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

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO PROJETO FINAL DE CURSO Gerenciamento de Demanda e Eficiência Energética em uma Indústria de Separação de Gases do Ar por CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA Recife, Junho de 2010.

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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 ................................................................................................. 17 1.5 Organizao do Trabalho ............................................................................................. 18

    2. REVISO BIBLIOGRFICA .......................................................................................... 19

    2.1 Histrico ....................................................................................................................... 19 2.2 Aspectos Tarifrios Conceitos Bsicos ..................................................................... 20 2.3 Motores de Alto Rendimento Conceitos Bdicos ..................................................... 26

    3. SEPARAO DOS GASES DO AR ................................................................................ 33

    3.1 Filtragem e Compresso .............................................................................................. 34 3.2 Pr Resfriamento ....................................................................................................... 35 3.3 Purificao ou Pr Purificao .................................................................................. 36 3.4 Separao / Liquefao ................................................................................................ 37 3.5 Separao / Liquefao (Destilao) ........................................................................... 37

    4. CARGA TOTAL INSTALADA NA UNIDADE ............................................................. 40

    4.1 Levantamento da Carga Instalada na Unidade ............................................................. 40 4.2 Contribuio dos Equipamentos no Consumo de Energia Eltrica ............................. 41

    5. DIAGNSTICO ENERGTICO ..................................................................................... 44

    5.1 Anlise Tarifria e Estudo da Curva de Carga ............................................................. 44 5.1.1 Caractersticas da Empresa ................................................................................... 44 5.1.2 Estudo de Caso ...................................................................................................... 44

    5.2 Anlise da troca dos motores existentes por motores de alto rendimento ................... 50 5.1.1 Caractersticas da Empresa ................................................................................... 50 5.1.2 Estudo de Caso ...................................................................................................... 50

    6. VIABILIDADES ................................................................................................................. 53

    6.1 Viabilidade econmica e tempo de retorno do investimento ....................................... 53 7. CONCLUSO E TRABALHOS FUTUROS ................................................................... 55

    7.1 Concluso ..................................................................................................................... 55 7.2 Trabalhos Futuros ......................................................................................................... 55

    8. ANEXOS ............................................................................................................................. 56

    9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................. 58

  • 11

    1. INTRODUO

    1.1 CONTEXTUALIZAO DO ASSUNTO

    Qualquer atividade em uma sociedade moderna s possvel com o uso de uma ou

    mais formas de energia. A energia empregada intensamente na sociedade em geral e em tudo

    o que se faz. Surge ento a necessidade de utiliz-la de modo inteligente e eficaz. E entre as

    suas diferentes formas interessam em particular aquelas que so processadas pela sociedade e

    colocadas disposio dos consumidores onde e quando necessrias e entre estas, cita-se a

    energia eltrica.

    Pode-se afirmar com segurana que a energia eltrica vital ao bem-estar do ser

    humano e ao desenvolvimento econmico no mundo contemporneo. A racionalizao do seu

    uso possibilita melhor qualidade de vida, gerando consequentemente, crescimento econmico,

    emprego e competitividade. Uma Poltica de Ao referente Eficincia Energtica tem como

    meta o emprego de tcnicas e prticas capazes de promover o uso inteligente da energia,

    reduzindo custos e produzindo ganhos de produtividade e de lucratividade, na perspectiva do

    desenvolvimento sustentvel. Postergar parte do investimento no aumento da oferta de energia

    permite ao governo e ao empresrio liberarem recursos para outras prioridades, sem perda de

    qualidade, segurana no abastecimento e com ganhos sociais e ambientais.

    Devido crise econmica de 2009, o foco principal das empresas passou a ser a

    reteno de custos, e entre os vrios custos gerenciveis, seja a empresa do setor industrial ou

    comercial, a energia vem assumindo, cada vez mais, uma importncia crescente, motivada

    pela reduo de custos decorrentes do mercado competitivo, pelas incertezas da

    disponibilidade energtica ou por restries ambientais. De qualquer forma, seja qual for a

    motivao, promover a eficincia energtica essencialmente usar o conhecimento de forma

    aplicada, empregando os conceitos de engenharia, da economia e da administrao aos

    sistemas energticos. Apesar de esta crise ser recente, h anos que engenheiros, economistas e

    executivos envolvidos com o sistema energtico tm sido frequentemente solicitados a

    conservar energia e reduzir desperdcios nos mais variados nveis de produo e consumo.

    So oportunas quaisquer medidas de reduo de perdas e de racionalizao tcnico-

  • 12

    econmica dos fatores de produo, observando a importncia que o suprimento de

    eletricidade e combustveis apresentam em todos os processos produtivos.

    No decorrer deste trabalho sero mostradas algumas formas de se consumir energia de

    um jeito eficiente, que alm de tornar cada vez mais eficientes as instalaes, sistemas e

    equipamentos devem tambm, avaliar o montante de energia ou demanda energtica

    necessria ao atendimento de suas necessidades atuais e futuras, bem como adquirir ou

    contratar no mercado essa disponibilidade energtica. Essa aquisio pode ser feita atravs do

    Ambiente de Contratao Regulado (ACR) consumo cativo ou do Ambiente de Contratao

    Livre (ACL) consumo livre, ou ainda ocorrer totalmente ou parcialmente atravs da auto-

    produo de energia eltrica ou cogerao.

    A energia eltrica amplamente utilizada independente do lugar, seja em uma

    residncia, prdio comercial ou indstria de grande porte. Em relao a sua obteno, hoje se

    tem vrios meios de gerao: hidreltrica, trmica, elica, termonuclear. No Brasil, as

    hidreltricas respondem por 77,61% da capacidade instalada para gerao de energia eltrica.

    A energia originada nas termeltricas representa 20,18% do total. As termonucleares so

    responsveis por 2,20%. Os cenrios acima descritos indicam que as termeltricas, de

    construo mais rpida, tendem a aumentar a sua participao na matriz brasileira, como uma

    forma de a oferta responder mais prontamente ao crescimento da demanda. Alm de a energia

    hidreltrica ser menos prejudicial ao meio ambiente, um tipo de energia bastante eficiente, a

    sua eficincia de aproximadamente 95%. O investimento inicial e os custos de manuteno

    so elevados, porm, o custo do combustvel, que a gua, nulo.

    A classe de maior consumo no Brasil a industrial, como mostrado na tabela 1.1.

    Com aproximadamente 43% no ano de 2009, segundo a tabela 1.1 de consumo de energia

    eltrica no Brasil fornecida pela Empresa de Pesquisa Energtica (EPE). E dentro destes 43%

    consumidos pela indstria os motores so responsveis por 55% como mostrado na figura

    1.1. At o primeiro trimestre de 2010, em relao ao ano anterior, o consumo de energia

    eltrica cresceu em 9,3%, sendo que a indstria contribuiu com um crescimento de 13% em

    relao ao ano passado.

