da Indstria do Couro (CTIC) e Federao das Indstrias Portuguesas Agro-alimentares (FIPA). Os resultados obtidos devem-se em grande parte aos contributos qualitativos e quantitativos destas entidades aps validao pelo Grupo de Trabalho Indstria.

Desta anlise aprofundada resultou a escolha duma lista de Medidas/Tecnologias que foram consideradas viveis e possuidoras de elevadas hipteses de sucesso. Estas medidas seleccionadas, que compem os principais grupos de medidas transversais e sectoriais, esto listadas na Tabela 2.1. Note-se que se espera que as poupanas anuais previstas nesta tabela se podero comear a concretizar cinco anos aps o incio do PNAEE.


21

Tabela 2.1/ Medidas seleccionadas para aumentar a efi cincia energtica da Indstria Portuguesa: Medidas Transversais e Sectoriais.

Transversais ou Horizontais

mbito Medida / Tecnologia Poupana Total tep / ano %

Sistemas accionados por motores elctricos

Optimizao de motoresSistemas de bombagemSistemas de ventilaoSistemas de compressoTotal

19 1152 294

5105 161

27 080

0,350,040,010,100,50

Produo de calor e frio

CogeraoSistemas de combustoRecuperao de calorFrio industrialTotal

27 00064 04372 048

1 338164 429

0,501,181,340,023,04

Iluminao Total 1 911 0,04

Efi cincia do processo industrial / Outros

Monitorizao e controloTratamento de efl uentesIntegrao de processosManuteno de equipamentosIsolamentos trmicosTransportesFormao e sensibilizao de recursos humanosReduo da energia reactivaTotal

10 5542 402

94 98624 87118 012

483 1661 125

155 164

0,200,401,760,460,330,0010,060,022,87

Total das Medidas Transversais 348 584 6,45

Sectoriais ou Especfi cas

Sector Medida / Tecnologia Poupana Total tep / ano %

Alimentao e Bebidas

Optimizao da esterlizaoProcessos de separao com membranasMudana de moinhos horizontais para verticaisDestilao sob vcuoTotal

2 8081 3541 312

7686 242

0,0520,0250,0240,0140,115

Cramica

Optimizao de fornosMelhoria de secadoresExtruso com secadoresExtruso duraOptimizao de produo de p para prensagemUtilizao de combustveis alternativosTotal

5 125591860

1 155997

(a)

8 728

0,0950,010,0160,0210,018(a)

0,161

Cimento

Optimizao de fornosOptimizao de moagensUtilizao de combustveis alternativos (p.ex.biomassa)Reduo da utilizao de clnquer no cimentoUtilizao de gs natural (em substituio do coque de petrleo)Total

00

104 388 (b)(a)

00

000 (b)(a)

00

Madeira e Artigos de Madeira

Transportadores mecnicos em vez de pneumticosAproveitamento de sub-produtos de biomassaOptimizao de fornos de secagem contnuaTotal

11469

47527

0,00020,00870,00090,0097

Metalo-electro-mecnica

Combusto submersa para aquecimento de banhosReutilizao de desperdciosOptimizao de fornosTotal

70349670

1 089

0,00130,00650,01240,0202

Metalurgia e Fundio

Melhoria na qualidade dos nodos e ctodosSector da fusoNmero de fundidos por cavidadeRendimento do metal vazadoDiminuio da taxa de refugoDespoeiramentoAumento da cadncia do cicloReduo de sobreespessurasTotal

62197369

491037

42

730

0,00120,00360,00680,00090,00020,00070,00010,000040,0135


22

2.1 MEDIDAS TRANSVERSAIS

As Medidas Transversais so as que podem ser aplicadas generalidade das indstrias existentes em Portugal. As medidas deste tipo so, pois, aquelas que proporcionam maiores efeitos em termos do aumento da efi cincia energtica para o conjunto da economia portuguesa e, como tal, importante que os principais responsveis pelo sector industrial possuam dados tecnolgicos sucintos sobre a importncia e o potencial impacto tcnico-econmico destas vrias medidas. este o objectivo principal do presente captulo.

2.1.1 SISTEMAS ACCIONADOS POR MOTORES ELCTRICOS

2.1.1.1 Motores elctricos

De todos os tipos de motores, os motores elctricos so os mais utilizados, pois combinam as vantagens da utilizao de energia elctrica transporte fcil, limpeza e simplicidade de comando - com a sua construo simples e uma grande versatilidade de adaptao s mais diversas cargas.

Na Unio Europeia, os motores elctricos so os equipamentos mais disseminados em todos os sectores industriais, usando cerca de 70 % da energia elctrica total consumida na indstria [25]. Em Portugal, so responsveis por mais de 70 % do consumo de electricidade da indstria, e por cerca de 30 % do consumo elctrico global do Pas [26].

A Fig. 2.2 apresenta a decomposio do consumo de electricidade dos motores, pelas principais utilizaes fi nais na Indstria Portuguesa. Como se pode ver, as aplicaes em que ocorre a movimentao de fl uidos (sistemas de bombagem, ventilao e compresso de ar) representam 61 % do consumo elctrico total dos motores industriais [27].

Pasta e PapelGaseifi cao / Queima de licor negro e outros resduosOptimizao de operaes de secagemTotal

5 3204 2689 588

0,0980,0790,177

Qumicos, Plsticos e Borracha

Novas operaes de separao (p. ex. membranas)Utilizao de novos catalisadoresOptimizao das destilaesTotal

4 9462 6381 7579 341

0,090,050,030,17

Siderurgia

Melhoria dos fornos elctricosProcessos de smelting reductionFundio e conformao simultneasTotal

159363

2 0712 593

0,0030,0070,0380,048

Txtil

Optimao de banhosPr-secagem mecnica / infravermelha (IV)Aquecimento de guas por painis solaresOptimizao dos processos de produo txtilTotal

1 442125641

882 296

0,02670,00230,01190,00160,0425

Vesturio, Calado e Curtumes

Melhorias em limpezas / banhosTecnologias de corte e de unio de peasAquecimento de guas por colectores solaresTotal

207

5178

0,00040,00010,00090,0015

VidroOptimizao de fornosUtilizao de vidro usado (reciclagem)Total

1 0342 0103 044

0,020,040,06

Total das Medidas Sectoriais 44 256 0,82

Total Global (Medidas Transversais + Medidas Sectoriais) 392 840 7,27


23

Motores ElctricosCorrente Contnua (DC)

Corrente Alternada (AC)Sncronos

Assncronos (de induo)

Fig. 2.3 / Classifi cao de motores elctricos.

Fig. 2.2 / Consumo de energia dos motores elctricos na Indstria Portuguesa. Figura adaptada de [27].

Outras(processamento

de materiais, etc.)39 %

Bombagem22 %

Ventilao19 %

Compresso20 %

Os motores elctricos so mquinas destinadas a transformar energia elctrica em energia mecnica, que podem ser alimentados com corrente contnua ou alternada. Os motores elctricos alimentados com corrente alternada podem ser divididos em duas categorias: sncronos e assncronos (ou de induo) (Fig. 2.3).

