estudo de redução do consumo específico de energia elétrica de uma moagem de cimento

8/19/2019 Estudo de Redução Do Consumo Específico de Energia Elétrica de Uma Moagem de Cimento

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CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ROMEU MAJUSTE

ESTUDO DE REDUÇÃO DO CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGIA ELÉTRICADE UMA MOAGEM DE CIMENTO

Coronel Fabriiano!"#$


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CENTRO UNI%ERSIT&RIO DO LESTE DE MINAS GERAIS

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ROMEU MAJUSTE


Monografia apresentada ao curso degraduação em Engenharia Elétrica doCentro Universitário do Leste de Minas

Gerais, como requisito parcial para aotenção do grau de !acharel emEngenharia Elétrica"

#rientador$ %rof" Esp" Elié&er 'urtado de#liveira"

Coronel 'ariciano()*+


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CENTRO UNI%ERSIT&RIO DO LESTE DE MINAS GERAISCURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ROMEU MAJUSTE


Monografia sumetida a !ancaEaminadora designada pelo Conselho deCurso de Graduação Engenharia Elétricado Centro Universitário do Leste de Minas

Gerais, como requisito parcial para aotenção do grau de !acharel emEngenharia Elétrica"

-provada em$ ..... de ............. de ()*+"

por$

.................................................. #rientador$ %rof" Esp" Elié&er 'urtado de #liveira

.................................................. %rofessor convidado

.................................................. %rofessor convidado


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/edico este traalho a minha fam0lia que sempreme apoiou na reali&ação dos meus estudos" - minha esposa 'ranciane, pela paci1ncia ecompreensão que teve comigo, e -os meus filhos 'elipe e -na Carolina pelaminha aus1ncia no acompanhamento do passar

de suas vidas"


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AGRADECIMENTOS

-gradeço primeiramente a /eus"

- minha fam0lia pela compreensão e apoio nesta 2ornada3 e

- empresa por permitir a reali&ação dos estudos e traalhos"


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RESUMO

Este traalho tem por o2etivo apresentar a avaliação e os resultados das aç4esimplantadas com o o2etivo de redução de consumo e gastos com energia elétricano setor de moagem em uma ind5stria cimenteira, situada no munic0pio de 6antanado %ara0so, Minas Gerais" - análise do consumo de energia elétrica especifica dafase de moagem de cimento e o estudo de viailidade técnica de implantação deinversores de frequ1ncia para os ventiladores permitiram concluir que a opção deinstalação de inversores de frequ1ncia é economicamente viável para todos os filtrosde mangas da empresa e que o melhor 0ndice de grau de enchimento de cargamoedora para o moinho de cimento situa7se na faia dos (8 9:;"

Pala'ra()*a'e+ Consumo de Energia Elétrica"


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A,STRACT

=his >or? aims to present the evaluation and outcomes of actions implemented inorder to reduce consumption and energ@ epenses in the milling industr@ in a cementindustr@, in the municipalit@ of 6antana do %ara0so, Minas Gerais" =he anal@sis of energ@ consumption specifies the phase of cement grinding and technical feasiilit@stud@ for implementation of frequenc@ inverters for fans concluded that the option of installation of frequenc@ inverters is economicall@ viale for all faric filters compan@and that the est inde of the degree of filling of grinding load to the cement mill liesin the range of (8 9:;"

-e./or0($ Electricit@ Consumption" 'requenc@


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LISTA DE ILUSTRAÇ1ES

'igura * 7 Crescimento do consumo em 9:; ()**A()*)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*B

'igura ( 7 =ringulo de pot1ncia"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""(8

'igura D 7 Consumo de energia elétrica no setor industrial""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""D

'igura + 7 6elo %rocel do %rograma Facional de Conservação de Energia Elétrica" DB

'igura 7 Evolução do rendimento dos motores elétricos ao longo dos anos"""""""""""++

'igura 7 Curvas do motor de alto rendimento standard""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""+

'igura B 7 Estrutura de um motor de alto rendimento"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""+

'igura 8 7 Gráfico de tipos de cargas""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*'igura H 7 Gráfico de economia de energia com inversor"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""D

'igura *) 7 #peração por ciclos""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""+

'igura ** 7 #peração com controle por %


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'igura D) 7 Consumo dos motores do moinho de cimento"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""8B

'igura D* 7 Consumo dos motores do moinho de cimento"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""8B

'igura D( 7 Curva de torqueconcentração""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""8H

'igura DD 7


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LISTA DE TA,ELAS

=aela * 7 elocidades 60ncronas"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""DH

=aela ( 7 antagens e desvantagens do moinho de olas"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""8

=aela D 7 Jesultados de economia gerada"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""HH

=aela + 7 -nálise do retorno pelo modelo de pa@ac? simples""""""""""""""""""""""""""""""*))

=aela 7 Especificaç4es técnicas"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*)D

=aela 7 /emandas máimas anuais"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*)+

=aela B 7


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LISTA DE SIGLAS

-FEEL 7 -g1ncia Facional de Energia Elétrica

E 7 Energia Elétrica

E%E 7 Empresa de %esquisa Energética

'C 7 'ator de Carga

'/J 7 'aturamento de /emanda Jeativa

'EJ 7 'aturamento de Energia Jeativa e

%!E 7 %rograma !rasileiro de Etiquetagem

%C% 7 %lane2amento e %rogramação de %rodução%FEf 7 %lano Facional de Efici1ncia Energética

%# 7 %lano #peracional

%J#CEL 7 %rograma Facional de Conservação de Energia Elétrica


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SUM&RIO

# INTRODUÇÃO222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222#$

*"* =EM-"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*

*"( %J#!LEM-""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""*

*"D #!NE=

D"( LE-F=-MEF=# /E / -/#6""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""B

D"D


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D" =J-=-MEF=# /#6 / -/#6""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""H

D" CU


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# INTRODUÇÃO

# desafio permanente das fáricas de cimento consiste no controle efetivo

dos custos produtivos diretos e indiretos e no aumento da sua produtividade, o

elevado consumo de energia elétrica caracter0stico do processo de moagem que fa&

parte de uma das etapas do processo produtivo está entre os grandes desafios"

# consumo de energia dos moinhos de olas é relativamente alto, pois serve

para girar e levantar a carga de olas, e parte dessa energia é desperdiçada com o

choque entre esses corpos moedores, implicando no aproveitamento de cerca de D)

9:; da energia total para a fragmentação, e resulta um desperd0cio de B) 9:; dototal" - energia gasta na moagem das part0culas é uma parcela pequena da energia

total consumida, pois, no caso do moinho de olas, parte da pot1ncia é utili&ada

para erguer o material a ser mo0do e a carga moedora e a outra parte, para manter o

equipamento girando" # desempenho de um moinho é caracteri&ado pelo seu

consumo de energia"

/iante do consumo de energia elétrica espec0fica 9?KhAt; na fase da moagem

de cimento, de uma empresa cimenteira locali&ada na cidade de 6antana do%ara0so7MG, estar acima da meta estaelecida no plano operacional 9%#; de B

9?KhAt; nos anos de ()** e ()*(, foi reali&ado um estudo analisando dados

histricos de ()*), ()** e até agosto de ()*(, avaliando a correlação de produção

final de cimento, produtividade do moinho, consumo de energia e consequentemente

a energia espec0fica do cimento"

#s dados utili&ados para estudo foram coletados da planilha do #EE no 6-%

da empresa em estudo, do sistema supervisrio da moagem de cimento, do sistemade gerenciamento de demanda CCI e de coletas de consumo de energia elétrica

utili&ando o analisador de energia modelo JE)))A!AFASA= da empresa Emrasul"

- divisão da energia elétrica da fárica está asicamente distriu0da entre os

setores de moagem, forno de secagem de escria e ensacamento" Fão eiste

atualmente um sistema de medição on7line com consumo de energia de cada

cadeia, este processo é reali&ado manualmente pelos operadores em planilha

espec0fica, que visuali&am os consumos de cada um dos cinco medidores

?ilo>at0metros eistentes"


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# responsável pelo plane2amento e programação de produção 9%C%; da

unidade faril de posse desses valores referentes ao dia anterior, fa& o rateio do

consumo de energia elétrica para as tr1s grandes áreas, devido não eistir

medidores dedicados a cada uma delas" - partir desses resultados é composto o

valor diário de consumo de energia elétrica por tonelada de cimento produ&ida"

# consumo espec0fico de energia elétrica 9E;, epresso em 9?KhAt;, que

representa o consumo l0quido de energia 9?Kh; por cada tonelada de alimentação

nova processada, o equivalente X pot1ncia demandada 9?K; por tAh processada"