  • 13

    Tabela 1.1 Consumo de energia eltrica do pas 2009

    Consumo de Energia (GWh)

    Brasil 388.204 100,00%

    Residencial 100.638 25,92%

    Industrial 165.632 42,67%

    Comercial 65.567 16,89%

    Outros 56.368 14,52% Fonte: EPE Abril 2010

    Figura 1.1 Consumo de Energia Eltrica no setor industrial. Fonte: Procel

    Em um estudo realizado na Europa, dos 1150 Tera Watt hora (TWh) consumidos em

    2007 aproximadamente 680 TWh eram consumidos por sistemas motrizes, isto ,

    compressores, sistemas de refrigerao, bombas, ventiladores e outros equipamentos. A

    grande parte do consumo de motores eram motores de pequeno e mdio porte (1,1 quilowatt

    (kW) a 11 kW). Tipicamente, motores eltricos so partes de sistemas motrizes, sendo

    responsveis pela converso eletromecnica. Portanto, o consumo de energia eltrica dos

    sistemas motrizes era correspondente ao consumo de energia dos motores eltricos. Assim

    como no Brasil, na Europa o motor eltrico o mais importante tipo de carga na indstria. No

    Brasil, o motor consome cerca de 50% do total da indstria e na Europa esse nmero chega a

    60%.

    Foi visto neste estudo que poderia ser obtida uma economia de mais de 25% com a

    eficincia energtica em sistemas motrizes nas indstrias, esse nmero poderia ser conseguido

    com o uso de motores de alto rendimento, usando acionamentos de velocidade varivel e

    otimizando os sistemas que incorporam os motores eltricos, incluindo componentes

    mecnicos e sistemas de distribuio.

    Em 1999, foi feito um acordo entre os fabricantes de motores e a comisso europeia

  • 14

    que representou aproximadamente 80% da produo de motores padres. Os motores foram

    divididos em trs categorias: EFF1 altamente eficiente, EFF2 eficincia moderada e EFF3

    baixa eficincia. A meta do acordo era diminuir a comercializao de motores de baixo

    rendimento em 50% em relao ao ano de 1998. Em 2007, os EFF3 representavam apenas 2%

    das novas vendas no mercado e os EFF1 apareciam com 12%. As vendas de motores e a

    classificao de seu rendimento vm sendo monitoradas e mostrou que nos anos mais recentes

    os motores de 4 e 2 polos trifsicos industriais na faixa de potncia de 1 a 90 kW so os

    maiores responsveis pelo grande consumo de energia e com esse acordo, os fabricantes de

    motores praticamente no vendem mais os de baixo rendimento. A figura 1.2 mostra o grfico

    desta evoluo da venda de motores em relao aos seus respectivos rendimentos.

    Figura 1.2 Evoluo das vendas em relao eficincia dos motores na Europa Fonte: CEMEP

    No decorrer do trabalho ser visto que em uma unidade separadora dos gases do ar o

    maior consumo de energia vem do uso dos compressores, sendo vivel um estudo de caso

    para possivelmente efetuar a troca de seus motores pelos de alto rendimento.

    Este trabalho consiste em diagnosticar as condies de uso da energia eltrica em uma

    unidade separadora de gases do ar, mostrando os mtodos utilizados para a eficincia

    energtica e analisando possveis melhorias para diminuio de custo de energia eltrica da

    unidade.

  • 15

    1.2 MOTIVAO DO TRABALHO

    A produo de energia eltrica , entre as atividades desenvolvidas pelo homem, uma

    das mais intensivas em recursos naturais, produzindo importantes alteraes no ambiente,

    muitas vezes negativas. Considerando a importncia crescente da energia para o bem estar da

    populao e para continuidade das atividades econmicas, a busca por um desenvolvimento

    sustentvel passa necessariamente pelo aumento da eficincia e conservao energtica,

    aliadas ao uso de uma variedade de fontes renovveis o mais breve possvel.

    A indstria de separao dos gases do ar uma grande consumidora de energia eltrica

    devido ao seu processo ser eletrointensivo, isto , requer uma grande quantidade de energia.

    Em um tipo dessa indstria so necessrios poucos operadores devido ao seu sistema ser

    totalmente automatizado. A produo dos gases pode ser praticamente 100% operada

    remotamente sendo ela totalmente dependente da energia eltrica. Se ocorrer uma falha no

    fornecimento de energia, toda a indstria para e vlvulas eletromecnicas normalmente

    abertas, com a falta de corrente em seu circuito fecham automaticamente para evitar a

    contaminao do produto. So duas matrias primas necessitadas para a separao dos gases

    do ar, o ar e energia eltrica, onde esta ltima representa um pouco mais de 60% do valor final

    do produto. Dentro desse aspecto da indstria visto como a energia eltrica importante

    neste tipo de indstria, o que leva ao constante monitoramento e avaliao de consumo de

    energia.

    Com a eficincia energtica o meio ambiente sofre menos com a construo de novas

    fontes de energia como as hidreltricas. Com o pensamento de consumir menos e de forma

    mais racional possvel a energia eltrica, o crescimento do consumo ser de forma mais lenta.

    Para que se consuma a energia eltrica com eficincia, so necessrios estudo e

    desenvolvimento tecnolgico de equipamentos e mquinas que estejam cada vez mais

    produzindo da mesma forma e consumindo cada vez menos.

  • 16

    1.3 OBJETIVOS DO TRABALHO

    1.3.1 Objetivo Geral

    O presente projeto tem como objetivo geral apresentar as medidas tomadas em uma

    unidade de separao de gases do ar para uma eficincia energtica que alm de minorar o

    custo de energia eltrica aumente a produo de gases liquefeitos na planta.

    1.3.2 Objetivos Especficos

    O projeto tem os seguintes objetivos especficos:

    Apresentar as aes tomadas por uma unidade de separao de gases do ar para

    utilizao da energia eltrica de forma eficiente;

    Apresentar formas de diagnsticos para o uso de energia eltrica deixando um

    conhecimento bsico de como fazer um diagnstico energtico;

    Estudar possveis alteraes na planta para diminuir o gasto de energia sem perda de

    produo;

    Estimular a implantao de programas de gerenciamento energtico em unidades

    industriais.

  • 17

    1.4 METODOLOGIA UTILIZADA

    Foram usadas literaturas existentes que abordam esses temas para o aprofundamento

    terico sobre o que eficincia energtica. Foram usados tambm, programas que auxiliam na

    interpretao dos casos. Dados coletados na unidade tambm fazem parte do escopo deste

    trabalho, porm os dados de consumo de energia eltrica e valores em reais do custo da

    energia eltrica foram estimados devido aos dados serem de natureza confidencial da

    empresa.

    O desenvolvimento da soluo concretizado a partir da realizao de diagnsticos

    energticos que constaram numa sequncia de atividades, tais como:

    Estudo da curva de carga, que mostra o comportamento dirio do consumo de potncia

    eltrica em funo do nmero de cargas ligadas e da potncia consumida. Participao

    de cada segmento no consumo de energia eltrica.

    Estudo da tarifao, que importante compreender a sua estrutura e como so

    calculados os valores de energia eltrica. um parmetro importante para a correta

    tomada de deciso em projetos envolvendo a conservao de energia. Envolvendo

    tambm a compra de energia no mercado livre.

    Estudo dos equipamentos, que de fundamental importncia para se obter resultados

    mais precisos de eficincia.

    No final deste projeto so apresentados os resultados obtidos e suas interpretaes,

    definindo quais estudos em questo se aplicam ou no na eficincia energtica, juntamente

    com a relao de custo-benefcio.

