gerenciamento de demanda e eficincia energtica em uma indstria de separao de gases do ar

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  • UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO

    ESCOLA POLITCNICA DE PERNAMBUCO

    PROJETO FINAL DE CURSO

    Gerenciamento de Demanda e Eficincia

    Energtica em uma Indstria de Separao

    de Gases do Ar

    por

    CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA

    Recife, Junho de 2010.

  • 2

    UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO

    ESCOLA POLITCNICA DE PERNAMBUCO

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

    Gerenciamento de Demanda e Eficincia Energtica na Separao

    de Gases do Ar

    por

    CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA

    Monografia apresentada ao curso de Engenharia

    Eltrica da Universidade de Pernambuco, como

    parte dos requisitos necessrios obteno do grau

    de Engenheiro Eletricista.

    ORIENTADOR: EDUARDO HENRIQUE DINIZ

    FITTIPALDI

    Recife, Junho de 2010.

    Carlos Eduardo Oliveira Barbosa, 2010

  • 3

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo aos meus pais e irmos que sempre foram uma fonte de apoio e inspirao.

    Agradeo ao meu professor orientador Eduardo Henrique Diniz Fittipaldi pela

    oportunidade e pelo apoio ao longo do projeto. Aos amigos e engenheiros Bentto Fellipe e

    Romulo Rianzi pela ajuda na elaborao do estudo.

    Agradeo principalmente a Deus por todos os dias da minha vida.

  • 4

    Resumo da Monografia apresentada ao curso de Engenharia Eltrica da Escola Politcnica de

    Pernambuco.

    Eficincia Energtica na Separao de Gases do Ar

    CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA

    Recife, Junho de 2010

    Orientador: Eduardo Henrique Diniz Fittipaldi

    rea de Concentrao: Combate aos desperdcios de energia eltrica na indstria.

    Palavras-chave: Eficincia Energtica, Separao dos Gases do Ar, Reduo de Energia

    Eltrica na Indstria.

    Nmero de Pginas: 48.

    O presente projeto tem como objetivo estudar e apresentar a utilizao da energia

    eltrica em uma unidade de separao de gases do ar com o intuito de diagnosticar e

    apresentar melhorias no consumo de forma economicamente vivel tentando alm de diminuir

    o gasto com a energia, elaborar estratgias para consumir menos e de forma mais inteligente.

    Para ser feito este trabalho, necessrio realizar o levantamento de carga da unidade, estudar

    o levantamento e fazer o diagnstico propriamente dito explicitando os desperdcios no

    consumo de energia ou erro de contratao de energia e por fim, apresentar possveis

    mudanas e o custo benefcio para faz-las. No final deste trabalho, aps toda a analise

    realizada no campo e em literatura, foi encontrada uma soluo que necessitava apenas de

    planejamento, sem investimento, do consumo ao longo ano, mas o melhor resultado obtido foi

    a reduo de aproximadamente 20% do custo com a energia eltrica obtido pela mudana de

    nvel de tenso de fornecimento da empresa de separao de gases. O tempo de retorno do

    investimento relacionado foi de 1 ano e 3 meses.

  • 5

    Abstract of Dissertation presented to UPE.

    Energy Efficiency in Air Gases Separation

    CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA

    June/2010

    Supervisor: Eduardo Henrique Diniz Fittipaldi

    Area of Concentration: Tackling the waste of energy in industry.

    Keywords: Energy Efficiency, Air Gases Separation, Reduction in Electric Power

    Industry.

    Number of Pages: 48.

    This project aims to study and present the use of electricity in a air gas separation unit

    with the aim of diagnosing and show improvement in the consumption of an economically

    viable than trying to reduce spending on energy, develop strategies to consume less and

    smarter. To be doing this work, it must perform the lifting load of the unit, study the survey

    and make the proper diagnosis explaining the wasteful consumption of energy or error of

    contracting energy and finally, discuss possible changes and cost-effective to do them. At the

    end of this work, after all the analysis performed in the field and in literature, was found a

    solution that required only of planning, without investment, consumption throughout the year,

    but the best result was a reduction of approximately 20% of the cost the electrical energy

    obtained by changing the voltage level of the company's supply gas separation. The time of

    return of the investment was 1 year and 3 months.