#2# Te:a

Estudo de redução do consumo espec0fico de energia elétrica de uma

moagem de cimento"

#2! Proble:a

Como redu&ir o consumo de energia elétrica espec0fica 9?KhAt; na fase da

moagem de cimento uma empresa cimenteira locali&ada na cidade de 6antana do

%ara0so7MG, para alcançar a meta estaelecida no plano operacional 9%#;Y

#24 Ob;e


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1.3.2 Específicos

− Coletar dados de consumo de energia elétrica e das variáveis que envolvem o

processo de moagem e faricação de cimento3

− Estudar as correlaç4es de consumo de energia elétrica com os parmetros de

faricação de cimento3

− %ropor aç4es de melhorias no processo de faricação e no sistema de medição

de energia"

#2$ J=(ia


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! RE%ISÃO DE LITERATURA

!2# E>ii?nia ener@


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# gerenciamento da conta de energia elétrica de uma ind5stria tem um peso

muito importante no custo final de um produto e representa um dos fatores que eleva

o preço dos produtos levados ao mercado, gerenciar este custo principalmente nos

per0odos de crise de aastecimento de energia elétrica no qual eiste a possiilidade

de racionamentos, desaastecimento e alta nos preços da tarifa de energia é um

grande desafio para empresários e engenheiros" E neste cenário que no ano de

())*, que o termo [efici1ncia energética\ passou a ser valori&ado e adquiriu grande

importncia entre os consumidores"

# termo efici1ncia energética é dado a todo programa que tem como principal

o2etivo o de comate ao desperd0cio e promover a inovação e atuali&ação

tecnolgica de equipamentos e processos"%ara Capelli 9()**;

- efici1ncia energética é uma filosofia de traalho que visa otimi&ar autili&ação da energia elétrica por meio de orientaç4es, direcionamentos,aç4es e controle dos recursos humanos, materiais e econ]micos, redu&indoos 0ndices gloais e espec0ficos da quantidade de energia necessária para aotenção do mesmo resultado ou produto"

#s pro2etos que resultam em economia direta de energia elétrica para o

consumidor, com aç4es de comate ao desperd0cio de energia elétrica,

moderni&ação de instalaç4es e processos e que são pass0veis de verificação, aps a

eecução do pro2eto, por meio de indicadores de intensidade energética ou de

medição direta, que permitam constatar a redução da demanda eAou do consumo de

energia, são denominados pro2etos de efici1ncia energética 9C#%EF EFEJG


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material didático para difusão de temas relacionados X efici1ncia energética"

-tualmente o programa usca a cooperação técnica com as principais associaç4es

industriais e comerciais do pa0s com o o2etivo de implementar aç4es de efici1ncia

energética, participa da Comissão de Estudos para elaoração da fam0lia de normas

técnicas


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ar comprimido, de refrigeração e climati&ação apresentam uma grande oportunidade

de economia de energia elétrica"

Conceitos e definiç4es de consumo e demanda são importantes de serem

conhecidos para melhor entendimento das regras e dos diversos fatores que

influenciam no valor da fatura de energia elétrica, permitindo assim uscar

alternativas e oportunidade de redução de custos associados ao faturamento de

energia elétrica"

# diagnstico das instalaç4es levando em consideração itens como fator de

carga, fator de pot1ncia, rendimento dos equipamentos, sore dimensionamentos e

qualidade de energia" 6erve de sus0dio para elaoração de planos e X implantação

de medidas de comate ao desperd0cio de energia e de promoção de seu usoeficiente"

2.1.3 Tarifação da energia elétrica

# Manual de =arifação de Energia Elétrica 9%J#CEL, ()**; apresenta noç4esásicas sore as formas de tarifação, estando calcado na Jesolução + da -g1ncia

Facional de Energia Elétrica 7 -FEEL, pulicada no /iário #ficial em (H de

novemro de ())) 9-FEEL, ()*(;"

- compreensão da forma como é corada a energia elétrica e como são

calculados os valores apresentados nas faturas de energia elétrica, emitidas

mensalmente pelas concessionárias de energia elétrica, é fundamental para a

tomada de decisão em relação a pro2etos de efici1ncia energética" -través da análise, por um per0odo de no m0nimo vinte e quatro meses, das

informaç4es de consumo 9?Kh; e demanda 9?K; 9a informação está dispon0vel

somente para clientes que fa&em uso da tarifa in]mia;, contidas nas faturas de

energia elétrica, é poss0vel estudar a relação entre háitos e consumo de uma dada

instalação$ comercial, residencial ou industrial"

# resultado otido neste estudo é importante tamém para verificar se a

relação contratual entre o cliente e a empresa concessionária está adequada e oter

uma ase de dados para comparação futura do consumo de energia elétrica"


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21

!2#242# De>inie( e oneiatts 9?K;"

− Ener@ia el


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22

− Fa


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23

Grupo !, que tem tarifa mon]mia" # agrupamento é definido, principalmente, em

função do n0vel de tensão em que são atendidos e tamém, como consequ1ncia, em

função da demanda 9?K;"

-s unidades consumidoras atendidas em tensão aaio de ("D)) volts são

classificadas no Grupo ! 9aia tensão;" Em geral, estão nesta classe as

resid1ncias, lo2as, ag1ncias ancárias, pequenas oficinas, edif0cios residenciais,

grande parte dos edif0cios comerciais e a maioria dos prédios p5licos federais, uma

ve& que, na sua maioria são atendidos nas tens4es de *(B ou (() volts"

# grupo ! é dividido em sugrupos, de acordo com a atividade do

consumidor, conforme apresentados a seguir$

− S=b@r=o ,# ) residencial e residencial aia renda3

− S=b@r=o ,! ) rural e cooperativa de eletrificação rural3

− S=b@r=o ,4 ) demais classes3

− S=b@r=o ,$ ) iluminação p5lica"

#s consumidores atendidos em alta tensão, acima de (D)) volts, como

ind5strias, shopping centers e alguns edif0cios comerciais, são classificados no

grupo -"

Esse grupo é sudividido de acordo com a tensão de atendimento, como

mostrado a seguir"

S=b@r=o A# para o n0vel de tensão de (D) 9?; ou mais3

S=b@r=o A! para o n0vel de tensão de 88 a *D8 9?;3

S=b@r=o A4 para o n0vel de tensão de H 9?;3

S=b@r=o A4a para o n0vel de tensão de D) a ++ 9?;3

S=b@r=o A$ para o n0vel de tensão de (,D a ( 9?;3

S=b@r=o AS para sistema suterrneo"

#s poucos prédios p5licos classificados no grupo -, em geral estão no

sugrupo -+"


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#s consumidores atendidos por redes elétricas suterrneas são

classificados no grupo -, sugrupo -6, mesmo que atendidos em tensão aaio de

("D)) volts 9aia tensão;" %ara fa&er uso deste enef0cio é necessário que a

unidade consumidora este2a locali&ada em área servida por sistema suterrneo ou

previsto para ser atendido pelo referido sistema, de acordo com o programa de

oras da concessionária e que possa ser atendido um dos seguintes requisitos$

a; erificação de consumo de energia elétrica ativa mensal igual ou superior a D)

9MKh; em, no m0nimo, D 9tr1s; ciclos completos e consecutivos nos seis meses

anteriores a opção3 ou,

; Celeração de contrato de fornecimento fiando demanda contratada igual ousuperior a *) 9?K;"

!2#2424 E(


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inferior a D)) 9?K;, desde que não tenham ocorrido, nos ** meses anteriores, D

9tr1s; registros consecutivos ou 9seis; registros alternados de demanda superior a

D)) 9?K;"

- fatura de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de

parcelas referentes ao consumo, demanda e, caso eista, demanda de

ultrapassagem"

- parcela de consumo é calculada multiplicando7se o consumo medido pela

=arifa de Consumo$

%consumo _ =arifa de Consumo Consumo Medido

- parcela de demanda é calculada multiplicando7se a =arifa de /emanda pela

/emanda Contratada ou pela demanda medida 9a maior delas;, caso esta não

ultrapasse em *) 9:; a /emanda Contratada$

%demanda _ =arifa de /emanda /emanda Contratada

- parcela de ultrapassagem é corada apenas quando a demanda medida

ultrapassa em mais de *) 9:; a /emanda Contratada" Calcula7se multiplicando a

=arifa de Ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a /emanda

Contratada$

%ultrapassagem _ =arifa de Ultrapassagem 9/emanda Medida 7 /emanda Contratada;

Fa Estrutura =arifária Convencional, a =arifa de Ultrapassagem corresponde a

tr1s ve&es a =arifa de /emanda"

b E(


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- fatura de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de

parcelas referentes ao consumo 9na ponta e fora dela;, demanda e ultrapassagem"