  • 18

    1.5 ORGANIZAO DO TRABALHO

    O projeto ser divido em cinco captulos principais, sero eles:

    Captulo 1 Introduo: Neste ser apresentado a importncia da eficincia

    energtica perante toda a sociedade e o conceito de eficincia energtica. Tambm foi falado

    neste captulo sobre a motivao do trabalho, objetivos, metodologia utilizada.

    Captulo 2 Histrico: apresentado uma cronologia do comeo da separao dos

    gases do ar.

    Captulo 3 Separao dos gases do ar: Esta parte mostra o processo de separao

    na indstria, um breve passo a passo da produo do oxignio, nitrognio e argnio liquido

    temperaturas criognicas.

    Captulo 4 Carga instalada total na unidade de separao dos gases do ar: Onde ser

    mostrado o consumo estimado da unidade, o levantamento de carga, separados quais os

    equipamentos mais consumidores de energia eltrica.

    Captulo 5 Diagnstico Energtico: Vo ser analisadas as condies de

    funcionamento da unidade em relao eficincia energtica propriamente dita. Apresentando

    quais medidas tomadas pela empresa para o melhor uso da energia eltrica sem deixar de

    atender o mercado.

    Captulo 6 Viabilidades: Nesta etapa ser analisada alguma possibilidade de

    melhoria juntando o aperfeioamento tcnico da eficincia energtica com o custo. Mostrar

    possveis ideias a serem implantadas verificando o retorno do investimento se o houver.

    Captulo 7 Concluso e Trabalhos futuros: Com a finalizao do estudo de

    eficincia, ser apresentado um diagnstico final com todas as etapas anteriores e possveis

    estudos mais especficos para melhorar o uso da energia eltrica da unidade.

  • 19

    2. REVISO BIBLIOGRFICA

    2.1 HISTRICO

    Cronologia dos eventos histricos ligados separao do ar atmosfrico.

    1862 - Alexander C. Kirk, um engenheiro escocs construiu a primeira mquina industrial

    para produo de ar frio.

    1892 - James Dewar desenvolveu um recipiente isolado vcuo para a estocagem de fluidos

    criognicos.

    1895 - Carl Von Linde desenvolveu (em escala industrial) e patenteou um processo de

    liquefao e separao de ar.

    1902 - A produo de oxignio puro e nitrognio foi obtido de forma comercial, pelo filho de

    Carl Von Linde, Friedrich, utilizando processo de retificao. No mesmo ano, Georges Claude

    desenvolveu um sistema prtico para liquefao do ar, atravs de uma mquina de expanso.

    Neste mesmo ano, ele fundou a lAir Liquide para comercializar o seu sistema.

    1910 - Linde AG desenvolveu a coluna dupla de separao de ar

    1912 - Instalada a primeira planta de oxignio no Brasil, no Rio de Janeiro, como mostrada na

    figura 2.1. Neste mesmo ano, a Linde Air Produtcs, nos Estados Unidos construiu sua

    primeira planta de separao de ar.

    1930 - Iniciado o uso de bombas para oxignio lquido.

    1932 - A distribuio de produtos lquidos iniciada nos Estados Unidos.

    1937 - O uso de recipientes isolados a vcuo e perlita iniciado, em escala comercial, nos

    Estados Unidos.

    1948 - Iniciada a instalao de grandes plantas nos Estados Unidos.

    1953 - A distribuio de produtos lquidos iniciada no Brasil.

    1970 - Iniciada a instalao de grandes plantas de oxignio no Brasil.

    1990 - Instalada nos EUA a primeira adsoro na presso do vcuo (VPSA Vacuum Pressure

    Swing Adsorption) planta no-criognica.

    1994 - Instalada a primeira VPSA no Brasil.

  • 20

    Figura 2.1 - Primeira Fbrica de Oxignio instalada no Brasil.

    2.2 ASPECTOS TARIFRIOS CONCEITOS BSICOS

    Seguem adiante conceitos obtidos na resoluo 456 da ANEEL (Agncia Nacional de

    Energia Eltrica) que ajudam a entender da melhor forma este captulo.

    Carga Instalada: soma das potncias nominais dos equipamentos eltricos instalados

    na unidade consumidora, em condies de entrar em funcionamento, expressa em quilowatts

    (kW).

    Concessionria ou permissionria: agente titular de concesso ou permisso federal

    para prestar o servio pblico de energia eltrica, referenciado, doravante, apenas pelo termo

    concessionria.

    Consumidor: pessoa fsica ou jurdica, ou comunho de fato ou de direito, legalmente

    representada, que solicitar a concessionria o fornecimento de energia eltrica e assumir a

    responsabilidade pelo pagamento das faturas e pelas demais obrigaes fixadas em normas e

  • 21

    regulamentos da ANEEL, assim vinculando-se aos contratos de fornecimento, de uso e de

    conexo ou de adeso, conforme cada caso.

    Consumidor livre: consumidor que pode optar pela compra de energia eltrica junto a

    qualquer fornecedor, conforme legislao e regulamentos especficos.

    Contrato de adeso: instrumento contratual com clusulas vinculadas s normas e

    regulamentos aprovados pela ANEEL, no podendo o contedo das mesmas ser modificado

    pela concessionria ou consumidor, a ser aceito ou rejeitado de forma integral.

    Contrato de fornecimento: instrumento contratual em que a concessionria e o

    consumidor responsvel por unidade consumidora do Grupo A ajustam as caractersticas

    tcnicas e as condies comerciais do fornecimento de energia eltrica.

    Contrato de uso e de conexo: instrumento contratual em que o consumidor livre

    ajusta com a concessionria as caractersticas tcnicas e as condies de utilizao do sistema

    eltrico local, conforme regulamentao especfica.

    Demanda: mdia das potncias eltricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema

    eltrico pela parcela da carga instalada em operao na unidade consumidora, durante um

    intervalo de tempo especificado.

    Demanda contratada: demanda de potncia ativa a ser obrigatria e continuamente

    disponibilizada pela concessionria, no ponto de entrega, conforme valor e perodo de

    vigncia fixados no contrato de fornecimento e que dever ser integralmente paga, seja ou no

    utilizada durante o perodo de faturamento, expressa em quilowatts (kW).

    Demanda de ultrapassagem: parcela da demanda medida que excede o valor da

    demanda contratada, expressa em quilowatts (kW).

    Demanda faturvel: valor da demanda de potncia ativa, identificado de acordo com

    os critrios estabelecidos e considerada para fins de faturamento, com aplicao da respectiva

    tarifa, expressa em quilowatts (kW).

  • 22

    Demanda medida: maior demanda de potncia ativa, verificada por medio,

    integralizada no intervalo de 15 (quinze) minutos durante o perodo de faturamento, expressa

    em quilowatts (kW).

    Energia eltrica ativa: energia eltrica que pode ser convertida em outra forma de

    energia, expressa em quilowatts-hora (kWh).

    Energia eltrica reativa: energia eltrica que circula continuamente entre os diversos

    campos eltricos e magnticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho,

    expressa em quilovolt-ampre-reativo-hora (kvarh).

    Estrutura tarifria: conjunto de tarifas aplicveis s componentes de consumo de

    energia eltrica e/ou demanda de potncia ativas de acordo com a modalidade de

    fornecimento.

    Estrutura tarifria convencional: estrutura caracterizada pela aplicao de tarifas de

    consumo de energia eltrica e/ou demanda de potncia independentemente das horas de

    utilizao do dia e dos perodos do ano.