  • 6

    LISTA DE SMBOLOS

    Simbologia Descrio

    C

    Bar

    cv

    kWh

    Unidade de temperatura Grau Celcius Unidade de Presso

    Unidade de Potncia Cavalos a vapor Unidade de Energia Quilowatt-hora

    kW Unidade de Potncia Quilowatt (Pa)

    kVA

    kVArh

    Unidade de Potncia Quilovolt-Ampere (Ps) Unidade de Potncia Quilovolt-ampere reativo hora

    kV

    TWh

    Unidade de Tenso Quilovolts Unidade de Potncia Terawatt hora

  • 7

    LISTA DE ABREVIATURAS / SIGLAS

    Termo Descrio

    ABNT

    ACL

    ACR

    ANEEL

    CELPE

    CHESF

    COLDBOX Cold Box

    DCA Direct Contact Aftercooler

    EPE

    HSA

    HSV

    Associao Brasileira de Normas Tcnicas

    Ambiente de Contratao Livre

    Ambiente de Contratao Regulada

    Agncia Nacional de Energia Eltrica

    Companhia Energtica de Pernambuco

    Companhia Hidroeltrica do So Francisco

    Caixa Fria

    Ps resfriamento de contato direto

    Empresa de Pesquisa Energtica

    Horo-Sazonal Azul

    Horo-Sazonal Verde

    PPM

    PROCEL

    Parte por milho

    Programa Nacional de Conservao

    de Energia Eltrica

    NBR

    VPSA Vacuum Pressure Swing Adsorption

    Norma Brasileira Regulamentadora

    Adsoro na presso do vcuo

  • 8

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1.1- Consumo de Energia Eltrica no setor industrial ............................... ................. 13

    Figura 1.2- Evoluo das vendas em relao eficincia de motores na Europa . ................. 14

    Figura 2.1- Promeira Fbrica de Oxignio instalada no Brasil. .............................................. 20

    Figura 2.2- Comparao entre motor standard e alto rendimento . ......................................... 27

    Figura 2.3- Curva de comparao de rendimento entre motor standard x alto rendimento. ... 28

    Figura 2.4- Curva de um motor em regime de trabalho contnuo S1............................... ...... 29

    Figura 2.5- Curva de um motor em regime de trabalho com carga varivel. ......................... 30

    Figura 2.6- Curva de um motor em redime de trabalho com potncia varivel. ..................... 31

    Figura 3.1- Esquema simplificado do processo de separao dos gases do ar . ...................... 34

    Figura 3.2- Tanque de armazenamento e coluna de destilao ............................................... 34

    Figura 3.3- Etapa de filtragem e compresso de uma unidade . .............................................. 35

    Figura 3.4- Pr-resfriamento de uma unidade ......................................................................... 36

    Figura 3.5- Vasos Pr-purificadores ........................................................................................ 37

    Figura 3.5- Coluna de destilao. ............................................................................................ 39

    Figura 4.1- Grfico da carga instalada na unidade . ................................................................ 41

    Figura 4.2- Representao grfica do consumo de energia eltrica da unidade ...................... 42

    Figura 4.3- Consumo mdio da unidade................................................................................. 43

    Figura 5.1- Relao de Consumo na ponta e fora ponta.......................................................... 45

  • 9

    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1.1 Consumo de Energia Eltrica no Pas EPE / Abril 2010..................................12

    Tabela 3.1 Temperaturas de ebulio em C do O2, N2 e do Ar...........................................38

    Tabela 4.1 Carga Instalada na Unidade.................................................................................40

    Tabela 4.2 Consumo de energia eltrica mensal da unidade.................................................42

    Tabela 5.1 Levantamento contrato do subgrupo A3..............................................................46

    Tabela 5.2 Tarifas da Celpe (Horo-sazonal Azul) Subgrupo A3...........................................47

    Tabela 5.3 Tarifas da Celpe (Horo-sazonal Azul) Subgrupo A1...........................................48

    Tabela 5.4 Levantamento do contrato subgrupo A1..............................................................48

    Tabela 5.5 Comparao motor standard x alto rendimento...................................................52

  • 10

    SUMRIO

    1. INTRODUO .................................................................................................................. 11

    1.1 - Contextualizao do assunto ........................................................................................ 11

    1.2 - Motivao do Trabalho ................................................................................................. 15

    1.3 Objetivos do Trabalho ................................................................................................. 16 1.3.1 Objetivo Geral ....................................................................................................... 16 1.3.2 Objetivo Especfico ............................................................................................... 16

    1.4 Metodologia Utilizada .......

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