- parcela de consumo é calculada através da epressão aaio, oservando7

se, nas tarifas, o per0odo do ano$

%consumo _ =arifa de Consumo na ponta Consumo Medido na %onta ` =arifa de Consumo

fora de %onta Consumo Medido fora de %onta

Fo per0odo seco 9maio a novemro; as tarifas de consumo na ponta e fora de

ponta são mais caras que no per0odo 5mido"

- parcela de demanda é calculada multiplicando7se a =arifa de /emanda pela

/emanda Contratada ou pela demanda medida 9a maior delas;, caso esta não

ultrapasse em mais de *) 9:; a /emanda Contratada$

%demanda _ =arifa de /emanda /emanda Contratada

- tarifa de demanda é 5nica, independente da hora do dia ou per0odo do ano"


ultrapassa em mais de *) 9:; a /emanda Contratada" P calculada multiplicando7se

a =arifa de Ultrapassagem pelo valor da demanda medida que supera a /emanda

Contratada$

%ultrapassagem _ =arifa de Ultrapassagem 9/emanda Medida 7 /emanda Contratada;

E(


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- fatura de energia elétrica desses consumidores é composta pela soma de

parcelas referentes ao consumo e demanda e, caso eista, ultrapassagem" Em

todas as parcelas oserva7se a diferenciação entre horas de ponta e horas fora de

ponta"

- parcela de consumo é calculada através da epressão aaio, oservando7

se, nas tarifas, o per0odo do ano$

%consumo _ =arifa de Consumo na ponta Consumo Medido na %onta ` =arifa de Consumo

fora de %onta Consumo Medido fora de %onta

-s tarifas de consumo na ponta e fora de ponta são diferenciadas por per0odo

do ano, sendo mais caras no per0odo seco 9maio a novemro;"

- parcela de demanda é calculada somando7se o produto da =arifa de

/emanda na ponta pela /emanda Contratada na ponta 9ou pela demanda medida

na ponta, de acordo com as tolerncias de ultrapassagem; ao produto da =arifa de

/emanda fora da ponta pela /emanda Contratada fora de ponta 9ou pela demanda

medida fora de ponta, de acordo com as tolerncias de ultrapassagem;$

%demanda _ =arifa de /emanda na %onta /emanda Contratada na %onta ` =arifa de/emanda fora de %onta /emanda Contratada fora de %onta

-s tarifas de demanda não são diferenciadas por per0odo do ano"


ultrapassa a /emanda Contratada acima dos limites de tolerncia 9: para os

sugrupos -*, -( e -D e *): para os demais sugrupos;" # valor desta parcela é

otido multiplicando7se a =arifa de Ultrapassagem pelo valor da demanda medida

que supera a /emanda Contratada$

%ultrapassagem _ =arifa de Ultrapassagem na %onta 9/emanda Medida na %onta 7 /emanda

Contratada na %onta; ` =arifa de Ultrapassagem fora de %onta

9/emanda Medida fora de %onta 7 /emanda Contratada fora de %onta;

-s tarifas de ultrapassagem são diferenciadas por horário, sendo mais caras

nas horas de ponta"


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28

!2#242$ A ener@ia rea


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29

- relação entre a pot1ncia ativa e a pot1ncia aparente é denominada fator de

pot1ncia" Fote, na analogia acima, que o fator de pot1ncia é na realidade a tangente

do ngulo formado entre a força de tração e os trilhos" Quanto menor for este

ngulo, menor será a componente reativa do sistema, e tanto mais o fator de

pot1ncia irá se aproimar do valor unitário"

- energia reativa, emora não se possa classificá7la de in5til, não reali&a

traalho 5til e produ& perdas por provocar aquecimento nos condutores" Ela circula

entre a fonte e a carga, ocupando um [espaço\ no sistema elétrico que poderia ser

utili&ado para fornecer mais energia ativa" - energia reativa tem como unidades de

medida usuais o 9-rh; e o 9?-rh; 9que corresponde a *)))-rh; e a pot1ncia

reativa a unidade de 9-r; ou 9?-r;"# limite é indicado de forma indireta, através de um parmetro denominado

fator de pot1nciab, que reflete a relação entre as energias ativa e reativa

consumidas" /e acordo com a Jesolução -FEEL + de (HA**A())) 9-FEEL, ()*(;

as instalaç4es elétricas dos consumidores devem ter um fator de pot1ncia não

inferior a ),H( 9capacitivo ou indutivo;"

Quando o [fator de pot1ncia\ é inferior a ),H(, é corada a utili&ação de

energia e demanda de pot1ncia reativa na fatura de energia elétrica, como Consumode Energia Jeativa Ecedente e /emanda Jeativa Ecedente"

- energia reativa capacitiva é medida entre ))h$))min e )h$))min e a

energia reativa indutiva no restante do dia" Quando não é poss0vel se medir a

energia reativa capacitiva, a medição da energia reativa indutiva é feita durante as

(+ horas do dia"

#s consumidores do Grupo -, tarifa Convencional, pagam tanto o consumo

de energia reativa 9U'EJ; quanto X demanda reativa 9U'/J;$

'EJ _ =arifa de Consumo U'EJ

e$

'/J _ =arifa de /emanda U'/J

9'EJ$ 'aturamento de Energia Jeativa e '/J$ 'aturamento de /emanda Jeativa;

-o invés de 'EJ e '/J, algumas faturas de energia mostram nomes como

EJE e /JE ou Energia Jeativa Ecedente e %ot1ncia Jeativa Ecedente"

#s consumidores do grupo -, tarifa erde, pagam o consumo de energia

reativa na ponta e fora de ponta 9U'EJ; e a demanda reativa 9U'/J;$


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30

'EJ _ =arifa de Consumo na %onta U'EJ na %onta ` =arifa de Consumo fora de %onta

U'EJ fora de %onta

e$

'/J _ =arifa de /emanda U'/J

#s consumidores do Grupo -, tarifa -&ul, pagam tanto o consumo de energia

reativa 9U'EJ; quanto da demanda reativa 9U'/J;, para as horas de ponta e horas

fora de ponta"

- energia reativa corada é calculada pela epressão$

'EJ _ =arifa de Consumo na %onta U'EJ na %onta ` =arifa de Consumo fora de %onta

U'EJ fora de %onta

e a demanda reativa$

'/J _ =arifa de /emanda na %onta U'/J na %onta ` =arifa de /emanda fora de %onta

U'/J fora de %onta

Fão eiste corança de ultrapassagem para a demanda reativa"

Eistem frmulas prprias para cálculo dos valores de U'EJ e U'/J,

mostradas na Jesolução -FEEL + de (HA**A()))"

a Correo 0o >a


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− -umento dos n0veis de tensão, promovendo a correção de eventuais

distorç4es"

− 6ão vários os fatores que provocam um aio fator de pot1ncia" - solução

adequada para corrigir o fator de pot1ncia de uma instalação elétrica necessita

de conhecimento e análise das suas causas" Entre os quais, pode7se citar os

principais motivos$

• #peração em va&io, com pequenas cargas ou superdimensionamento de

motores de indução3

• =ransformadores operando em va&io ou com aia carga3

• F5mero elevador de lmpadas de descarga 9que utili&am reatores e

ignitores;3

• F5mero elevado de motores elétricos em operação durante longos

per0odos3

• Cargas especiais que apresentem elevado consumo de reativo"

#s motores de indução possuem como caracter0stica o consumo do mesmo

valor de pot1ncia reativa operando em va&io ou em plena carga" - energia reativa e

responsável pela magneti&ação dos motores enquanto que a energia ativa é

diretamente proporcional X carga aplicada ao eio do motor, ou se2a, quanto menor a

carga menor a energia ativa consumida e consequentemente menor o fator de

pot1ncia"

- maioria das cargas eistentes nas instalaç4es industriais é constitu0da por

motores elétricos de indução que influenciam no fator de pot1ncia geral da

instalação"

#s transformadores, análogos aos motores, quando operam

superdimensionados para uma carga conectada, consomem grande quantidade de

pot1ncia reativa necessária para a magneti&ação do n5cleo do transformador,

quando comparada X energia ativa, provocando um aio fator de pot1ncia"

*


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32

-s lmpadas de descarga como, por eemplo, as lmpadas de vapor de

merc5rio, vapor de sdio, fluorescente e demais que empregam para em seu

funcionamento reatores, contriuem para o aio fator de pot1ncia nas instalaç4es

elétricas"

Eistem ainda cargas especiais de elevado consumo de pot1ncia reativa,

cargas que estão presentes em amientes industriais e que contriuem para o aio

fator de pot1ncia, entre elas se destacam 9fornos a arco, fornos de indução

eletromagnética, máquinas de solda a transformador e equipamentos

eletroeletr]nicos;"