    Estrutura tarifria horo-sazonal: estrutura caracterizada pela aplicao de tarifas

    diferenciadas de consumo de energia eltrica e de demanda de potncia de acordo com as

    horas de utilizao do dia e dos perodos do ano, conforme especificao a seguir:

    a) Tarifa Azul: modalidade estruturada para aplicao de tarifas diferenciadas de

    consumo de energia eltrica de acordo com as horas de utilizao do dia e os

    perodos do ano, bem como de tarifas diferenciadas de demanda de potncia

    de acordo com as horas de utilizao do dia.

    b) Tarifa Verde: modalidade estruturada para aplicao de tarifas diferenciadas

    de consumo de energia eltrica de acordo com as horas de utilizao do dia e

    os perodos do ano, bem como de uma nica tarifa de demanda de potncia.

  • 23

    c) Horrio de ponta (P): perodo definido pela concessionria e composto por 3

    (trs) horas dirias consecutivas (17:30 s 20:30), exceo feita aos sbados,

    domingos e feriados nacionais, considerando as caractersticas do seu sistema

    eltrico.

    d) Horrio fora de ponta (FP): perodo composto pelo conjunto das horas

    dirias consecutivas e complementares quelas definidas no horrio de ponta.

    e) Perodo mido (U): perodo de 5 (cinco) meses consecutivos, compreendendo

    os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do

    ano seguinte.

    f) Perodo seco (S): perodo de 7 (sete) meses consecutivos, compreendendo os

    fornecimentos abrangidos pelas leituras de maio a novembro.

    Fator de carga: razo entre a demanda mdia e a demanda mxima da unidade

    consumidora, ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado.

    Fator de demanda: razo entre a demanda mxima num intervalo de tempo

    especificado e a carga instalada na unidade consumidora.

    Fator de potncia: razo entre a energia eltrica ativa e a raiz quadrada da soma dos

    quadrados das energias eltricas ativa e reativa, consumidas num mesmo perodo

    especificado.

    Fatura de energia eltrica: nota fiscal que apresenta a quantia total que deve ser paga

    pela prestao do servio pblico de energia eltrica, referente a um perodo especificado,

    discriminando as parcelas correspondentes.

    Grupo A: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em

    tenso igual ou superior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tenso inferior a 2,3 kV a partir de

  • 24

    sistema subterrneo de distribuio e faturadas neste Grupo nos termos definidos no art. 82,

    caracterizado pela estruturao tarifria binmia e subdividido nos seguintes subgrupos:

    a) Subgrupo A1 - tenso de fornecimento igual ou superior a 230 kV;

    b) Subgrupo A2 - tenso de fornecimento de 88 kV a 138 kV;

    c) Subgrupo A3 - tenso de fornecimento de 69 kV;

    d) Subgrupo A3a - tenso de fornecimento de 30 kV a 44 kV;

    e) Subgrupo A4 - tenso de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV;

    f) Subgrupo AS - tenso de fornecimento inferior a 2,3 kV, atendidas a partir de

    sistema subterrneo de distribuio e faturadas neste Grupo em carter

    opcional.

    Grupo B: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em

    tenso inferior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tenso superior a 2,3 kV e faturadas neste

    Grupo nos termos definidos nos arts. 79 a 81, caracterizado pela estruturao tarifria

    monmia e subdividido nos seguintes subgrupos:

    a) Subgrupo B1 - residencial;

    b) Subgrupo B1 - residencial baixa renda;

    c) Subgrupo B2 - rural;

    d) Subgrupo B2 - cooperativa de eletrificao rural;

    e) Subgrupo B2 - servio pblico de irrigao;

    f) Subgrupo B3 - demais classes;

    g) Subgrupo B4 - iluminao pblica.

    Iluminao Pblica: servio que tem por objetivo prover de luz, ou claridade

    artificial, os logradouros pblicos no perodo noturno ou nos escurecimentos diurnos

    ocasionais, inclusive aqueles que necessitam de iluminao permanente no perodo diurno.

    Pedido de fornecimento: ato voluntrio do interessado que solicita ser atendido pela

    concessionria no que tange prestao de servio pblico de fornecimento de energia

    eltrica, vinculando-se s condies regulamentares dos contratos respectivos.

  • 25

    Ponto de entrega: ponto de conexo do sistema eltrico da concessionria com as

    instalaes eltricas da unidade consumidora, caracterizando-se como o limite de

    responsabilidade do fornecimento.

    Potncia: quantidade de energia eltrica solicitada na unidade de tempo, expressa em

    quilowatts (kW).

    Potncia disponibilizada: potncia que o sistema eltrico da concessionria deve

    dispor para atender s instalaes eltricas da unidade consumidora, segundo os critrios

    estabelecidos nesta Resoluo e configurada nos seguintes parmetros:

    a) unidade consumidora do Grupo A: a demanda contratada, expressa em

    quilowatts (kW);

    b) unidade consumidora do Grupo B: a potncia em kVA, resultante da

    multiplicao da capacidade nominal ou regulada, de conduo de corrente

    eltrica do equipamento de proteo geral da unidade consumidora pela tenso

    nominal, observado no caso de fornecimento trifsico, o fator especfico

    referente ao nmero de fases.

    Potncia instalada: soma das potncias nominais de equipamentos eltricos de

    mesma espcie instalados na unidade consumidora e em condies de entrar em

    funcionamento.

    Subestao: parte das instalaes eltricas da unidade consumidora atendida em

    tenso primria de distribuio que agrupa os equipamentos, condutores e acessrios

    destinados proteo, medio, manobra e transformao de grandezas eltricas.

    Tarifa: preo da unidade de energia eltrica e/ou da demanda de potncia ativas.

    Tarifa monmia: tarifa de fornecimento de energia eltrica constituda por preos

    aplicveis unicamente ao consumo de energia eltrica ativa.

  • 26

    Tarifa binmia: conjunto de tarifas de fornecimento constitudo por preos aplicveis

    ao consumo de energia eltrica ativa e demanda faturvel.

    Tarifa de ultrapassagem: tarifa aplicvel sobre a diferena positiva entre a demanda

    medida e a contratada, quando exceder os limites estabelecidos.

    Tenso secundria de distribuio: tenso disponibilizada no sistema eltrico da

    concessionria com valores padronizados inferiores a 2,3 kV.

    Tenso primria de distribuio: tenso disponibilizada no sistema eltrico da

    concessionria com valores padronizados iguais ou superiores a 2,3 kV.

    Unidade consumidora: conjunto de instalaes e equipamentos eltricos

    caracterizados pelo recebimento de energia eltrica em um s ponto de entrega, com medio

    individualizada e correspondente a um nico consumidor.

    Valor lquido da fatura: valor em moeda corrente resultante da aplicao das

    respectivas tarifas de fornecimento, sem incidncia de imposto, sobre as componentes de

    consumo de energia eltrica ativa, de demanda de potncia ativa, de uso do sistema, de

    consumo de energia eltrica e demanda de potncia reativas excedentes.

    2.3 MOTORES DE ALTO RENDIMENTO CONCEITOS BSICOS

    Motor eltrico de alto rendimento um motor que possui rendimento superior ao

    motor standard, gera baixas perdas, reduz significativamente a elevao de temperatura com

    consequente aumento da vida til. Esses motores so projetados para, fornecendo a mesma

    potncia til (na ponta do eixo) que outros tipos de motores, consumirem menos energia

    eltrica da rede (maior rendimento).