Os motores de corrente contnua (DC) so normalmente motores de custo elevado que precisam de uma fonte de corrente contnua ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em contnua. Podem funcionar com velocidade varivel e so muito fceis de controlar e precisos. S se usam em casos especiais onde as exigncias compensam o custo mais alto da sua instalao.

Os motores de corrente alternada (AC) so os mais utilizados porque a distribuio de energia elctrica na rede feita atravs de corrente alternada. O princpio de funcionamento baseia-se no campo girante que surge quando um sistema trifsico de correntes alternadas aplicado em plos desfasados de 120.

Os motores sncronos funcionam com velocidade fi xa. Utilizam um circuito induzido que possui um campo constante pr-defi nido, e com isso, aumentam a resposta ao processo de arrasto criado pelo campo girante. So geralmente utilizados quando se necessita de velocidades estveis, com cargas variveis. Tambm podem ser utilizados para grandes potncias, com um binrio constante.

Os motores assncronos ou de induo funcionam normalmente com velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecnica aplicada ao eixo. Devido sua grande simplicidade, robustez, baixo custo e manuteno mnima, so os motores mais utilizados. De facto, estes motores so utilizados em quase todos os tipos de mquinas elctricas encontradas na indstria, p.ex. bombas, ventiladores, compressores de ar, misturadores, moinhos, guinchos, elevadores, tapetes rolantes, teares, mquinas-ferramenta e mquinas de traco [27].

Muitos motores em funcionamento no se encontram devidamente dimensionados para alimentar o sistema de potncia em que se encontram inseridos, trabalhando em regime de carga parcial ou varivel ao longo do tempo. Esta situao bastante frequente devido ao habitual sobredimensionamento dos motores elctricos que alimentam bombas, ventiladores, compressores, transportadores mecnicos, etc.


24

Muitas vezes, embora o motor elctrico esteja correctamente dimensionado e funcione em condies adequadas, existem perdas noutras partes do sistema de potncia. Aqui, defi ne-se sistema de potncia como sendo um sistema que produz trabalho mecnico a partir de energia elctrica, possuindo para o efeito vrias partes/seces, incluindo a alimentao de energia mecnica pelo motor elctrico, a transmisso da energia mecnica ao equipamento utilizador fi nal e a aplicao dessa energia pelo equipamento utilizador fi nal (p.ex. bombas, ventiladores).

Para aumentar a efi cincia dos sistemas de potncia industriais tm sido desenvolvidas e aplicadas vrias tecnologias que incluem os motores elctricos de alto rendimento, os variadores electrnicos de velocidade (VEVs), a melhoria do desempenho dos equipamentos utilizadores fi nais, a optimizao dos sistemas de transmisso mecnica entre o motor e o equipamento utilizador fi nal, etc.

Os custos elevados da energia elctrica fazem com que a efi cincia dos motores e dos sistemas de potncia de que fazem parte, seja um assunto premente. O enorme peso dos motores elctricos no consumo de electricidade industrial e a existncia de tcnicas/ medidas que permitem aumentar a efi cincia energtica, transformam o campo de aplicao dos motores elctricos numa rea onde os potenciais de poupana de energia so muito signifi cativos.

2.1.1.2 Optimizao de motores

A transformao de energia elctrica em energia mecnica por um motor elctrico tem sempre perdas inerentes (Fig. 2.4).

Fig. 2.4/ Balano energtico simples a um motor elctrico.

Perdas

Energia elctrica Energia mecnicaMotor

Elctrico

= Pmec / Pel = (Pel - perdas) / Pel

As perdas so quantifi cadas atravs do rendimento do motor, , que igual potncia mecnica (Pmec) disponvel no veio do motor a dividir pela potncia elctrica (Pel) fornecida ao motor:

(Eq. 1)

As perdas num motor de induo correspondem energia que no convertida em trabalho til. As perdas num motor podem ser: perdas trmicas no cobre por efeito de Joule, perdas magnticas no ferro, perdas mecnicas e perdas extraviadas.

As perdas por efeito de Joule (perdas de calor), que ocorrem nos condutores de cobre dos enrolamentos do estator e na gaiola do rotor, devem-se passagem da corrente e so proporcionais ao quadrado da corrente e ao valor da resistncia. As perdas de calor provocam um aumento de temperatura do motor, que sendo excessivo, pode conduzir a uma reduo substancial do seu tempo de vida til.


25

Tabela 2.2/ Classifi cao CEMEP-CE da efi cincia de motores elctricos.

Classe de efi cincia do motor Denominao da classeEFF3 Motores convencionais com efi cincias menores

EFF2 Motores de efi cincia melhorada

EFF1 Motores de alta efi cincia

As perdas magnticas no ferro esto associadas variao do fl uxo magntico no tempo, produzindo correntes induzidas no ferro (correntes de Foucault) e perdas por histerese associadas aos ciclos de magnetizao do ferro. As perdas magnticas no ferro so aproximadamente proporcionais ao quadrado da densidade do fl uxo magntico.

As perdas mecnicas derivam do atrito nos rolamentos e da ventilao do motor, enquanto que as perdas extraviadas, tambm conhecidas como perdas suplementares, esto associadas a imperfeies no fabrico dos motores, nomeadamente s distores do entreferro, s irregularidades na densidade de fl uxo magntico no entreferro e distribuio no uniforme da corrente dos condutores.

As medidas para a optimizao da efi cincia energtica dos motores elctricos e sistemas de potncia associados tm como objectivo a minimizao das perdas energticas inerentes. Neste mbito, as medidas seguintes encontram-se entre as mais efectivas:

Substituir os motores elctricos convencionais avariados ou em fi m de vida por motores mais efi cientes; Avaliar o potencial de utilizao de variadores electrnicos de velocidade para ajustar a velocidade

do motor de acordo com a carga; Utilizar arrancadores suaves para evitar picos de corrente durante o arranque; Garantir a manuteno adequada dos motores; Evitar o sobredimensionamento dos motores e desligar os mesmos quando estes no esto a ser utilizados.

Pela sua importncia, analisam-se de seguida de forma mais detalhada duas dessas medidas.

Substituio de motores convencionais por motores mais e cientes

Os motores de alta efi cincia (MAE), tal como o prprio nome indica, apresentam um rendimento e um factor de potncia mais elevados que os motores convencionais (standard). A melhoria de rendimento obtida para os motores de alta efi cincia relativamente aos motores convencionais situa-se normalmente nos 3 - 4 %, podendo, no entanto, atingir um mximo de 8 %. Este desempenho conseguido custa quer da utilizao de melhores materiais construtivos e melhores acabamentos, quer pela alterao das caractersticas dimensionais do motor (aumento da seco dos condutores no estator, aumento do comprimento do circuito magntico, etc.) [26].

O Comit Europeu de Fabricantes de Mquinas Elctricas e de Sistemas Electrnicos de Potncia (CEMEP) e a Comisso Europeia (CE) estabeleceram, num acordo voluntrio fi rmado em 1998 [29], um esquema de rotulagem da efi cincia do motor aplicado a motores de induo trifsicos de gaiola de esquilo, de 2 e 4 plos (400 V, 50 Hz, tipo de funcionamento S1), com potncias teis entre 1,1 e 75 kW. Para os motores com estas caractersticas, o esquema de rotulagem CEMEP-CE estabelece 3 classes de rendimentos que se encontram designadas na Tabela 2.2.