%ara a correção do fator de pot1ncia normalmente emprega o método de

instalação de capacitores 9geradores de pot1ncia reativa; primo X carga ou aassociação de capacitores denominada de anco de capacitores, cu2a função e

fornecer energia reativa a ser consumida pela carga indutiva" /esta forma os

condutores da instalação são lierados para transportar maior quantidade de energia

ativa"

- compensação do fator de pot1ncia pode ser efetuada através de

capacitores como as seguintes possiilidades 9ancos fios, sistemas

semiautomáticos tempori&ados e sistemas automáticos com controladores;" - locali&ação dos capacitores ou ancos de capacitores ao longo da

instalação elétrica leva em consideração a composição e a distriuição das cargas, o

funcionamento das cargas e os comprimentos dos circuitos" %ara maior efici1ncia os

capacitores devem ser instalados o mais primo poss0vel da carga, não sempre

sendo poss0vel devido a diversos fatores"

#s capacitores nas instalaç4es elétricas com a finalidade de correção de fator

de pot1ncia podem ser instalados nas seguintes maneiras 9no circuito de altatensão, na entrada dos circuitos de aia tensão, 2unto dos grupos de cargas, 2unto

das cargas ou correção locali&ada e na forma de correção mista;"

2.1.4 ator de carga

# fator de carga 9'C; é epresso pela relação entre a energia ativa

consumida num determinado per0odo de tempo e a energia ativa total que poderia


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33

ser consumida caso a demanda medida do per0odo 9demanda máima; fosse

utili&ada durante todo o tempo"

6egundo a Jesolução Formativa n +*8 de (D de novemro de ()** da

-FEEL 9-FEEL, ()*(;, o fator de carga e a ra&ão entre a demanda média e a

demanda máima da unidade consumidora ocorridas no mesmo intervalo de tempo

especificado"

6egundo Capelli 9()*); trata7se de um 0ndice que permite verificar a

quantidade e energia elétrica que se utili&a de forma racional"

6endo que este 0ndice pode ser comparado com outros 0ndices que medem a

efici1ncia das instalaç4es elétricas como o fator de pot1ncia e o rendimento" #

correto conhecimento e gerenciamento desse 0ndice proporcionam maior efici1ncia esegurança Xs instalaç4es e equipamentos, além de proporcionarem a redução do

custo com a energia elétrica"

# valor do fator de carga varia entre &ero a um, sendo otido pela relação

entre a demanda média e a demanda máima, durante um per0odo definido"

Calculado com a aplicação das seguintes epress4es$

Considerando que todos os valores foram apurados no mesmo per0odo"

Fo caso de consumidores enquadrados no 6istema =arifário horo7sa&onal, o

fator de carga é definido por segmento horo7sa&onal 9ponta e fora de ponta;,

conforme as seguintes epress4es$

D

(

+


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34

- melhoria 9aumento; do fator de carga, além de diminuir o preço médio pago

pela energia consumida, condu& a um melhor aproveitamento da instalação elétrica,

inclusive de motores e equipamentos e X otimi&ação dos investimentos nas

instalaç4es" # fator de carga da unidade consumidora depende, entre outras coisas,

das caracter0sticas dos equipamentos elétricos e do regime de operação dos

mesmos, que por sua ve& tem relação com a atividade eecutada no local 9CELE6C

/

regime de operação do per0odo de maior efici1ncia 9maior fator de carga; para

os demais per0odos3

; Comparar seu 0ndice com o fator de carga de outras unidades consumidoras que

reali&em a mesma atividade" 6e o fator de carga de outra unidade for maior,

verificar o regime de operação dos equipamentos e avaliar a possiilidade deimplementá7lo em sua unidade3

c; Comparar seu 0ndice com o fator de carga t0pico do seu ramo de atividade"

-inda segundo Capelli 9()**;, para aumentar ao máimo o fator de carga,

matematicamente asta redu&ir a diferença entre o valor do consumo e da demanda"

Contudo quatro oas práticas colaoram aplicaç4es práticas no campo$

a; 'a&er um cronograma de utili&ação dos equipamentos e anotar as pot1ncias e

os per0odos de operação de cada um3

; /iminuir, sempre que poss0vel, os per0odos ociosos de cada equipamento e a

operação não simultnea3

c; Fão acionar simultaneamente cargas motri&es que partem com carga3

d; erificar as condiç4es técnicas das instalaç4es e promover manutenç4es

preventivas peridicas nos equipamentos"


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35

2.1.! "port#nidade de econo$ia na ind%stria

6ão muitas as possilidades práticas de economia de energia elétrica em

suas aplicaç4es finais" 6endo que os sistemas de força motri&, sistemas iluminação,

sistemas de ar comprimido, sistemas de aquecimento, sistemas de refrigeração e

sistemas de climati&ação representam a maioria dos sistemas gerais na ind5stria"

/e acordo com os dados da Empresa de %esquisa Energética 9E%E;, a

ind5stria é responsável pelo consumo de +(,) 9:; do total da energia elétricaconsumida no pa0s 9!J-6


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36

suas aç4es na otimi&ação de sistemas motri&es 9instalaç4es elétricas, motores

elétricos, acoplamentos, cargas acionadas, instalaç4es mecnicas e uso final;, que

representam o maior consumo e tamém o maior potencial técnico de conservação

de energia elétrica nas ind5strias 9%rocel, Jelatrio de Jesultados ()*D ano ase

()*(;"

# 6elo %J#CEL de Economia de Energia foi institu0do em *HHD, através de

/ecreto %residencial, e toma como ase os resultados dos ensaios reali&ados para

o %rograma !rasileiro de Etiquetagem 9%!E;, coordenado pelo


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37

Fi@=ra $ ) Selo Proel 0o Pro@ra:a Naional 0e Con(er'ao 0e Ener@iaEl


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38

− Estator 9enrolamento estático;3

− Jotor 9enrolamento rotativo;3

− Mancal e carcaça 9invlucro;"

- classificação principal dos motores elétricos refere7se de acordo com o tipo

da tensão elétrica de alimentação$ corrente cont0nua ou corrente alternada"

-s maquinas de corrente alternada classificam7se em duas categorias de

acordo com a forma que as correntes elétricas do enrolamento do rotor são

fornecidas$ s0ncronas e de indução 9ou ass0ncronas;"

Fas máquinas de indução, as correntes alternadas de alimentação são

aplicadas diretamente aos enrolamentos do estator e, então, correntes no rotor são

produ&idas por indução eletromagnética"

/e acordo com os aspectos construtivos dos rotores dos motores de indução,

os mesmos são divididos em motor de indução de rotor em anéis 9oinado; ou

motor de indução com rotor tipo gaiola de esquilo"

/e todos os tipos de motores elétricos eistentes, o motor elétrico de indução

do tipo gaiola de esquilo é o mais simples e rousto" #s motores de indução do tipo

gaiola são constitu0dos asicamente de dois con2untos$

− Um estator com enrolamento montado na carcaça do motor que vai fornecer o

campo girante do motor3

− Um rotor com o enrolamento constitu0do por arras curto7circuitadas que so

a ação do campo girante irá fornecer energia mecnica no eio do motor"

Quando o motor de indução de gaiola é energi&ado ele funciona como um

transformador com o secundário em curto7circuito e, portanto eige da linha uma

corrente muito maior que a corrente nominal, podendo chegar de B a 8 ve&es a

corrente nominal" medida que o campo girante [arrasta\ o rotor aumentando sua

velocidade a corrente vai diminuindo até atingir a corrente nominal quando a rotação

atinge seu valor nominal"

6e o motor é energi&ado em va&io ele adquire rapidamente sua velocidade

nominal e a diminuição da corrente será, correspondentemente, rápida tamém"


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39

- velocidade s0ncrona do motor é definida pela velocidade de rotação do

campo girante, a qual depende do n5mero de polos 9(p; do motor e da frequ1ncia 9f;

da rede, em ciclos por segundo 9Sert&;" #s enrolamentos podem ser constru0dos

com um ou mais pares de polos, que se distriuem alternadamente 9um norte e um

sul; ao longo da periferia do n5cleo magnético 9KEG;"

# campo girante percorre um par de polos 9p; a cada ciclo" -ssim, como o

enrolamento tem polos ou pares de polos, a velocidade do campo será$

#nde$n( _ elocidade s0ncrona 9rpm;3> _ 'requ1ncia 9S&;3 _ F5mero de polos do motor 9UF;"

# n5mero de polos do motor terá que ser sempre par, para formar os pares

de polos" - =-!" * mostra para as frequ1ncias e polaridades usuais, as

velocidades s0ncronas"