    Os motores de alto rendimento apresentam as seguintes caractersticas:

    Chapas metlicas de maior qualidade;

    Maior volume de cobre, o que reduz a temperatura de operao;

    Enrolamentos especiais, que produzem menos perdas estatricas;

    Rotores tratados termicamente, reduzindo perdas rotricas;

  • 27

    Altos fatores de enchimentos das ranhuras, que provm melhor dissipao do

    calor gerado;

    Anis de curto-circuito dimensionados para reduzir as perdas joule;

    Projetos de ranhuras do motor so otimizados para incrementar rendimento;

    A eficincia energtica em motores muito importante no s pelo falo j comentado

    anteriormente de representarem 55% do total consumido pela indstria no pas,

    correspondendo a 24% do consumo global, como tambm porque promove a racionalizao

    da produo e do consumo de energia eltrica, eliminando os desperdcios e diminuindo os

    custos. Portanto, na especificao de motores para novos empreendimentos deve-se sempre

    optar por motores de alto rendimento.

    importante destacar que, to importante quanto escolher um motor de alto

    rendimento, necessrio fazer seu correto dimensionamento. Os motores de alto rendimento

    so totalmente intercambiveis com os da linha standard existentes no mercado, o que deixa a

    zero algum custo excedente na troca desses motores. A figura 2.2 mostra um exemplo de

    standard x alto rendimento de 20 cavalos a vapor (cv) de 4 polos e a 2.3 mostra um grfico

    apresentando a diferena de rendimento entre os dois motores.

    Figura 2.2 Comparao entre motor standard e alto rendimento

  • 28

    Figura 2.3 Curva de comparao de rendimento entre motor standard x alto rendimento

    Alm da utilizao de um motor de alto rendimento, fundamental uma especificao

    correta do motor para se obter a melhor performance no seu consumo de energia eltrica.

    Quando um motor trabalha de maneira constante, acionando uma carga constante

    durante muito tempo, diz-se que o motor est trabalhando no regime contnuo, denominado de

    S1 pela NBR 7410 da ABNT. Neste regime de trabalho o motor aciona uma carga constante

    durante um tempo suficientemente longo para ele atingir sua temperatura de equilbrio

    trmico, est mostrado na figura 2.4. A partir da, comum seu funcionamento se prolongar

    por vrias horas, dias, ou meses, sem interrupes. Os exemplos de mquinas que trabalham

    em regime S1 so os ventiladores, exautores, bombas centrfugas, compressores de ar, bombas

    de alimentao de caldeira a vapor entre outras.

  • 29

    Figura 2.4 Curva de um motor em regime de trabalho contnuo S1

    Para a escolha de um motor para acionar qualquer um desses tipos de mquinas

    preciso conhecer, mesmo que aproximadamente, a potncia requerida pela mquina. O motor,

    escolhido pelos catlogos dos fabricantes, dever ter uma potncia igual ou superior

    potncia requerida pela mquina, quando o acoplamento for direto. Se o acoplamento for

    efetuado por um redutor ou multiplicador de velocidades, a potncia fornecida pelo motor

    dever ser acrescida da perda no acoplamento. Mesmo naqueles casos em que a potncia

    padronizada do motor, no catlogo, seja ligeiramente menor do que a da mquina, deve-se

    sempre escolher o motor de potncia imediatamente acima da potncia requerida da mquina,

    a menos que o motor possua Fator de Servio (fator que multiplica a potncia nominal do

    motor, dando-lhe condies de operar com sobrecarga contnua) maior que um. Com a

    escolha do motor sendo feita por estes critrios, a possibilidade de superaquecimento fica

    descartada, pois a elevao de temperatura mxima permitida para sua classe de isolamento

    trmico nunca ser ultrapassada nas condies nominais de operao.

    Uma variao desse regime, que ocorre muito na prtica, o regime contnuo com

    carga varivel, que um regime de trabalho em a carga no eixo do motor contnua, porm,

    varia ao longo do tempo. A velocidade do motor considerada constante para todas as

    condies de carga. Um exemplo deste tipo de carga pode ser encontrado nas bombas que

    enchem os tanques criognicos de armazenamento de produtos da unidade separadora de

  • 30

    gases. Neste caso o calculo da potncia requerida torna-se um pouco mais complexo, no se

    devendo escolher a potncia do motor pelo mximo valor da carga do diagrama, pois o motor

    funcionaria superdimensionado a maior parte do tempo, nem pelo menor valor, neste caso, ao

    contrrio, ele funcionaria subdimensionado. No primeiro caso, teramos um motor

    antieconmico, devido potncia sobrando no motor; no segundo, um motor cuja vida til

    seria encurtada ou, devido ao aquecimento do enrolamento pela sobrecarga, um defeito por

    causa da destruio precoce do isolamento. A escolha pela potncia mdia tambm no seria

    uma soluo correta, pois no se estaria levando em considerao as perdas eltricas que

    poderiam provocar superaquecimento do motor durante os perodos em que ele funcionaria

    com carga maior que sua potencia nominal. A escolha da potncia do motor para acionar uma

    mquina que opera com carga varivel, pela mdia das potncias requeridas durante o perodo

    de operao, s seria acessvel quando as flutuaes da carga fossem pequenas.

    A figura 2.5 mostra um diagrama de carga de uma mquina em que a carga varia de

    forma discreta, isto , durante os perodos de operao ela se mantm constante. Nas

    mquinas reais isto pode no acontecer, durante os perodos podem ocorrer variaes da carga

    de forma contnua. Porm, sempre possvel, por mtodos aproximativos, transformar estas

    variaes contnuas em variaes discretas.

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

    Para especificar o motor adequado para realizar o acionamento desta mquina utiliza-

    se o mtodo da corrente equivalente. baseado no princpio do valor eficaz de uma corrente

  • 31

    varivel, isto , o calor produzido por uma corrente varivel no tempo igual ao calor

    produzido por uma corrente contnua equivalente. No caso de uma corrente alternada

    senoidal, i=Im sem t, o valor eficaz equivalente igual a , sendo Im a amplitude

    senoidal da onda. Este valor obtido a partir da expresso seguinte, sendo T o perodo da

    onda senoidal.

    Assim, sob o ponto de vista trmico, o motor estar corretamente escolhido se a sua

    corrente nominal for igual ou maior do que a corrente equivalente eficaz correspondente s

    variaes da corrente requerida pelo motor durante o seu perodo de operao, isto , InIeq.

    Para o diagrama da figura 2.5, esta corrente equivalente ser calculada conforme a equao

    seguinte.

    Pode-se escrever uma equao semelhante em que se substitui, no diagrama de carga,

    a corrente pela potncia mecnica fornecida pelo motor, como est na figura 2.6.

    Figura 2.6 Curva de um motor em regime de trabalho contnuo com potncia varivel.

  • 32

    Isto possvel porque, nos motores de induo, para variaes da carga dentro de

    limites comparativamente prximos, o fator de potncia e o rendimento permanecem

    praticamente constantes, o que permite estabelecer uma relao direta entre a corrente e a

    potncia mecnica fornecida no eixo. O motor ser ento escolhido pelo mtodo da potncia

    equivalente, como indicado na expresso a seguir.