26

Fig. 2.5/ Efi cincia vs Potncia til para motores das classes EFF1, EFF2 e EFF3 de acordo com o esquema de rotulagem CEMEP-CE. Fonte: [28].

Tabela 2.3/ Economias energticas obtidas atravs da substituio de motores de classe EFF3 por motores de classe EFF1: valores calculados para motores com diferentes potncias teis e para um perodo de funcionamento de 4000 h/a.

Potncia til (kW)4 22 45 75

Efi cincia mxima de motor classe EFF3 (%) 84,2 90,5 92,5 93,6

Consumo energtico (MW.h/a) 19,0 97,2 194,6 320,5

Efi cincia mnima de motor classe EFF1 (%) 88,3 92,6 93,9 94,7

Consumo energtico (MW.h/a) 18,1 95,0 191,7 316,8

Reduo energtica mnima (%) 4,6 2,3 1,5 1,2Reduo energtica mnima (MW.h/a) 0,9 2,2 2,9 3,7

Tempo de recuperao do investimento (anos) =Investimento ()

Economia anual (/a)

a) Fronteira EFF1/EFF2: motores de 4 polosb) Fronteira EFF1/EFF2: motores de 2 polosc) Fronteira EFF2/EFF3: motores de 2 e 4 polos

Potncia til ou mecnica (kW)

Efi cincia(%)

A Fig. 2.5 mostra para a gama de potncias abrangida por esta classifi cao os domnios de rendimento/efi cincia dos motores das classes EFF1, EFF2 e EFF3.

Com base na Fig. 2.5, a Tabela 2.3 apresenta, para vrios motores de 4 plos com diferentes potncias teis e para um perodo de funcionamento de 4000 h/a, os valores mnimos de poupana energtica possveis de obter atravs da substituio de motores de classe EFF3 por motores de classe EFF1.

96

94

92

90

88

86

84

82

80

78

761,1 1,5 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90

a

EFF1

EFF2

EFF3

b

c

Apesar de serem mais econmicos energeticamente, os motores de alta efi cincia, pela sua concepo, so motores que exigem um investimento inicial cerca de 25 % a 30 % superior em relao aos motores convencionais [26]. Face a este acrscimo de custos de investimento, deve ser sempre efectuada uma avaliao tcnico-econmica do investimento atravs de uma anlise prvia custo-benefcio.

A avaliao econmica do investimento ligado substituio de um motor convencional por um motor de alta efi cincia feita atravs do clculo do tempo de recuperao do investimento (payback). Para tal usa-se a expresso

(Eq. 2)

em que:Investimento dado pela diferena entre o custo do motor de alta efi cincia e o custo do motor standard;


27

(2) Investigao efectuada no mbito do programa SAVE II (1998-2002) sobre efi cincia energtica e que envolveu 6 pases: Alemanha, Dinamarca, Frana, Holanda, Portugal e Reino Unido.

Economia anual (/a) = tCelPst

st

PMAE

MAE

Economia anual dada por: , sendo:

t o nmero de horas de funcionamento do motor num ano;Cel o custo/preo mdio da electricidade em /kW.h;Pst a potncia til mecnica do motor standard em kW;

st o rendimento do motor standard (fraco);PMAE a potncia til mecnica do motor de alta efi cincia em kW;

MAE o rendimento do motor de alta efi cincia (fraco).(Notar que a potncia til mecnica calculada pelo produto da potncia nominal do motor pelo factor de carga).

No entanto, na maioria dos casos, a substituio de um motor convencional por um motor de alta efi cincia justifi cada, sendo o investimento amortizado em 1 a 2 anos para perodos de funcionamento volta das 4000 h/a, e em cerca de 3 anos para 2000 h/a de funcionamento [26].

Utilizao de variadores electrnicos de velocidade (VEVs)

Vrios estudos apontam para a utilizao de variadores electrnicos de velocidade (VEVs), como a medida com maior potencial de poupana em sistemas motorizados devido ao seu papel extremamente importante na poupana directa de energia. O artigo de Almeida et al. [25] apresenta os resultados de uma investigao a nvel europeu (2) sobre as consideraes tcnicas e econmicas da aplicao de VEVs a sistemas motorizados, e desde que foi publicado, tem sido um documento-referncia sobre este assunto.

Na indstria em Portugal, o sobredimensionamento de motores de induo uma situao muito frequente, devido utilizao sistemtica de factores de segurana muito elevados. Como muitas vezes no se sabe com rigor qual a carga que o motor vai ter de vencer, opta-se por sobredimensionar este e, por vezes tambm, o equipamento actuado pelo motor.

O sobredimensionamento excessivo (i.e., superior a 30 %) dos motores de induo acarreta trs desvantagens principais:

Maior investimento inicial na aquisio do motor e da aparelhagem associada; Diminuio do rendimento do motor, o que leva a maiores custos de operao; Diminuio do factor de potncia da instalao, o que leva a um aumento da factura elctrica ou necessidade de aquisio de equipamentos para compensar o factor de potncia.

Assim, para a maioria das aplicaes, seria benfi co em termos de consumo de energia elctrica e de desempenho global, se a velocidade do motor se ajustasse s cargas ou necessidades do processo. A velocidade dos motores de induo determinada pela frequncia da tenso de alimentao, pelo seu nmero de plos e pelo seu factor de carga (a velocidade decresce ligeiramente medida que a carga aumenta). Assim, para controlar a velocidade dos motores sem recurso a dispositivos mecnicos externos, necessrio variar a frequncia da tenso de alimentao.

Normalmente, os VEVs convertem a tenso da rede de 50 Hz numa tenso contnua e em seguida sintetizam uma frequncia varivel sob controlo externo do utilizador que pode ir de 0 a 150 Hz consoante o tipo de aplicaes. H diversos tipos de confi gurao do circuito electrnico dos VEVs, consoante o tipo de motor e a gama de potncia. Os tipos mais comuns de VEVs tm uma confi gurao esquemtica igual da Fig. 2.6.


28

Fig. 2.6/ Confi gurao de um VEV.

Alimentaotrifsica 50Hz

Frequncia etenso varivel

VEV

MotorElctrico

Rectifi cadorde AC para

DC

Ligao DC+ Filtro

Inversor de DC para AC

Os VEVs com inversor por fonte de tenso (VSI) e modulao por largura de impulso (PWM) so os que mais se utilizam para o controlo de motores de induo. (Nota: A tecnologia VSI tem sido progressivamente abandonada devido aos harmnicos gerados e ao baixo factor de potncia quando a carga reduzida). Este tipo de VEVs basicamente constitudo por um rectifi cador (controlado ou no controlado) que converte a tenso alternada em contnua e por um inversor que converte a tenso contnua em alternada (Fig. 2.6).

Esta confi gurao permite actuar sobre a amplitude e a frequncia da tenso de alimentao do motor, controlando-se assim a sua velocidade angular e o seu binrio. Para alm do controlo de velocidade, os VEVs podem ter outras vantagens, tais como: uma maior proteco trmica do motor e a possibilidade de arranques e paragens suaves.