Tabela # ) %eloi0a0e( SKnrona(

N:ero 0e olo(Ro


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40

medida que a carga aumenta, cai a rotação do motor" Quando a carga é &ero 9motor

em va&io; o rotor girará praticamente com a rotação s0ncrona" - diferença entre a

velocidade do motor n e a velocidade s0ncrona n( chama7se escorregamento (, que

pode ser epresso em rpm, como fração da velocidade s0ncrona, ou como

porcentagem desta$

#utras caracter0sticas dos motores de indução de gaiola são$

−

- rotação se altera pouco perante a variação de carga 9caracter0stica paralela;3− Con2ugado de partida de (,) a (,8 ve&es maior que o con2ugado nominal3

− Con2ugado máimo maior que o con2ugado de partida de partida, e por isto X

prova de picos de carga e de sorecarga3

− !om rendimento e fator de pot1ncia 9cerca de ),8;"

- interação entre os campos magnéticos irá produ&ir o con2ugado no eio do

motor" # con2ugado 9torque; é a medida do esforço necessário para girar um eio,que é função de$

#nde$

C _ Con2ugado nominal 9Fm;3

P( _ %ot1ncia sa0da nominal 9?K;3

( _ elocidade angular 9radianos por segundo;"

%or sua ve& a pot1ncia de sa0da do motor depende das perdas totais no

motor, que são$

− %erdas totais no core do estator3

− %erdas totais no core do rotor3

− %erdas por atrito e ventilação3

− %erdas no ferro"

B

8


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41

- pot1ncia e energia demandada 9eigida ou consumida; a fonte por um

motor de indução trifásico é dada pela frmula$

#nde$P _ %ot1ncia de sa0da 9?K;3

E _ Energia consumida 9?Kh;3% _ =ensão de alimentação em fases 9;3I _ Corrente de alimentação em qualquer fase 9-;3Co( _ 'ator de pot1ncia3ɳ _ Jendimento 9:;"

# rendimento é outro 0ndice adimensional de um motor elétrico, epressa a

relação entre a pot1ncia mecnica desenvolvida no eio do motor e a pot1ncia

elétrica ativa que ele consome da rede de alimentação 9%J#CEL;"

6ua equação é descrita em valores percentuais, como$

#u por$

-o se considerar que a %ot1ncia de Entrada _ %ot1ncia de 6a0da ` %erdas, o

rendimento pode ser epresso como$

#u como$

H

*)

**

*(

*D


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42

# rendimento ou efici1ncia energética operacional varia proporcionalmente

com a carga mecnica aplicada ao eio de um motor, indicando que quanto maior é

a condição de carregamento 9ou quanto mais primo de sua pot1ncia nominal o

motor opera;, mais satisfatrio será o rendimento" ale salientar que, via de regra, os

motores de pot1ncia elevada apresentam um melhor rendimento em comparação

aos motores de menor pot1ncia"

/e maneira geral, o rendimento médio para os motores padr4es [standard\ de

aia tensão em regime de operação com carga nominal situa7se na faia entre ),

e ),H+, sendo que os 0ndices inferiores da faia referem7se aos motores de pot1ncia

fracionária e os 0ndices superiores aos motores de pot1ncia elevada 9superior a

*)cv; 9-FEELACEM


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43

# fator de pot1ncia nos motores de indução é diretamente influenciado X

medida que a carga no motor redu&, a amplitude da corrente ativa tamém redu&"

Como não há uma redução correspondente na corrente de magneti&ação, tendo

como consequ1ncia que o fator do motor diminui, ou é eliminado, com a redução da

carga aplicada" #s motores de indução, especialmente os que operam aaio da

sua capacidade instalada, são a principal ra&ão para que as instalaç4es industriais

registrem aios n0veis de fator de pot1ncia"

!2#262# Mo


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44

padrão ou convencional;, apresentam tamém uma linha de produtos denominada

motor de alto rendimento 9ELE=J#!JR67%J#CEL, ())(;"

- '


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45

Fon


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46

termicamente, ventilador otimi&ado, entreferro menor e maior quantidade de core;

apresentadas na '


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47

- diferença de rendimento entre um motor padrão e alto rendimento varia

entre *, e B 9:; sendo que para os motores de pot1ncia menor a diferença é maior"

ale lemrar que a economia de energia em motores maiores é sempre maior, pois (

9:; em um motor de *) 9cv; podem ser muito maiores que B 9:; em um motor de *

9cv;"

/esta maneira, o motor de alto rendimento tem um custo de aquisição maior e

um custo de operação menor, deve7se então, analisar a troca nos pontos em que a

relação custoAenef0cio é vanta2osa$

− %ara as novas plantas industriais e comerciais3

− %ara a maioria das epans4es ou alteraç4es das plantas industriais e comerciais

eistentes3

− %ara a compra de equipamentos novos que cont1m motores elétricos3

− %ara a sustituição de motores usados3

− %ara aquisiç4es de motores para soressalente e estoque3

− %ara sustituição de motores superdimensionados que operam com aio

rendimento3

− Como parte de programa gerenciamento e de efici1ncia de energia3

− %ara oter vantagens em descontos especiais 9fiscais;, quando incentivados

pelo governo federal"

2.1.( Eficiência energética co$ in)ersor de fre*#ência

Quando um motor de indução é colocado em funcionamento, a corrente

eigida 9da rede; é aumentada e pode, soretudo se a seção do condutor de

alimentação for insuficiente, provocar uma queda de tensão suscept0vel de afetar o

funcionamento das cargas" %ara evitar estes inconvenientes, os regulamentos de

instalaç4es de algumas concessionárias pro0em, acima de uma determinada

pot1ncia, a utili&ação de motores com partida direta" #utros se limitam a impor, em

função da pot1ncia dos motores, a relação entre a corrente de partida e a corrente

nominal 96CSFE


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48

# motor de indução de gaiola é o 5nico motor que pode ser ligado

diretamente X rede, por intermédio de aparelhos simples" -penas as etremidades

dos enrolamentos do estator estão dispon0veis na placa de terminais" Uma ve& que

as caracter0sticas do rotor são determinadas pelo faricante, os diversos processos

de partida consistem essencialmente em fa&er variar a tensão nos terminais do

estator" Feste tipo de motor, com frequ1ncia constante, a redução do pico de

corrente é acompanhada automaticamente de uma forte redução do con2ugado"

- forma como o motor de indução de gaiola é acionada eletricamente

influencia na sua vida 5til, na rede elétrica e no consumo de energia" #s principais

métodos de acionamento são$

− %artida direta3

− %artida estrela7tringulo3

− %artida por autotransformador3

− Conversores estáticos eletr]nicos"

Um acionamento estático é um conversor de energia cu2a função é modular a

energia elétrica fornecida ao motor" #s tipos de acionamentos estáticos utili&ados

mais correntemente são os seguintes$

− Conversor de corrente cont0nua3

−


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49

Em toda atividade industrial, aç4es são empregadas no acionamento dos

mais diversos tipos de máquinas e equipamentos" - carga mecnica eige um dado

con2ugado mecnico numa dada velocidade que podem variar ao longo do tempo

sem provocar desconforto mecnico" /a mesma forma o motor elétrico deve

atender o comportamento da carga causando o menor transtorno poss0vel ao

sistema elétrico ao qual está conectado com uma preocupação de redu&ir perdas

para aumentar a efici1ncia do con2unto"

- escolha do motor e de seus dispositivos de partida e parada, mesmo

influenciada por aspectos amientais, está diretamente relacionada X carga

mecnica a ser acionada e ao impacto dela no sistema elétrico 96CSFE


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50

− -dotar [dampers\ na entrada ou na sa0da 9ou em amas as posiç4es; de

ventiladores e eaustores, para regulagem do fluo de ar insuflado ou eaurido

9nesse caso, pode7se considerar que não se alteram as rotaç4es do motor e da

carga;, esse tipo de procedimento atende Xs necessidades de processo por

meio da introdução de ostruç4es parciais e perdas de carga nas tuulaç4es, ou

se2a, com desperd0cio de parte da energia elétrica asorvida pelos motores3

− -dotar registros ou válvulas, geralmente nas tuulaç4es de recalque de omas,

para estrangulamento e regulagem da va&ão de flu0dos 9nesse caso, pode7se

considerar que não se alteram as rotaç4es do motor e da carga;, esse tipo de

procedimento atende Xs necessidades de processo por meio da introdução de

ostruç4es parciais e perdas de carga nas tuulaç4es, ou se2a, com desperd0cio

de parte da energia elétrica asorvida pelos motores3

− Utili&ar conversores de frequ1ncia, nesse caso pode ser alterado dinamicamente

as rotaç4es do motor e da carga com rapide& e precisão, manual ou

automaticamente, e em amplos limites, com a possiilidade de otenção de

reduç4es significativas no consumo de energia elétrica, dependendo das

caracter0sticas do sistema acionado"