    Aps o motor ter sido escolhido sob o ponto de vista trmico, deve-se verificar se ele

    atende aos requisitos de ordem mecnica, isto , se o seu conjugado mximo maior que o

    mximo conjugado exigido pela carga durante o perodo. O motor estar escolhido

    corretamente, sob o ponto de vista mecnico, se for observada a relao abaixo:

    Sendo PN a potncia nominal do motor escolhido e Pmx a mxima potncia do

    diagrama de carga. o fator de sobrecarga momentnea do motor escolhido, sendo um dado

    fornecido pelo catlogo do fabricante, normalmente expresso pela relao . Se a

    condio acima no for satisfeita, deve-se escolher um motor de potncia imediatamente

    superior.

  • 33

    3. SEPARAO DOS GASES DO AR

    As plantas de separao de gases produzem nitrognio, oxignio e argnio usando

    apenas ar e energia eltrica como matrias primas.

    O processo de produo criognica, usando a destilao de componentes a baixssimas

    temperaturas, garante a pureza desejada.

    As etapas mais importantes da produo criognica de gases do ar esto mostradas na

    figura 3.1 e so elas:

    1. Filtragem e compresso do ar O ar filtrado do meio ambiente e

    comprimido para gerar o fluxo do processo.

    2. Pr-resfriamento O ar passar por trocadores de calor que iro secar o ar

    fazendo com que seja separada a gua do ar.

    3. Purificao Nesta etapa so removidos os contaminantes, incluindo vapor de

    gua e CO2 (que iro formar blocos de gelo durante o processo de destilao) e

    hidrocarbonetos.

    4. Destilao / separao dos componentes Trocadores de calor resfriam o ar a

    temperaturas criognicas (aproximadamente a -185 C). Na coluna de destilao, os

    componentes do ar so separados pelo seu ponto de ebulio.

    5. Armazenamento na forma lquida Neste processo os produtos esto livres de

    contaminao qumica ou biolgica. Na figura 3.2 so mostrados tanques de armazenamento

    dos produtos no estado lquido a temperatura criognica.

  • 34

    Figura 3.1 Esquema simplificado do processo de separao dos gases do ar

    Figura 3.2 Tanques de estocagem e coluna de destilao.

    3.1 FILTRAGEM E COMPRESSO

    Partculas suspensas so retidas por uma filtragem mecnica. O filtro composto por

    uma manta com a finalidade de retirar impurezas slidas do ar puxado para dentro do

  • 35

    processo como areia, folhas, qualquer material em suspenso no ar. Depois de filtrado, o ar

    comprimido da presso atmosfrica e elevado at a presso de trabalho da coluna inferior

    que aproximadamente de sete bar. O ar comprimido em vrios estgios inter-resfriados

    onde parte da umidade removida antes de seguir para as etapas de pr-resfriamento e

    purificao. Na figura 3.3 so mostradas essas duas etapas iniciais do processo de separao

    de gases do ar.

    A compresso do ar, alm de ajudar na remoo da umidade, fornece o head

    necessrio para que a expanso do mesmo seja realizada fornecendo refrigerao planta.

    Figura 3.3 Etapa de filtragem e compresso de uma unidade

    3.2 PR RESFRIAMENTO

    Devido a compresso, a temperatura do ar aumentada. No possvel seguir para a

    etapa de purificao com a temperatura do ar alta, pois, nesta condio, h muita umidade em

    forma de vapor que no pode ser passado adiante, pois, em temperaturas criognicas (abaixo

    de -150C), o vapor se transformaria em pequenos pedaos de gelo obstruindo o processo,

    alm de o vapor conter substncias contaminantes para o processo.

    Portanto, feito o resfriamento via resfriador (Chiller) quando a presso do ar de

    aproximadamente 7 bar ou via ps resfriamento de contato direto (DCA Direct Contact

    Aftercooler), ilustrado na figura 3.4, quando a presso do ar mais elevada. Neste segundo

    caso, a elevao da presso permite que, mesmo com um menor resfriamento, grande parte da

    umidade seja removida. A principal funo desta etapa de secar o ar fazendo com que as

    molculas de guas que esto na forma de vapor de gua se condensem para que possa ser

    feita a separao da gua e do ar.

  • 36

    Figura 3.4 Pr-resfriamento de uma unidade

    3.3 PURIFICAO OU PRPURIFICAO

    Nesta etapa so dois vasos que trabalham em escalas, a figura 3.5 exemplifica esses

    dois vasos, quando um est operando o outro est sendo limpo. Nos vasos purificadores

    encontra-se o molecular ativo, a primeira molecular, que so malhas que servem para reter

    hidrocarbonetos (componente que em contato com oxignio lquido gera uma exploso), o

    restante da gua que ainda tenha sobrado depois do pr-resfriamento e dixido de Carbono

    (CO2) contido no ar, isto porque como foi dito anteriormente, a gua no processo de separao

    congelaria e obstruiria o processo devido a sua temperatura de solidificao ser 0C (zero

    grau Celcius) e a temperatura na separao (destilao) de aproximadamente -180C, o

    mesmo motivo para o CO2 que congela na temperatura de -78C e tambm obstruiria o

    processo, j o hidrocarboneto que o contaminante mais grave, pois na coluna de destilao

    onde teremos oxignio lquido, a reao destes dois elementos, hidrocarboneto e oxignio

    lquido, causa uma combusto instantnea gerando uma exploso. Esses trs contaminantes

    ficam absorvidos nas paredes do molecular ativo e na sada do vaso estar um ar purificado

    para seguir para a coluna de destilao.

    Por medida de segurana, aps os pr-purificadores encontramos o analisador de CO2

    como forma de garantia que o pr-purificador esteja funcionando corretamente. A

    especificao de 2 parte por milho (ppm) de CO2, caso passe deste valor o sistema

    automaticamente alerta o operador que dever tomar aes para no por em risco a operao,

    se chegar a um valor de 10 ppm, a planta para automaticamente. A anlise feita apenas para

    DCA

  • 37

    o CO2 pelo fato de ser o elemento de maior dificuldade de apreenso do catalisador,

    garantindo que no est passando CO2 certo de que no est passando nem umidade nem

    hidrocarbonetos. Aps o analisador o ar chega caixa fria (ColdBox).

    Figura 3.5 Vasos Pr-Purificadores

    3.4 SEPARAO / LIQUEFAO

    O ar limpo e seco segue ento para a cold box onde ficam as colunas de destilao e os

    trocadores, onde o ar vai a temperatura criognica propriamente dita. Nesta etapa, o ar

    resfriado at aproximadamente seu ponto de liquefao no trocadores de calor mltiplos

    passes (PHX) , caso a planta possua vasos pr-purificadores, ou no trocadores de calor de

    passes reversveis (RHX), neste caso, o resfriamento feito juntamente com a remoo de

    contaminantes. O frio necessrio ao processo pode ser obtido atravs de turbinas de expanso,

    liquefadores ou uma combinao de ambos. O liquefador constitudo de uma srie de

    equipamentos como compressores, boosters, turbinas de expanso e trocadores de calor

    criognicos com o objetivo de produzir lquido. Depois de resfriado, o ar segue para as

    colunas de destilao onde seus principais componentes so separados.

    A refrigerao necessria para o processo obtida via turbina de expanso ou via

    liquefadores, dependendo do ciclo da planta.