Aplicaes dos VEVs

Como foi j referido, as aplicaes com maior potencial para conservao de energia so aquelas que utilizam bombas, ventiladores e compressores. Normalmente, os motores elctricos que transmitem fora motriz a estes equipamentos tm potncias fi xas reguladas para o caudal nominal de fl uido pretendido.

No entanto, na maioria das aplicaes, os caudais de fl uido precisam de ser regulveis ao longo dos processos de utilizao e, para tal, utilizam-se normalmente dispositivos de estrangulamento, p.ex., vlvulas reguladoras de presso ou caudal, dampers e outros acessrios similares. Estes dispositivos de estrangulamento cumprem normalmente as funes desejadas, mas fazem-no custa da introduo de perdas de carga considerveis no sistema, desperdiando grandes quantidades de energia.

Nos tpicos seguintes (2.1.1.3 - 2.1.1.5) ser dada especial ateno aplicao de VEVs a sistemas especfi cos em que estas questes sero abordadas com maior detalhe.Em suma, as principais vantagens resultantes da aplicao dos VEVs a motores elctricos na indstria so:

Economias de energia at 50 % ou mais, com um valor mdio de 20 - 25 %; Reduo dos picos de potncia durante o arranque e a paragem do motor; Aumento da durao do motor; Aumento do factor de potncia (ver defi nio no tpico 2.1.4.8), correspondendo a uma diminuio

da parcela da energia reactiva na factura energtica; Possibilidade de by-pass em caso de falha; Amplas gamas de velocidade, binrio e potncia; Melhorias no controlo do processo, na qualidade do produto, e em ltima anlise, na produtividade; Diminuio da quantidade de partes mecnicas, dado o carcter compacto dos VEVs e estes

incorporarem j diversos tipos de proteces para o motor (contra curto-circuitos, sobreintensidades, falta de fase, etc.) que deixam assim de ser adquiridas isoladamente.


29

Fig. 2.7/ Distribuio do mercado europeu de VEVs em termos de unidades vendidas. Perodo de referncia: 1998-2002. Figura adaptada de [25].

Reino Unido 10 %

Portugal e Espanha 7 %

Frana 6 %

Holanda 4 %Dinamarca 2 %

Outros 29 %

Alemanha 42 %

Economia anual (/a) = tiCel,iPM,i

M,i

PVEV - M,iVEV - M,i

Anlise econmica da instalao e utilizao de um VEV

Desde h algum tempo que os variadores electrnicos de velocidade (VEVs) se tm tornado mais atractivos do ponto de vista econmico. A melhoria do desempenho e fi abilidade dos VEVs fornece maiores economias energticas e acelera a amortizao dos investimentos associados sua instalao e utilizao, diminuindo o payback. De facto, devido sua fl exibilidade, alto rendimento, elevada fi abilidade e custo decrescente, os VEVs tm vindo a aumentar signifi cativamente a sua penetrao no mercado. A Fig. 2.7 apresenta a estrutura do mercado europeu de VEVs representativa do perodo compreendido entre 1998 e 2002.

A rentabilidade dos VEVs depende da potncia do motor a controlar e do tipo de aplicao. No entanto, existem outros factores importantes, como o nmero de horas de funcionamento e o regime de carga do motor. Em relao a este ltimo factor, quanto mais varivel for o regime de carga, maior ser o potencial de economia de energia.

Sempre que se queira investigar a viabilidade econmica da instalao de um VEV num determinado motor de induo, importante entrar em linha de conta com a reduo global do rendimento. Se por um lado o controlo da velocidade pode permitir economias de energia bastante signifi cativas em determinados regimes de carga, o facto de tal ser conseguido atravs de um dispositivo que introduz perdas adicionais, pode levar a poupanas negativas noutros regimes de carga. De facto a reduo econmica dos VEVs decresce para potncias mais baixas.Assim, considerando a existncia de i regimes de carga, a economia anual total resultante da implementao de um VEV num motor elctrico inicialmente sem controlo de velocidade, dada pela seguinte equao:

(Eq. 3)

onde:i - ndice correspondente ao regime de carga;ti - nmero de horas de funcionamento do motor no regime de carga i (h/a);Cel,i - custo mdio da electricidade durante o perodo ti (/kW.h)PM,i - potncia til mecnica do motor no regime de carga i (kW);

M,i - rendimento do motor no regime de carga i (fraco);PVEV-M,i - potncia til mecnica do motor com VEV no regime de carga i (kW);

VEV-M,i - rendimento do motor com VEV no regime de carga i (fraco).


30

Fig. 2.8/ Custos tpicos associados a um sistema de bombagem ao longo da sua vida til.

Investimento Inicial20 %

Manuteno22 %

Energia85 %

2.1.1.3 Sistemas de bombagem

Os sistemas de bombagem so muito importantes a nvel industrial, representando aproximadamente16 % do consumo energtico da Indstria Portuguesa [31]. Por exemplo, na indstria qumica estes sistemas usam 37 a 76 % de toda a energia gasta em motores elctricos [24]. O consumo energtico representa cerca de 85 % dos custos totais associados a um sistema de bombagem (ver Fig. 2.8).

Um sistema de bombagem tipicamente constitudo por cinco componentes:

Bomba; Equipamento de accionamento da bomba (geralmente um motor elctrico que junto com a bomba

forma o grupo electrobomba); Vlvulas; Tubagem; Equipamentos de uso fi nal (tanques, permutadores de calor, etc.).

A importncia dos sistemas de bombagem na indstria deve-se essencialmente ao seu nmero. De facto, como muitas unidades industriais tm centenas ou at milhares destes sistemas, o primeiro passo para aumentar a efi cincia energtica envolve a identifi cao dos sistemas que tm maiores perdas, tornando-os alvo de planos de optimizao. Estes planos devem seguir os passos seguintes [24]:

1. Avaliar todos os sistemas de bombagem e identifi car aqueles que necessitam de ser rapidamente melhorados;

2. Analisar detalhadamente os sistemas identifi cados;3. Desligar bombas desnecessrias ou usar interruptores de presso de modo a controlar o nmero

de bombas em funcionamento;4. Repor as folgas internas da bomba;5. Substituir ou modifi car as bombas sobredimensionadas;6. Instalar VEVs ou usar arranjos com mltiplas bombas (p. ex., vrias bombas em paralelo) para

garantir uma variao do caudal sem recorrer ao uso de um dispositivo de estrangulamento (vlvula reguladora de caudal);

7. Substituir os motores elctricos convencionais por motores de alta efi cincia;8. Reparar fugas e vlvulas defi cientes (ou substituir estas por vlvulas mais efi cientes) e eventualmente

conservar ou modifi car os impulsores das bombas;9. Estabelecer um programa de manuteno peridico.


31

Tabela 2.4/ Lista dos principais problemas associados seleco/dimensionamento e manuteno de bombas, e lista de medidas a implementar para solucionar esses problemas.

Seleco/ Dimensionamento e Manuteno de Bombas

Problemas

Excessiva manuteno da bomba. Este problema pode indicar: a) bomba em cavitao; b) bomba envelhecida, i.e., com forte desgaste; c) bomba no adequada operao em causa.