Fas tecnologias do passado, os motores de indução de gaiola de esquilo

giravam somente a uma rotação fiada pela frequ1ncia de entrada" Com o avanço

da eletr]nica de pot1ncia, tornou7se poss0vel converter a frequ1ncia fia em uma

frequ1ncia variável para o motor 9L


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51

#u se2a, se mantiver constante a relação entre a tensão e a frequ1ncia

mantém7se o fluo magnético e, portanto, o torque no eio do motor"

Eistem dois tipos de carga$

− =orque constante$ cargas que desde a partida do motor eigem um torque para

serem movimentadas 9e"$ ponte rolante, elevador, esteira transportadora;3

− =orque variável$ cargas cu2o torque aumenta X medida que a rotação aumenta

9ventiladores e omas;"

- 'io 0e


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52

%ode7se determinar a energia economi&ada, esta será a variação de pot1ncia

multiplicada pelo tempo$

!2#232# In'er(or 0e >reV=?nia aionan0o 'en


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53

Esta relação fa& uma variação na rotação proporcionar uma grande variação

na pot1ncia" %or eemplo, se redu&ir7se a rotação para ) 9:; da nominal, o

resultado será que a pot1ncia consumida cairá para 9),);j _ ),*(, ou *(, 9:; e,

neste caso, a economia será de 8B, 9:;"

- 'io 0e eono:ia 0e ener@ia o: in'er(or

Fon


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54

traalhar nesta pot1ncia durante D) minutos e nos ) minutos restante cair par a *8

9?K;"

Fi@=ra #" ) Oerao or ilo(

Fon


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55

Fi@=ra ## ) Oerao o: on


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56

2.1.+ Eficiência energética e$ $oin,os

- produção de cimento é um processo de intenso consumo de energia" Esse

processo consome cerca de ( 9:; da energia gloal primária e cerca de 9:; da

energia gloal industrial" #s circuitos de cominuição 9moagem; de uma planta de

cimento consomem cerca de ) 9:; do total de energia elétrica considerado na

planta" Esse cenário de intenso consumo de energia é algo altamente favorável X

reali&ação de estudos que visem a otimi&ação de circuitos de cominuição"

Um moinho é uma instalação destinada X fragmentação ou pulveri&ação de

materiais em part0culas médias ou pequenas até dimens4es finas ou pulverulentas9p;" #s moinhos mais utili&ados na ind5stria cimenteira são os de arras,

autgenos, de olas e, mais recentemente, de rolos verticais inclinados"

- concepção de moinhos depende da disposição dos corpos moedores ou

dispositivos de moagem no seu interior" -ssim, para os casos de moinhos de olas e

de rolos, devem7se considerar os seguintes aspectos construtivos e operacionais$

*" - orientação vertical ou hori&ontal da carcaça do moinho"(" - orientação vertical ou hori&ontal de alguns corpos moedores ou

fragmentadores"

#s moinhos tuulares de olas são os equipamentos mais utili&ados na

moagem convencional" Consiste em um tamor cil0ndrico que giram em torno de um

eio hori&ontal e utili&am como corpo moedor olas que podem ser de aço, fundidas

ou for2adas, ou de ferro fundido" - redução de tamanho é feita pela ação do impacto,do atrito e da fricção entre os corpos moedores ao girar o moinho"

# moinho de olas pode conter um, dois ou tr1s compartimentos ou cmaras"

Geralmente um moinho de cimento possui duas cmaras, separadas por um

diafragma ou grelha, eistem duas cargas distintas de corpos moedores" - primeira

cmara é suprida com olas de grandes dimens4es 9entre ) e H) mm;, gerando

assim um maior espaço va&io entre os corpos moedores, tornando essa cmara um

om ritador3 - segunda cmara recee olas menores 9entre *B e ) mm;, com

menores espaços va&ios, pois nesta cmara o atrito fa& o traalho da moagem mais

fina" - '


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57

Fi@=ra #! ) Moin*o 0e bola( o: ! :ara(

Fon


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58

Tabela ! ) %an


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− Consumo espec0fico de energia 9E;, epresso em 9?KhAt;, que representa o

consumo l0quido de energia 9?Kh; por cada tonelada de alimentação nova

processada, o equivalente X pot1ncia demandada 9?K; por 9tAh; processada3

− Carga circulante 9CC;, definida como a ra&ão entre a tonelada seca de descarga

do 'nderflo= e do o+erflo= do classificador 9separador;"

- energia consumida no processo de moagem depende do material a ser

mo0do, ou se2a, do tipo de cimento a ser preparado, assim como a granulometria

final do produto" -s matérias primas comumente utili&adas como adiç4es são as

escrias de alto7forno, os materiais po&olnicos 9naturais e sintéticos como cin&as

de processos de queimas de comust0veis;, os materiais caronáticos 9como o

calcário mo0do; e o gesso"

%ara os cimentos %ortland 9compostos de cl0nquer e adiç4es finais, que

incluem gesso e escria de alto7forno;" - influ1ncia da escria na moagem final,

destacando7se o fato de requerer um consumo adicional de energia,

aproimadamente, da ordem de *) 9:;"

Em *H(, !ond 9!#F/, *H(; postulou a =erceira Lei ou =eoria da

Cominuição, onde enunciou$ [# consumo espec0fico de energia do processo deredução de tamanho é inversamente proporcional X rai& quadrada do tamanho\" #

que !ond fe& foi relacionar o tamanho das part0culas alimentadas e do produto com

o consumo de energia e essa relação foi epressa por$

#nde$E _ Energia consumida, em 9?KhAt;"Ki _ kndice de !ond, em 9?KhAt;"% _ =amanho da peneira em que passa 8) 9:; do produto, em 9m0crons;"' _ =amanho da peneira em que passa 8) 9:; da alimentação, em

9m0crons;"' _ 'atores de correção"

-s tentativas de relacionar a energia consumida com a redução de tamanho

da part0cula deram origens a diversas leis matemáticas, porém nenhuma delas de

(


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60

caráter conclusivo" - teoria de !ond 9!#F/, *H(; é a mais utili&ada nos cálculos e

dimensionamento de moinhos devido ao fato de dar resultados muito primos do

real nas condiç4es normais de operação"

!2#22# E>ii?nia ener@


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61

o que se chama [carga em equil0rio\" - 2ustificativa ase para cálculos deste tipo de

cargas é que a camada a ser desgastada por unidade de tempo é independente do

tamanho do corpo moedor"

Uma oa aproimação para calcular o volume de olas é através da relação

entre a altura 9h;, que é a distncia entre o centro do moinho e a superf0cie de carga,

e o dimetro 9/;"

Formalmente a carga de volume é calculada durante as inspeç4es nomoinho" %ara um consumo espec0fico de energia tima tem se oservado que o grau

de preenchimento deve ser entre ( e (8 9:; podendo chegar até D) 9:; na

segunda cmara de moinhos multicmaras" Fo entanto, muitos operadores de

moinhos preferem esferas de pesos superiores, porque a capacidade de moagem do

moinho segue o grau de preenchimento dos corpos de moagem em uma função

linear"


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# desafio permanente das fáricas de cimento %ortland consiste em adotar

rotas tecnolgicas sustentáveis perante as crises energéticas e aumentar da sua

produtividade"

2.1.- n/lise de )ia0ilidade financeira e$ eficiência energética

#s pro2etos de efici1ncia energética podem ser uma alternativa para os

governos, empresários e demais consumidores finais no atendimento X evolução da

demanda de energia, minimi&ando os impactos socioamientais e redu&indo os

custos de produção de ens" - decisão de investir em mecanismos de efici1ncia

seria no sentido de redu&ir consumo de energia em sua grande maioria, cae aoconsumidor final 9!-JJ#63 !#JELL


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63

− kndice de Lucratividade L0quida 9art na década de (), mas

foi introdu&ido no Napão aps a ( Guerra por Killiam Ed>ard /eming, em *H)"

'icou reconhecido como ciclo de /eming por ter sido amplamente difundido por este

ao aplica7lo no Napão"

Fo !rasil foi difundido por icente 'alconi Campos que aprendeu com os 2aponese as técnicas de =QC 7 =otal Qualit@ Control"


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64

- sigla %/C- significa$ %lan, /o, Chec?, -ct, que significam$ %lane2ar,

Eecutar 9/esenvolver, 'a&er;, erificar 9Checar; e -gir 9-tuar;" Essa forma de

organi&ação e traalho serve tanto para implantação de novas ideias como para

solução de prolemas"