    3.5 SEPARAO / LIQUEFAO (DESTILAO)

    A destilao o processo pelo qual componentes de uma mistura que possuem

  • 38

    presses de vapor diferentes so separados. A presso de vapor de um lquido est associada a

    sua temperatura de ebulio, quanto maior a sua presso de vapor menor a sua temperatura de

    ebulio e mais voltil o lquido. Por exemplo:

    Em uma mistura de lcool com gua temperatura e presso ambiente, o lcool tende

    a evaporar deixando somente a gua no recipiente. Isto ocorre porque o lcool possui presso

    de vapor maior do que a gua (lcool mais voltil). Se tiver outros componentes na mistura,

    os que tivessem maior presso de vapor tenderiam a evaporar mais rpido.

    Em uma coluna de destilao possumos diversos estgios (um em cima do outro) que

    funcionam como o exemplo citado. Os componentes mais leves tendem a subir para os

    estgios superiores enquanto que os componentes com presso de vapor menor (menos

    volteis) tendem a descer para os estgios inferiores.

    Uma coluna de destilao possui diversos pratos, como mostrado na figura 3.6.

    Estes pratos possuem furos para que o vapor possa subir e dispositivos chamados de

    downcomers para que o lquido possa descer.

    Como se pode prever, cada prato ou cada estgio da coluna ter uma composio

    determinada e, por causa disso, uma presso e temperatura diferente.

    O nitrognio, por ser o componente mais voltil, como mostra a tabela 3.1, migrar

    para o topo da coluna e o oxignio, como o menos voltil ficar no fundo da coluna.

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

    Presso / Produto

    1 bar 1,55 bar

    (Coluna Superior) 6,2 bar

    (Coluna Inferior)

    Oxignio -183,0 -178,6 -162,3 Nitrognio -185,9 -181,6 -164,4

    Argnio -195,8 -191,9 -176,4

    Como a temperatura de saturao do nitrognio menor do que a do oxignio a

    mesma presso, dizemos que a coluna est esfriando quando a concentrao do nitrognio

    (N2) aumenta.

  • 39

    O ar purificado e frio alimenta ento as duas colunas de destilao onde ocorre

    efetivamente a separao de oxignio, nitrognio e argnio. Na coluna inferior, onde a presso

    mais alta, o lquido que vai se separando torna-se progressivamente rico em oxignio, no

    fundo da coluna, enquanto o vapor que retirado no topo da coluna fica cada vez mais rico

    em nitrognio. Na coluna superior, de baixa presso, o oxignio proveniente do fundo da

    coluna inferior j purificado atinge cerca de 99.8%, sendo ento retirado do processo e

    enviado para armazenamento. O nitrognio com alta pureza, aproximadamente 5 ppm de

    oxignio como impureza, retirado do topo da coluna inferior.

    Entre as duas colunas de destilao h um trocador de calor denominado condensador

    principal que tem uma importante funo no processo: nele, o oxignio baixa presso da

    coluna superior vaporizado, enquanto o nitrognio vapor proveniente da coluna inferior,

    alta presso, condensado. O nitrognio lquido assim usado como refluxo das colunas

    inferior e superior, o que necessrio para que ocorra a destilao.

    O argnio separado aproximadamente no meio da coluna superior, mas no na

    pureza desejada. Para se obter argnio puro necessrio utilizar mais duas colunas de

    destilao: a coluna de argnio cru e a coluna de argnio refinado. Na coluna de argnio cru a

    corrente proveniente da coluna superior, que contm cerca de 10% de argnio purificado a

    aproximadamente 97% de argnio, sendo o restante oxignio e nitrognio. O oxignio

    removido pela reao com hidrognio em um forno cataltico, formando vapor d'gua,

    retirado por secagem. O argnio entra ento na coluna de argnio refinado, onde retirado

    como produto.

    Figura 3.6 Coluna de Destilao

  • 40

    4. CARGA INSTALADA TOTAL NA UNIDADE

    4.1 LEVANTAMENTO DA CARGA INSTALADA

    O conceito de Carga Instalada a soma das potncias de todos os equipamentos, que

    estejam em condies de funcionamento, instalados nas dependncias da unidade

    consumidora, expressa em quilowatts (kW).

    Na indstria, os maiores consumidores de energia so os sistemas motrizes. Do total

    de energia consumida pela indstria no setor eltrico brasileiro, os motores representam cerca

    de 50% do total utilizado, segundo projeto realizado pelo Programa Nacional de Conservao

    de Energia eltrica (PROCEL) sob regulao da Agncia Nacional de Energia Eltrica

    (ANEEL). A anlise das solues tcnicas escolhidas para os projetos analisados aponta

    predominncia de projetos para economia de eletricidade. Como exemplo, 19% das aes

    envolvem troca de motores, 20% envolvem melhorias em sistemas de iluminao e 8%

    envolvem melhorias em sistemas de ar comprimido.

    No caso de uma unidade separadora de gases do ar o consumo de energia praticamente

    se restringe ao consumo dos motores eltricos que acionam cargas mecnicas como bombas

    hidrulicas, compressores e ventiladores. Na tabela 4.1 est demonstrada a carga instalada na

    unidade sendo separada por tipo de equipamento e onde outros so as cargas da oficina,

    iluminao, sala de controle e departamento administrativo (consumo da iluminao e

    refrigerao das salas). No Anexo I est a planilha 8.1 com detalhamento da carga instalada na

    unidade.

    Tabela 4.1 Carga instalada na unidade

    Potncia Instalada (kW)

    BOMBAS 517,06

    COMPRESSORES 10.796,75

    AQUECEDORES 555,50

    VENTILADORES 143,78

    OUTROS 211,50

    TOTAL 12.224,58

  • 41

    Figura 4.1 Grfico da carga instalada na unidade

    4.2 CONTRIBUIO DOS EQUIPAMENTOS NO CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA

    Feito o levantamento de carga, dever ser feita agora a segregao da parcela que cada

    equipamento significa em relao ao consumo de energia eltrica mensal. Isto se deve para

    obter os pontos mais significativos do processo onde devero ser trabalhados para obteno de

    uma reduo de consumo de energia considervel.

    Na figura 4.2 mostrado o consumo mensal de energia eltrica em uma unidade

    separadora de gases do ar, observa-se que os compressores so os equipamentos que mais

    consomem energia da unidade totalizando 89% de toda energia fornecida para a unidade,

    seguidos por aquecedores com 5%, bombas com 3%, outros com 2% e ventiladores com 1%.

  • 42

    Figura 4.2 Representao grfica do consumo de energia eltrica da unidade

    Na tabela 4.2 mostrado o consumo de energia eltrica mensal da unidade separadora

    de gases do ar com os seus equipamentos separados por quantidade de energia consumida.

    Tabela 4.2 Consumo de Energia Eltrica mensal da unidade

    Parcela de Consumo Mensal de Energia Eltrica (Kwh/MS)

    BOMBAS 183.173,42

    COMPRESSORES 6.116.173,50

    AQUECEDORES 313.950,00

    VENTILADORES 74.933,25

    OUTROS 86.742,00

    TOTAL 6.774.972,17

    Na figura 4.3, mostrado um grfico com a mdia de consumo de energia eltrica do

    perodo de novembro de 2008 a outubro de 2009 dos equipamentos da unidade de separao

    dos gases do ar. A mdia foi de 6.371.904,98 kWh

  • 43

    Figura 4.3 Consumo mdio da unidade.