Excesso de estrangulamento na descarga. Uma bomba estrangulada na suco, com carga e caudal constantes, signifi ca um excesso de capacidade. O desperdcio energtico associado ao estrangulamento proporcional queda de presso atravs da vlvula de controlo e ao caudal.

Uma bomba com rudo geralmente indica a existncia de cavitao. As vlvulas de controlo ou de desvio de caudal (bypass) que provocam rudo indicam, frequentemente, a existncia duma queda exagerada de presso.

Alteraes das condies de projecto. Modifi caes nas condies de operao da instalao (ampliaes, paragens, etc.) podem levar a situaes em que bombas anteriormente bem aplicadas passam a operar com efi cincia reduzida.

Bombas com sobredimensionamento desadequado. O sobredimensionamento exagerado provoca desperdcio de energia porque um maior caudal bombeado a uma presso superior exigida.

Medidas / Solues

Substituir bombas sobredimensionadas.As bombas sobredimensionadas so a maior fonte individual de desperdcio de energia em sistemas de bombagem. A sua substituio deve ser sempre avaliada em relao a outros mtodos possveis para reduzir a capacidade (p.ex., mudana de impulsores e uso de VEVs para o controlo de variao de velocidade.

Utilizar uma pequena bomba auxiliar de aumento de presso (booster).As necessidades energticas do sistema global podem ser reduzidas atravs do uso de uma bomba auxiliar que garanta um escoamento a alta presso para um determinado utilizador e que permita ao resto do sistema funcionar a uma presso mais baixa e a uma potncia reduzida.

Limpar ou modifi car o dimetro dos impulsores.Para corrigir o sobredimensionamento de bombas, a carga na suco pode ser reduzida 10 a 50 % atravs da limpeza ou alterao do dimetro do impulsor da bomba segundo as recomendaes indicadas pelo fabricante. A alterao do dimetro do impulsor para aumentar o rendimento do motor elctrico deve ser analisada caso a caso, tendo em ateno que esta alterao pode reduzir fortemente o rendimento hidrulico da bomba.

Repor as folgas internas.A capacidade e o rendimento da bomba diminuem medida que as fugas internas aumentam devido a folgas excessivas entre componentes desgastados da bomba, p.ex., voluta, impulsor, casquilhos da garganta, anis, manga de chumaceiras. Esta medida dever ser executada se o desempenho se alterar signifi cativamente.

Aplicar revestimentos na bomba.A aplicao de revestimentos na bomba, particularmente na voluta, reduzir as perdas por atrito.

De acordo com esta metodologia de optimizao possvel, para alm de outros resultados prticos, identifi car problemas operacionais e atribuir solues-tipo que sejam as mais ajustadas. Nas tabelas seguintes, e como potencial guia para os tcnicos que acompanham de forma mais directa estas questes, listam-se alguns dos problemas mais frequentes e um conjunto de medidas a implementar de modo a ultrapassar de forma efi ciente esses problemas.


32

Tabela 2.5/ Lista dos principais problemas associados ao controlo de sistemas de bombagem e lista de medidas a implementar para solucionar esses problemas.

Controlo

Problemas

Bombas com grandes variaes de caudal ou presso. Quando os escoamentos ou presses normais so menores que 75 % dos seus valores mximos, est a ser desperdiada energia. Este desperdcio energtico deve-se normalmente a um estrangulamento excessivo, a grandes caudais de desvio (by-pass) ou ao funcionamento de bombas desnecessrias.

O desvio caudal por by-pass, quer atravs de sistemas de controlo ou de orifcios de proteco de perdas de presso, constitui um desperdcio de energia.

Nos sistemas com mltiplas bombas, a energia habitualmente desperdiada por by-pass do caudal em excesso, operao de bombas desnecessrias, excesso de presso, ou por existir um grande aumento de caudal entre bombas.

Medidas / Solues

Desligar bombas desnecessrias.Esta medida bvia, mas frequentemente negligenciada, pode ser realizada aps uma reduo signifi cativa das necessidades da instalao a alimentar. Se so utilizadas bombas sobredimensionadas porque as necessidades de caudal variam, o nmero de bombas em funcionamento pode ser automaticamente controlado atravs da instalao de sensores de presso numa ou mais bombas.

Utilizar variadores elctronicos de velocidade nos motores elctricos das electrobombas.Os VEVs proporcionam as economias mximas ao ajustarem a velocidade da bomba em funo dos requisitos de caudal do sistema, tornando desnecessria a utilizao de vlvulas estranguladoras de caudal. No entanto, a instalao de VEVs implica um maior custo de investimento comparativamente com outros mtodos de controlo da capacidade.

Se o uso de VEVs for desaconselhvel, optimizar o estrangulamento do caudal na descarga.Embora o controlo de uma bomba centrfuga por estrangulamento conduza a um desperdcio energia, este desperdcio geralmente menor do que os observveis com a bombagem sem controlo ou com controlo por by-pass. Assim, em relao a casos extremos, o estrangulamento pode representar uma forma de economizar energia.

Utilizar vrias bombas em paralelo para funcionamento de acordo com as necessidades.A utilizao de vrias bombas em paralelo oferece uma alternativa ao controlo por by-pass, ao controlo por estrangulamento ou aos VEVs. Quando os sistemas com mltiplas bombas funcionam a baixo caudal, esta medida aumenta a economia energtica porque permite desligar uma ou mais bombas enquanto as restantes funcionam com um rendimento elevado.

Instalar contadores volumtricos e elctricos para monitorizar o desempenho do sistema.Com base em medies peridicas, deve ser feito um registo regular dos indicadores de desempenho do sistema. Este registo regular deve acompanhar adequadamente o funcionamento do sistema e, se necessrio, deve ser usado como informao de base para futuras melhorias no controlo.

A efi cincia total de um sistema de bombagem depende da efi cincia dos vrios componentes do sistema. Como se pode ver no exemplo da Fig. 2.9, para a mesma potncia de sada, o sistema inefi ciente absorve mais do dobro da potncia absorvida pelo sistema optimizado, realando a importncia da concepo de sistemas motorizados integrados [25].


33

Fig. 2.9/ Comparao de um sistema de bombagem convencional com um sistema de bombagem de alta efi cincia possuindo um VEV. Ambos os sistemas debitam a mesma potncia de sada. Figura adaptada de [25].

Efi cincias parciaisMotor standard: 90 %Acoplamento: 98 %Bomba: 77 %Vlvula reguladora: 66 %Tubagem: 69 %

Bomba

Bomba+ Efi c.

Sistema de bombagem convencional

Sistema de bombagem de alta efi cinciaEfi cincias parciaisVEV: 96 %Motor de alta efi cincia: 95 %Acoplamento melhorado: 99 %Bomba mais efi ciente: 88 %Tubagem com baixo atrito: 90 %

Efi cincia total: 31 %

Efi cincia total: 72 %

Potncia deentrada: 100

Potncia deentrada: 43

Potncia desada: 31

Potncia desada: 31

MAEVEV

Acoplamento

Acoplamentomais efi ciente

Tubagem combaixo atrito

Vlvulareguladorade caudal

Tubagem

Motorstandard

De acordo com o exemplo da Fig. 2.9, duas das principais medidas que transformam sistemas convencionais em sistemas de bombagem de alta efi cincia so: a aplicao de VEVs que permitem variar a velocidade de rotao dos motores elctricos e a substituio de bombas convencionais por bombas mais efi cientes.