-s etapas do Ciclo %/C- estão descritas na '


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65

Estaelecer meta$ o prolema será sempre a meta não alcançada, sendo a

diferença entre o resultado atual e um valor dese2ado chamado meta" =oda meta a

ser definida deverá sempre ser constitu0da de tr1s partes 7 o2etivo gerencial, pra&o

e valor"

-nálise do fen]meno$ análise detalhada do prolema detectado e suas

caracter0sticas, por meio de fatos e dados coletados"

-nálise de processo$ uscar as causas mais importantes que provocam o

prolema, através da análise das caracter0sticas importantes"

%lano de ação$ é o produto de todo processo referente X etapa %L-F em que

estão contidas, em detalhes, todas as aç4es que deverão ser tomadas para se

atingir a meta proposta inicialmente" %ara sua elaoração a metodologia maisindicada é o K*S ou K(S"

DO ) Eecução do plano que consiste no treinamento dos envolvidos no

método a ser empregado, a eecução propriamente dita consiste na coleta de dados

para posterior análise"

Essa etapa se sudivide em duas$

*" =reinamento3(" Eecução da -ção"

Fo treinamento, a organi&ação deverá efetuar a divulgação do plano a todos

os funcionários envolvidos para que fiquem cientes" -ssim, o plano de ação poderá

ser colocado em prática" /urante a sua eecução, deve7se efetuar verificaç4es

peridicas no local em que as aç4es estão sendo efetuadas, a fim de manter o

controle e eliminar poss0veis d5vidas que possam ocorrer ao longo da eecução"=odas as aç4es e os resultados ons ou ruins devem ser registrados para alimentar

a etapa seguinte do ciclo %/C-, o [Chec?\"

CHEC- ) # terceiro passo do %/C- é a análise ou verificação dos resultados

alcançados e dados coletados" Ela pode ocorrer concomitantemente com a

reali&ação do plano quando se verifica se o traalho está sendo feito da forma

devida, ou aps a eecução quando são feitas análises estat0sticas dos dados e

verificação dos itens de controle" Festa fase podem ser detectados erros ou falhas3


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66

ACT 7 ltimo mdulo do ciclo %/C- é caracteri&ado pela reali&ação das

aç4es corretivas, ou se2a, a correção das falhas encontradas no passo anterior e

pelo processo de padroni&ação das aç4es eecutadas, cu2a eficácia foi verificada

anteriormente" P nessa fase que se inicia novamente o Ciclo levando ao processo

de Melhoria Cont0nua"

a em *H8 ampliou os + passos do Ciclo %/C- para $

*" /efinir metas e o2etivos3

(" /efinir métodos para atingir as metas3

D" Educar e treinar3

+" Eecutar a tarefa3" erificar resultados da implantação3

" -tuar corretivamente 9Jeali&ar a ação de forma apropriada;"


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67

4 METODOLOGIA DA PES5UISA

Festa etapa foi aprofundado os estudos, análise dos dados coletados,

elaoração de plano de ação e análises dos resultados para atingir os o2etivos

propostos"

42# Pe(V=i(a ,iblio@r>ia

'oi feito um estudo aprofundado sore processo de faricação de cimento

nas etapas de moagem e ensacamento e os consumos energéticos respectivos"

42! Le'an


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68

− Jelatrios de consumo de energia geral do sistema de gerenciamento de

energia CCI3

− Jelatrios de consumo de energia elétrica geral, setoriais e espec0ficos

coletados com medidor de qualidade de energia JE7))) da Emrasul3

− Jelatrios dos valores das variáveis de processo da moagem de cimento de

uma cimenteira locali&ada na cidade de 6antana do %ara0so coletados do

sistema supervisrio da empresa3

− Jelatrios dos consumos de energia elétrica e de produção nos per0odos de

()*), ()**, ()*( e ()*D do ##E e 6-% da moagem de cimento da empresa

em estudo3

− /iagramas de processo da moagem de cimento da empresa em estudo3

− /iagrama elétrico unifilar geral da empresa em estudo"

42$ Proe0i:en


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69

− Levantar os dados de consumo de energia elétrica aps reali&ação das aç4es3

− erificar os consumos de energia elétrica aps reali&ação das aç4es3

− Elaorar relatrio técnico com os resultados otidos"

427 Tra


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70

$ RE%ISÃO DE LITERATURA

$2# Anli(e 0a ener@ia el


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71

Fi@=ra #7 ) Fo


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72

$2! Hi(


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73

Fi@=ra # ) Gr>io 0e ro0=o 0e i:en


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74

Fi@=ra #8 ) Gr>io 0o on(=:o :en(al 0e ener@ia el


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75

Fi@=ra !" ) Gr>io 0e on(=:o 0e ener@ia el


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76

- 'io 0e on(=:o 0e ener@ia el


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77

Fi@=ra !4 ) Gr>io( 0e on(=:o 0e ener@ia el


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78

A:o(il 0e ar@a 7 /e acordo com todos os testes e

mediç4es, propor uma parada para reclassificação de todos os corpos moedores

das ( 9duas; cmaras do moinho e a2ustar para o ponto em que o resultado indicar"

4.3.2 ediç5es elétricas

a Me0io 0a o


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79

− attimetros e interligar ao gerenciador CCI B))3

− are de gerenciamento CCI %C ))) enviar os

sinais ao painel central" /esta forma as informaç4es de demanda de energia,

consumo de energia elétrica, fator de pot1ncia e demais grande&as elétricas

poderão ser coletadas via relatrio, irá proporcionar ao %C% valores confiáveis

de consumo das cadeias possiilitando um rateio real da energia elétrica"

− are para eportação de dados de consumo do

sistema CCI para o sistema de controle de processo e 6-%, eliminando a

necessidade de emissão de relatrios de consumo e lançamento em planilhas

de controle e outros sistemas de controle"

4.3.3 Procedi$ento de partida e parada do $oin,o 6,or/rio de ponta7

− Jeali&ar mediç4es reais de tempos de parada dos equipamentos, avaliar os

tempos necessários para esva&iar os circuitos e deiá7los em condiç4es de nova

partida, com essas informaç4es poderemos dimensionar o tempo total para o

procedimento de parada da cadeia, com o o2etivo de otimi&ar este processo,


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80

possiilitando o moinho rodar um pouco mais, contriuindo com o volume de

produção"

− Jevisar procedimento atual de operação do moinho em partidas e paradas,

a2ustando a sequ1ncia das aç4es do mesmo com os resultados encontrados nas

mediç4es em campo"

− Criar lgica no supervisrio de partidas e paradas automáticas, esta ação irá

padroni&ar a operação para evitar desvios entre operadores de painel neste

procedimento"

4.3.4 8ecirc#lação de /g#a

− EspecificarAadquirirAinstalar medidores de n0vel analgicos aseados no princ0pio

da pressão hidrostática para as caias de água potável e industrial, para

melhorias dos controles e da indicação precisa dos n0veis das caias e a

eliminação das falhas devido X utili&ação de oias de n0vel3

− EspecificarAadquirirAinstalar válvula de controle para sistema de água industrial e

criar lgica no CL% para intertravar a circulação de água tempori&ada com a

partida do moinho, pois o que foi constatado é que a circulação da água para

refrigeração dos redutores, centrais hidráulicas, compressor de transporte do

setor da moagem de cimento é acionada manualmente e por um per0odo muito

anterior X partida do moinho, fa&endo com que a água recircule consumindo

energia elétrica desnecessária"

4.3.! iste$a de ar co$pri$ido

− Jeali&ar medição de carga e al0vio dos compressores de ar para avaliar

poss0veis pontos de va&amento de ar que façam os compressores ficar

permanentemente ligados consumindo energia elétrica desnecessária"


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81

4.3.& Est#do de )ia0ilidade instalação in)ersor fre*#ência e$ s#0stit#ição 9

)/l)#la do :!P12 e de$ais )entiladores da f/0rica

− -tualmente eistem empresas, como -!!, 6iemens e KEG que reali&am

diagnsticos de pontos de melhoria e retorno de investimentos de forma gratuita"

- sugestão é chamar uma dessas empresas para avaliar o ganho custo da

instalação de inversor de frequ1ncia no motor do ventilador %*( em

sustituição da válvula vene&iana [dumper\ aerta apenas *D 9:;, mostrando

que a maioria da pot1ncia não está sendo transformada em traalho efetivo

devido ao aio fluo pela válvula" Fa '


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82

Fi@=ra !7 ) Mo


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83

mostra a válvula vene&iana de controle do fluo de ar no separador sem o

mecanismo de controle do percentual de aertura"