Note-se que, apesar da inexistncia de um esquema de rotulagem de efi cincia para bombas (similar ao esquema CEMEP-CE para motores elctricos), existem grandes diferenas de rendimento hidrulico (efi cincia) entre as bombas convencionais e as bombas de alto rendimento disponveis comercialmente. Em algumas circunstncias, esta diferena de rendimento hidrulico pode mesmo ultrapassar os 10 %. Note-se que o exemplo da Fig. 2.9 mostra uma diferena de 11 % entre os rendimentos hidrulicos de uma bomba convencional (77 %) e de uma bomba de alto rendimento (88 %).

Independentemente do tipo e nmero de medidas que seja necessrio implementar, a medida que, partida, possibilita as maiores oportunidades de poupana energtica aquela que, atravs da aplicao de VEVs, converte os grupos electrobomba de velocidade constante em grupos electrobomba de velocidade varivel.

Devido sua importncia, e com o intuito de poder dar um contributo mais especializado aos tcnicos cuja actividade est mais ligada a estas questes, apresenta-se o tpico seguinte em que dada especial ateno a esta medida.

Converso de grupos electrobomba de velocidade constante em grupos electrobomba de velocidade varivel atravs da aplicao de VEVs

Em alguns sistemas de bombagem podem ser alcanadas economias de energia acima de 50 % simplesmente com a aplicao de variadores electrnicos de velocidade nos motores elctricos das electrobombas. Tendo em conta que actualmente cerca de 80 % das electrobombas aplicadas em todo o mundo so unidades de velocidade constante, o potencial de poupana de energia desta medida tem um valor extremamente elevado.


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Curvas de resistncia do sistema

Fig. 2.10/ Potncias relativas de entrada para vrios mtodos de controlo do caudal de uma bomba centrfuga.

Potncia relativade entrada (%)

P1 - Controlo por estrangulamento

P2 - Controlo e velocidade com perdas no VEV

P3 - Controlo de velocidade sem perdas no VEV (controlo ideial)

Caudal relativo (%)

P1

P2

P3

100

80

60

40

20

00 40 60 80 100

Fig. 2.11/ Comparao entre o controlo de caudal por estrangulamento e o controlo de caudal por variao da velocidade de rotao da bomba (atravs de um VEV).

A Fig. 2.10 apresenta a variao de potncia elctrica necessria para controlar o caudal de uma bomba. Usando uma vlvula convencional (controlo por estrangulamento), verifi ca-se que reduzindo o caudal, a potncia absorvida pouco decresce. Se, pelo contrrio, a reduo do caudal conseguida atravs da reduo de velocidade da bomba, ento a potncia absorvida decresce fortemente. Assim, a Fig. 2.10 apresenta de forma grfi ca a potencial reduo energtica decorrente da aplicao do controlo de velocidade atravs de um VEV.

ainda de salientar que, no caso das bombas, existe uma relao do tipo aproximadamente cbico entre a velocidade de rotao e a potncia mecnica absorvida, enquanto o caudal aproximadamente proporcional velocidade de rotao. Destas relaes, infere-se que reduzindo, por exemplo, o caudal em 20 %, o consumo de energia elctrica pode ser reduzido para metade.

A Fig. 2.11 tambm permite visualizar a comparao entre regimes de regulao de caudal por estrangulamento e por velocidade regulvel da bomba. A gama referida de variao de caudal situa-se entre Q1 e Q2. Para uma velocidade constante da bomba, N1, a vlvula de estrangulamento far deslocar o ponto de funcionamento entre A e B. Se a velocidade variar entre N1 e N2, o ponto de funcionamento deslocar-se- entre B e C para as mesmas variaes de caudal. No s esta linha corresponde a um conjunto de pontos de maior rendimento como tambm corresponde a produtos menores de H por Q e, portanto, a um menor consumo de energia.

Controlo por estrangulamento

Controlo de velocidade

Curvas de funcionamento da bomba


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Fig. 2.12/ Dois modos de operao diferentes em que as mesmas bombas em paralelo debitam um caudal total igual. Caso A: bombas a operarem em ciclos on/off; e caso B: bombas com variao de velocidade (VEV acoplado). Figura adaptada de [25].

Refi ra-se ainda que em muitas aplicaes de bombagem, onde so utilizadas vrias bombas em paralelo para produzir o caudal requerido, a substituio do tradicional ciclo on/off pela operao contnua de todas as bombas com velocidade varivel (atravs da utilizao de VEVs) leva a economias de energia elctrica signifi cativas [25]. Esta situao encontra-se exemplifi cada na Fig. 2.12 e especialmente indicada para sistemas onde a altura manomtrica a vencer no um factor importante.

Outras vantagens da operao contnua com variao de velocidade so [25]:

Eliminao dos arranques bruscos tpicos dos ciclos on/off; Controlo do efeito de golpe de arete que degrada as tubagens, atravs de aceleraes e desaceleraes

controladas.

2.1.1.4 Sistemas de ventilao

A principal funo de um ventilador movimentar grandes volumes de ar ou gases a presses que sejam sufi cientes para suplantar a resistncia dos sistemas aos quais esto agregados. Para reduzir a energia utilizada em ventiladores necessrio ter uma compreenso bsica de como os sistemas de ventilao funcionam.

Os principais factores e consideraes a ter em conta para garantir que um sistema de ventilao efi ciente em termos de desempenho e consumo de energia so: Seleccionar o tipo adequado de motor para o ventilador; Determinar a velocidade do ar como parte do projecto de dimensionamento; Minimizar a perda de presso atravs da tubagem de distribuio; Seleccionar o ventilador mais adequado para a aplicao particular em questo; Efectuar uma instalao correcta; Efectuar uma manuteno regular; Efectuar uma reviso anual.

No que concerne aos motores elctricos dos ventiladores, devem ser aplicadas o mesmo tipo de medidas de economia energtica j referidas no tpico 2.1.1.2.

Tal como nos sistemas de bombagem, a instalao de VEVs em sistemas de ventilao a medida que, partida, leva a maiores redues energticas (mesmo em motores j a operar perto da sua carga ptima). Nos sistemas convencionais so gastas grandes quantidades de energia sempre que se utilizam vlvulas ou dispositivos similares para regular o caudal de ar.

1) 50 Hz; Potncia: 100 %2) Desligada; Potncia: 0 %Potncia necessria total: 100 %

Mesmo caudal

1) 25 Hz; Potncia: 12,5 %2) 25 Hz; Potncia: 12,5 %Potncia necessria total: 25 %

(A) (B)


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Fig. 2.13/ Exemplo da aplicao de VEVs a um sistema de ventilao: chiller com ventiladores e com a bomba de recirculao de fl uido refrigerante acoplados a VEVs. Figura adaptada de [25].

Ventiladores

Bomba(s) derecirculao

Entrada do fl uido refrigerante

Sada do fl uido refrigerante

Sensor detemperatura

ambiente

Sensor detemperatura

VEVVEV

Chiller

A Fig. 2.13 apresenta o exemplo de um chiller onde a instalao de VEVs permite controlar a velocidade da bomba e a velocidade do ventilador, com base na temperatura ambiente e na temperatura de sada do fl uido refrigerante, respectivamente. O resultado que comparativamente com a operao baseada em ciclos on/off; este sistema no s permite um controlo mais estvel da temperatura do espao refrigerado como tambm leva a poupanas de electricidade que tipicamente atingem os 25 - 50 % [25].

2.1.1.5 Sistemas de compresso de ar

O ar comprimido uma forma verstil, fl exvel e segura de transmitir energia. Quase todas as instalaes industriais a utilizam. De facto, mais de 10 % da energia elctrica consumida numa indstria utilizada em ar comprimido. Contudo, perto de 20 % desta energia perdida devido a fugas de ar, m utilizao do ar comprimido ou negligncia da manuteno. Para alm das medidas de economia de energia relacionadas com os sistemas de fora motriz, a optimizao energtica dos sistemas de ar comprimido dever passar por intervenes nas seguintes reas principais:

Produo e tratamento do ar comprimido; Redes de distribuio de ar comprimido; Dispositivos de utilizao fi nal; Projecto e operao do sistema global.

Em termos mais especfi cos e relativamente s trs primeiras reas, as principais medidas a considerar com vista ao aumento da efi cincia energtica dos sistemas de ar comprimido so apresentadas na seguinte listagem:

Produo de ar comprimido

Optimizao da utilizao do sistema: ajuste dos controlos e regulao da presso, desligar quando no utilizado;

Optimizao do nvel de presso do ar comprimido do sistema em funo as necessidades dos dispositivos de utilizao fi nal;

Reduo da temperatura do ar de admisso, mantendo uma ptima fi ltragem na tomada de ar; Melhoramento do sistema de controlo do compressor; Optimizao das mudanas de fi ltros (em funo da queda de presso); Filtrao e secagem do ar at aos requisitos mnimos do sistema (possivelmente mediante instalao

de fi ltros/secadores pontuais para necessidades especfi cas);


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Recuperao e utilizao do calor desperdiado atravs dos sistemas de arrefecimento dos compressores;

Aumento da capacidade do reservatrio principal de ar comprimido; Utilizao de variadores electrnicos de velocidade; Possvel utilizao de um sistema de mltiplas presses, com a utilizao de sobrepressores (boosters

para aumentar a presso em determinados locais; Substituio dos motores elctricos convencionais avariados ou em fi m de vida por motores de alto

rendimento; Substituio de compressores exageradamente sobredimensionados por outros com menores

consumos especfi cos de energia e ajustados s necessidades do sistema;

Rede de distribuio de ar comprimido

Instituio de um programa regular para a verifi cao de fugas de ar comprimido; Reduo de fugas com a utilizao de adaptadores de fugas reduzidas, unies rpidas de elevada

qualidade, etc. ; Diviso do sistema em zonas, com reguladores de presso apropriados ou vlvulas de corte. Fecho

de linhas que esto fora de servio; Utilizao de purgas de condensados do tipo sem perdas de ar; Dimensionar adequadamente as capacidades de armazenamento (permitindo que os compressores

funcionem com um rendimento optimizado e evitando arranques e paragens bruscas); Instalao de reservatrios suplementares de ar comprimido prximos de cargas variveis; Diminuir a extenso da rede e criar rede em anel; Optimizar o dimetro da tubagem; Limitar o nmero de cotovelos, de mudanas de direco e de mudanas de seco.

Dispositivos de utilizao fi nal

Eliminao de utilizaes no apropriadas de ar comprimido; Reparao ou substituio de equipamentos com fugas de ar comprimido; Desligar o ar comprimido quando o dispositivo no est em operao; Verifi cao (e optimizao) da necessidade de dispositivos especfi cos de regulao de presso, fi ltros

e secadores; Para limpeza, usar preferencialmente aspiradores elctricos. Estes consomem menos energia que

os aparelhos insufl adores de ar (bicos de sopro ou pistolas de ar).

A avaliao de cada uma das medidas acabadas de referenciar dever ter em conta a respectiva aplicabilidade e rentabilidade, tendo em conta no apenas o custo do investimento necessrio e as economias de energia anuais, mas tambm outras eventuais alteraes nos custos anuais de operao e manuteno do(s) sistema(s) de ar comprimido em questo. Qualquer uma das medidas/solues energeticamente efi cientes passveis de implementao devero igualmente permitir a manuteno ou melhoria da fi abilidade e da qualidade do servio do(s) sistema(s) em causa.

Em termos energticos, o rendimento global de um sistema de ar comprimido depende dos rendimentos individuais dos vrios componentes que o compem e das interdependncias existentes entre esses componentes. O potencial global de economia de energia associado a um sistema de ar comprimido , normalmente, em mdia, da ordem dos 30 %, ainda que cada medida possa conduzir a economias distintas e variveis de instalao para instalao.


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Tabela 2.6/ Valores tpicos de economia de energia associados a vrias medidas. Tabela retirada e adaptada de [32].

Medidas de economia de energia% de

aplicao (1)

% de economia

(2)

Contribuio potencial (%)

(3)

Instalao ou renovao do sistemaMelhoria dos accionamentos (substituio de motores convencionais por motores de alto rendimento). 25 2 0,5

Utilizao de variadores electrnicos de velocidade. 25 15 3,8

Melhoria do compressor. 30 7 2,1

Utilizao de sistemas de controlo sofi sticados e precisos. 20 12 2,4

Recuperao de calor para outras utilizaes. 20 20 4,0

Melhoria dos sistemas de arrefecimento, secagem e fi ltragem. 10 5 0,5

Concepo geral do sistema, incluindo sistemas de multipresso. 50 9 4,5

Reduo de perdas de carga. 50 3 1,5

Optimizao de dispositivos de utilizao fi nal, consumidores de ar comprimido. 5 40 2,0

Operao e manuteno do sistemaReduo de fugas de ar comprimido. 80 20 16,0

Maior frequncia na substituio de fi ltros. 40 2 0,8

TOTAL 38,1Legenda:

(1) % de sistemas em que a medida aplicvel e vivel economicamente(2) % de economia do consumo energtico anual.(3) Contribuio potencial (%) = Aplicao (%) x Economia (%)

Obviamente cada instalao um caso, mas todas as medidas passveis de implementao referidas anteriormente so exequveis tecnicamente e viveis sob o ponto de vista econmico (com tempos de retorno do investimento inferiores a 3 anos) para um conjunto variado de aplicaes. No entanto, de entre todas as medidas referenciadas, as mais importantes so:

Reduo de fugas de ar comprimido; Melhor concepo do sistema; Utilizao de variadores electrnicos de velocidade (VEVs); Recuperao de calor.

A tabela seguinte resume a contribuio potencial, em termos de economias de energia, de algumas das principais medidas tcnicas referenciadas [32].

As economias de energia so mais facilmente conseguidas a partir de uma correcta concepo (na fase de projecto) dos sistemas e, portanto, aquando da instalao de um sistema novo. No entanto, tambm so possveis economias signifi cativas aquando da substituio dos principais componentes dum sistema j existente. Alm disso, aces relacionadas com a operao e manuteno, nomeadamente a manuteno regular de fi ltros e a deteco de fugas de ar comprimido, podem ser introduzidas em qualquer momento do ciclo de vida de um sistema de ar comprimido [32].