Fi@=ra !3 ) Aiona:en


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84

produção" %ara isso é necessário a reali&ação de um laudo técnico por um

engenheiro eletricista, onde toda a carga instalada é levantada, desse total são

separados as cargas administrativas e as produtivas" # percentual da carga

instalada para a área produtiva poderá ser dedu&ido do total do imposto pago"

Com esta ação não redu&iremos o consumo de energia elétrica, porém esta

economia irá contriuir com os custos com a mesma" #utro produto dessa

análise é que teremos a lista completa de cargas da unidade, podendo

dimensionar de forma mais precisa a demanda tima a contratar da

concessionária"

4.3.1 8e)isão do contrato de de$anda para o ,or/rio fora de ponta


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85

$27 Re(=l


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86

carga moedora mantendo o grau de enchimento do moinho primo aos (8 9:;,

sendo que seriam reali&adas mediç4es de consumo de energia no moinho de

cimento no per0odo anterior e posterior a reali&ação do serviço" - '


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87

Fi@=ra 4" ) Con(=:o 0o( :o


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88

4.!.2 ediç5es elétricas

a Me0io 0a o


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89

'oram refeitas as mediç4es e registros das grande&as elétricas dos motores

do moinho, foi verificado que aps a correção da concentração ocorreu a redução na

corrente de partida dos motores"

Fi@=ra 4! ) C=r'a 0e


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90

9?ilo>attimetros;, aumentou7se a confiailidade e o acesso das informaç4es de

consumo dos setores" Fa '


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91

Fi@=ra 4$ ) Tela 0e on>i@=rao 0a( on


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92

4.!.4 8ecirc#lação de /g#a

Especificado, adquirido e instalado sensor de n0vel hidrostático para caia de

água industrial com a finalidade de indicação e controle do n0vel" Está pendente a

aquisição e instalação dos sensores de n0vel para as caias de agua potável e

industrial da Estação de =ratamento de Rgua 9E=-; e para a caia de

reaproveitamento de água industrial"

'oi especificado e adquirido válvula de controle de +\ para controle da

circulação de água industrial, pendente a instalação"

4.!.! iste$a de ar co$pri$ido

Criado rotina no sistema de manutenção 6-%, com periodicidade semanal

com reali&ação nas setas7feiras as atividades de inspeção e manutenção da centralde ar, rede de ar comprimido e nos filtros de mangas para eliminação dos

va&amentos"

4.!.& Est#do de )ia0ilidade instalação in)ersor fre*#ência e$ s#0stit#ição 9

)/l)#la do :!P12 e de$ais )entiladores da f/0rica

'oi reali&ado o estudo de viailidade de instalação de inversores de

frequ1ncia para os ventiladores de maior pot1ncia instalados na empresa, o estudo

foi reali&ado em parceria com a empresa faricante de acionamentos /anfoss" Fo

estudo reali&ado foi considerado um valor médio praticado no per0odo de J^

),((A?Kh, sendo pro2etada uma economia anual de J^ B"*+(,)) que equivale a

B) 9:; de economia no consumo dos equipamentos estudados" - '


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93

Fi@=ra 47 ) Tabela 0o ro;e


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94

Fi@=ra 46 ) Tabela 0o ro;e


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95

-ps a solicitação, lieração e aprovação do investimento para troca dos

equipamentos pela diretoria da empresa, foram elaoradas as folhas de dados

técnicos para solicitação de especificação e cotação 2unta aos principais

fornecedores de equipamentos"

# motor escolhido para a sustituição foi o motor de indução trifásico com

ventilação forçada da empresa KEG modelo SG' na mesma pot1ncia (() 9?K; do

motor de rotor oinado GE, a escolha foi devida as suas caracter0sticas de alto

desempenho, aios custos de manutenção e por estar apto a operar com inversor

de frequ1ncia" %or quest4es de soressalente, devido a eist1ncia de um motor da

mesma pot1ncia instalada em outro equipamento foi alterado a rotação nominal do

motor de polos 9*())rpm; para + polos 9*8))rpm;" - 'iao 0o :o


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96

# cao de alimentação escolhido foi o cao Gsette de faricação da

%r@smian, prprio para aplicaç4es com inversor de frequ1ncia, composto por +

condutores de *) 9mm; mais a malha de terra de H 9mm;"

# acoplamento escolhido foi o acoplamento fle0vel -=*+)A*+) de faricação

da empresa -ntares, devido as suas caracter0sticas de asorver viraç4es,

desalinhamentos e promover isolamento das correntes de fuga"

=ecnicamente foram selecionados tr1s faricantes 9-llen !radle@, /anffos e

as?a>a; para o fornecimento do painel com inversor de frequ1ncia" 6endo que nas

negociaç4es da licitação com a parte comercial a empresa /anffos ganhou o

fornecimento da aplicação" - 'iao 0o ainel o: in'er(or2

Fon


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97

%ara análise dos dados de redução do consumo de energia com a troca do

acionamento do ventilador foram reali&adas mediç4es com o anali&ador e registrador

de grande&as elétricas JE))) da empresa Emrasul, em data anterior e posterior a

sustituição" - '


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98

-ps a sustituição do acionamento do ventilador, reali&ado na grande parada

para manutenção preventiva dos equipamentos da fárica no m1s de aril de ()*+,

foi reali&ado nova medição e registro do consumo utili&ando o registrador de

grande&as elétricas" - '


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99

de pot1ncia coletados com o registrador de grande&a elétrico antes e aps a

sustituição do acionamento e considerando um preço de médio no ano de ()*+ de

J^ ),*+A?Kh" - '


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100

Tabela $ ) Anli(e 0o re


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101

Fon


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Especificado e adquirido um atuador cil0ndrico pneumático -C%D)D de

faricação da empresa 6mar, pendente manutenção da válvula vene&iana,

montagem da rede pneumática e instalação do atuador" - '


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um fator de pot1ncia na ordem de ),H(" - =-!" eie as especificaç4es técnicas do

produto"

Tabela 7 ) E(ei>iae(


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104

- '


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Fonio CC- 0e 0e:an0a( re@i(


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Com a redução da demanda contratada para o horário fora de ponta de +"H(

9?K; para +")) 9?K;, considerando a tarifa da CEM


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Fi@=ra 7" ) Con(=:o e(eK>io 0a 0e ener@ia elio 0e ener@ia el


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uma economia em torno de J^ D+"H8+,* para o ano de ()*+ no consumo geral da

empresa" Este resultado indica a possiilidade de redução ou melhoria dos

resultados alcançados através da eecução das aç4es pendentes"

-ç4es pendentes para eecução são$

−


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109

7 CONCLUSÃO

Com este traalho, conclui7se que os pro2etos de efici1ncia energética geram

grandes oportunidades de ganhos quando aplicadas as empresas, tanto na redução

dos custos operacionais e produtivos com energia elétrica como nos controles e na

operação dos processos" Fas empresas com parque industrial instalados com tempo

superior a () anos Xs oportunidades de melhorias são elevadas, sendo que em

per0odos de escasse& ou crise energética, os elevados custos da energia elétrica

cria um amiente favorável X aprovação de investimentos em pro2etos voltados a

questão energética, enquanto que nos per0odos em que os custos com energia

estão aios o uso e a racionali&ação do consumo de energia compete com outras

prioridades gerando um grande desafio na aprovação de investimentos"

- utili&ação dos motores de indução de gaiola acionados com inversores de

frequ1ncia em filtros de mangas em sustituição ao controle de pressão e va&ão por

válvula vene&iana, apresenta grandes vantagens econ]micas, de processo e

manutenção, sendo que proporcionou uma redução de 8B 9:; no consumo de

energia elétrica do motor do ventilador do filtro de mangas estudado em questão no

traalho, gerando uma economia de J^ *++"*+),*HAano, otendo assim um retorno

do investimento em *,+ anos"

- racionali&ação do uso de energia elétrica nos moinhos de ola envolve

estudo e acompanhamento do desempenho ao longo do tempo tanto do moinho

quanto do processo de moagem de cimento ao todo, uma ve& que seu consumo

energético está diretamente ligado X produtividade da cadeia"

Reo:en0ae( ara =


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110

− Jeali&ar estudo de melhoria dos fatores de pot1ncia individuais para os

motores de pot1ncia superior a *)) 9cv;"

REFER9NCIAS

-FEEL" -g1ncia Facional de Energia Elétrica" Re(ol=o Nor:a


111/111

111

ELE=J#!JR6" %J#CEL" Are(en>>"flc"com"rAprodutoAeletronicasAB)Aalto7fator" -cesso em$ fev" ()*+"

estudo de redução do consumo específico de energia elétrica de uma moagem de cimento

Documents