De seguida so apresentados dados mais detalhados sobre algumas das medidas / solues tecnolgicas referenciadas anteriormente, cuja aplicao a sistemas de ar comprimido pode, em muitos casos, levar a redues energticas considerveis.


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Optimizao da presso do ar comprimido

Na indstria prtica corrente produzir ar comprimido a presso elevada e depois expandi-lo at presso desejada, com grandes perdas neste procedimento. A soluo mais energeticamente favorvel a produo de ar comprimido presso mnima requerida (p.ex., a reduo de presso do compressor de 8,2 bar para 6,9 bar permite ganhos energticos de 9,1 % na potncia de compresso).

Como regra de base, pode afi rmar-se que para uma reduo de 1 bar na presso de trabalho da rede, a reduo em energia elctrica associada pode atingir os 6 %. Estas economias energticas so conseguidas com a ajuda de sistemas de controlo apropriados, p.ex., controladores baseados em computadores industriais.

A utilizao de controladores baseados em computadores industriais frequente em sistemas modernos de produo e tratamento de ar comprimido. Estes sistemas podem ser utilizados apenas no controlo do compressor ou no controlo global dum sistema completo de ar comprimido. Com tais sistemas de controlo, a presso mxima de trabalho pode ser reduzida, os compressores so melhor utilizados, as perdas de potncia so signifi cativamente reduzidas, conseguido um controlo efectivo dos custos e a anlise dos mesmos pode ser feita com uma presso constante.

Em vez de se utilizar um controlo em cascata, os sistemas modernos, ao efectuarem um controlo de banda de presso, podem controlar at 16 compressores com uma variao de presso de 0,1 bar. No passado, o controlo de sistemas de ar comprimido necessitava de uma diferena de presso de 3 ou 4 bar, o que resultava numa presso de trabalho signifi cativamente alta.

A simples reduo da presso do sistema atravs de controladores modernos tambm tem outra vantagem: a diminuio das perdas causadas por fugas no sistema de distribuio do ar comprimido, sem que tal esteja associado a qualquer reparao.

Recuperao e utilizao do calor desperdiado produzido pelos compressores

Em operao, os compressores geram calor, o qual pode, em muitas circunstncias, ser recuperado e utilizado noutras aplicaes. Dado que este calor se encontra disponvel de uma forma gratuita e que os sistemas de recuperao de calor disponveis hoje em dia so diversos, o potencial de recuperao desta energia trmica e a escolha do sistema de recuperao dependem dos seguintes factores:

Tipo de compressor: blindado ou no, alternativo ou de parafuso, volumtrico ou dinmico; Tipo, caudal e temperatura do fl uido de arrefecimento do compressor (gua, ar ou leo); Existncia, a curta distncia e no mesmo instante, de reas a aquecer, caldeiras ou outros

equipamentos consumidores de energia trmica; Tempo de funcionamento e factor de carga do compressor.

Os sistemas clssicos de recuperao baseiam-se essencialmente no aquecimento de ambientes confi nados prximos, atravs de condutas de ar quente (proveniente do arrefecimento do compressor) e, eventualmente, recorrendo a ventiladores de baixa presso para compensar o aumento das perdas de carga adicionais introduzidas pelas condutas. As vantagens destas instalaes residem na sua simplicidade e baixo custo, mas no permitem a acumulao da energia recuperada e tm carcter sazonal.


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Fig. 2.14/ Exemplo da aplicao de um VEV a um compressor de ar. Figura adaptada de [25].

Actualmente, existem novos sistemas de recuperao de calor que fornecem gua quente a temperaturas de 80 - 90 C e que se encontram disponveis tanto em compressores de parafuso com injeco de leo, como em compressores arrefecidos por gua. Nos primeiros, o leo de arrefecimento desviado, total ou parcialmente, do radiador normal para passar num permutador leo/gua que aquece a gua at dois nveis trmicos escolha, situados prximo dos 70 ou 80 C. Cerca de 94 % da energia elctrica consumida por este tipo de compressores pode assim ser recuperada e usada como fonte de aquecimento. Quanto aos compressores de parafuso isentos de leo e arrefecidos por gua em circuito fechado, estes permitem o fornecimento de gua quente entre 90 e 95 C, recuperando-se entre 85 e 90 % da energia consumida no seu accionamento.

A recuperao do calor produzido pelos compressores uma operao cuja viabilidade econmica depende do custo e disponibilidade do equipamento necessrio (permutadores de calor, tubagens, reguladores, backup de fonte de calor, etc.) e da comparao com solues alternativas [32].

Utilizao de variadores electrnicos de velocidade

O modo de funcionamento em carga-vazio no tira partido da operao em modo contnuo dos compressores. A utilizao de VEVs ajusta a velocidade do compressor em funo das exigncias de presso do sistema em determinado momento, permitindo inclusivamente desligar o compressor nas ocasies em que este no est a ser utilizado.

A integrao de VEVs em sistemas de ar comprimido pode revelar-se bastante vivel sob o ponto de vista econmico em situaes de carga varivel, o que acontece em cerca de um quarto das instalaes existentes. Ainda assim, natural que a instalao de VEVs se limite venda de novos compressores, j que a adaptao de compressores j instalados coloca normalmente vrios problemas tcnicos [32].

A Fig. 2.14 apresenta um exemplo da aplicao desta tecnologia em sistemas de compresso. Entre as vantagens da utilizao de VEVs encontram-se [11]:

Reduo de fugas (diminuio nas oscilaes bruscas de presso associadas ao modo de funcionamento em carga/vazio);

Maior durabilidade do compressor.

No caso de instalaes de multicompressores, o VEV dever ser integrado apenas num dos compressores, e preferencialmente ligado a algum sistema de controlo sofi sticado que no s varie a velocidade do compressor, como tambm permita arrancar/parar os restantes compressores de velocidade constante, ajustando dessa forma o caudal s necessidades do sistema [32].


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(3) Vulgarmente conhecida como produo combinada de calor e electricidade.

Melhoramento do sistema de controlo de funcionamento em carga/vazio

No sistema de controlo funcionamento em carga/vazio, um compressor pode passar bastante tempo em vazio, estando em funcionamento sem gerar presso til para o sistema. H que ter presente que um compressor a funcionar em vazio, embora dependendo do tipo de compressor e do sistema de accionamento, poder consumir cerca de 20 % da energia a plena carga. Nestes casos, a optimizao passa pela utilizao de compressores pouco sobredimensionados, ou por uma srie de compressores mais pequenos de modo a que seja possvel desligar alguns quando as necessidades energticas so menores.

De facto, para a optimizao do controlo de funcionamento em carga/vazio, a seleco adequada dos compressores a questo mais importante. As centrais de ar comprimido modernas no so constitudas por compressores de igual capacidade; a utilizao de compressores de diferentes capacidades, uns para trabalho em carga e outros para trabalho em picos, tem vindo a demonstrar maior efi cincia.

Para alm disso, o outro factor crucial para um funcionament

eficiência energética na indústria

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