  • 44

    5. DIAGNSTICO ENERGTICO

    Um diagnstico energtico a uma instalao ou a um setor da mesma assume

    particular importncia, dado que, qualquer processo de gesto de energia ter necessariamente

    que comear pelo conhecimento da situao energtica da instalao. O princpio bvio -

    para gerir indispensvel conhecer o objeto de gesto.

    O diagnstico energtico pode interpretar-se como uma radiografia ao desempenho

    energtico de uma rea especfica de uma instalao consumidora, como por exemplo, ao

    sistema de ar comprimido ou ao sistema de iluminao. Atravs dele, avalia-se quanta energia

    efetivamente consumida e de que forma essa energia utilizada, estabelece-se os principais

    fluxos e identifica-se os setores ou reas onde prioritrio atuar, seguindo-se a definio das

    economias de energia passveis de implementar.

    5.1 ANLISE TARIFRIA E ESTUDO DA CURVA DE CARGA

    5.1.1 Caracterstica da Empresa

    O fornecimento desta empresa feito pela Companhia Energtica de Pernambuco

    (CELPE) e seu contrato de fornecimento de energia eltrica do grupo A / Subgrupo 3 (69

    kV) com estrutura tarifria horo-sazonal azul.

    Como j foi dito, por motivo de confidencialidade dos nmeros de consumo de energia

    eltrica, os valores aqui expressos so apenas estimativas obtidas pelo levantamento de carga

    feito na unidade. A demanda contratada na ponta pela empresa de 8.000 kW (oito mil

    quilowatts) e fora da ponta de 10.000 kW (dez mil quilowatts) e seu consumo mdio no

    perodo de novembro de 2008 a outubro de 2009 foi de 6.500.000 kWh (seis milhes,

    trezentos e setenta e um mil, novecentos e quatro quilowatts hora) por ms.

    5.1.2 Estudo de Caso

    A unidade no tem gerador pelo tamanho da sua carga instalada. Devido a isso, no

    pode evitar a utilizao da energia no horrio crtico que o horrio de ponta. Pode ser

    estudada a viabilidade de ser comprado um gerador para, no horrio de ponta, suprir o

  • 45

    consumo de apenas uns equipamentos especficos com a finalidade de diminuir o consumo de

    energia eltrica e assim minimizar o valor pago pela tarifa nestas trs horas do dia.

    A empresa usa de outro artifcio para minimizar o consumo de energia no horrio de

    ponta. A produo automatizada para quando entrar neste horrio, nem todos os

    equipamentos permaneam ligados. Isto resulta em uma queda de produo e do consumo de

    energia eltrica pela unidade. Analisando a figura 5.1 em conjunto com a tabela 5.1, nota-se

    que fora do horrio de ponta a planta se encontra em alta produo com todos os

    equipamentos em funcionamento e no horrio de ponta a planta passa a utilizar um pouco

    mais de 60% de sua capacidade de produo. Com essa reduo de 40% da utilizao de

    energia em trs horas por dia, a empresa chega a economizar R$ 750.000,00 (setecentos e

    cinquenta mil reais) e evita consumir 2.500.000 kWh (dois milhes e quinhentos mil

    quilowatts hora) por ano e essa energia no consumida no horrio crtico de fornecimento.

    Este planejamento elaborado para que ao mesmo tempo em que gaste menos energia no

    falte produto para o mercado, isto possvel devido aos grandes tanques de armazenamento

    dos produtos.

    Figura 5.1 Relao de consumo na ponta e fora ponta

  • 46

    Tabela 5.1 Levantamento do Contrato do Grupo A3 (69 kV)

    A empresa gasta anualmente R$ 20.791.674,45 (vinte milhes, setecentos e noventa e

    um mil, seiscentos e setenta e quatro reais e quarenta e cinco centavos). Deve ser feito

    primeiramente uma verificao no contrato de energia eltrica da empresa com a CELPE, isto

    , fazer uma adequao tarifria com a finalidade de obter economia neste valor pago e

    transferir o gasto com energia eltrica para outras reas. A empresa economizando na conta de

    energia eltrica poder investir em novos equipamentos e novas tecnologias com o intuito de

    consumir menos energia.

    A primeira observao a ser feita vista a tabela 5.1 so os valores de demanda

    ultrapassada do contrato. Somando os valores das multas por ultrapassagem chega-se ao

    nmero R$ 371.892,10 (trezentos e setenta e um mil, oitocentos e noventa e dois reais e dez

    centavos) em 12 meses de anlise. Para evitar o pagamento desta multa pode ser feito junto

    concessionria uma adequao do valor da demanda nesses meses, no entanto em que a

    mesma seja comunicada pelo menos cento e oitenta dias antes do faturamento da conta de

    energia eltrica. Com esse ajuste efetuado, a empresa conseguiria uma economia anual de R$

    247.959,43 (duzentos e quarenta e sete mil, novecentos e cinqenta e nove reais e quarenta e

    trs centavos). Para obter essa economia no seria necessrio investimento algum, apenas um

    planejamento adequado que previsse o consumo de energia nos trs meses seguintes.

    Para o estudo de adequao tarifria foi elaborada, primeiramente, uma tabela com as

    tarifas cobradas no contrato de energia eltrica pela empresa concessionria no perodo em

  • 47

    que foi realizado o levantamento do consumo, de novembro de 2008 a outubro de 2009. A

    tabela 5.2 mostra os valores cobrados.

    Tabela 5.2 Tarifas da CELPE (Contrato Horo-sazonal Azul) Subgrupo A3

    TARIFAS SUBGRUPO A3 (69 kV)

    Ciclo Tarifa

    Consumo Ponta

    Tarifa Consumo

    Fora Ponta

    Tarifa Demanda

    Ponta

    Tarifa Demanda

    Fora Ponta

    Tarifa Demanda Ultrapassagem

    na Ponta

    Tarifa Demanda Ultrapassagem

    Fora Ponta

    nov/08 0,31722 0,19284 36,06620 8,44599 108,19886 25,33798

    dez/08 0,28644 0,17500 36,16618 8,46938 108,49854 25,40816

    jan/09 0,28677 0,17520 36,20840 8,47927 108,62521 25,43782

    fev/09 0,28216 0,17238 35,62607 8,34290 106,87823 25,02871

    mar/09 0,28561 0,17449 36,06104 8,44476 108,18313 25,33430

    abr/09 0,28548 0,17441 36,04532 8,44108 108,13598 25,32326

    mai/09 0,33993 0,20617 47,53694 9,82323 142,61083 29,46971

    jun/09 0,33107 0,20080 42,31319 8,48840 126,93959 25,46521

    jul/09 0,33656 0,20413 47,06641 9,72600 141,19925 29,17802

    ago/09 0,33613 0,20386 47,00573 9,71346 141,01719 29,14040

    set/09 0,33646 0,20407 47,05291 9,72321 141,15875 29,16965

    out/09 0,34406 0,20868 48,11555 9,94280 144,34667 29,82842

    Segundo a resoluo 456 da ANEEL quando a demanda contratada ou estimada pelo

    interessado, para fornecimento, for superior a 2.500 kW (dois mil e quinhentos quilowatts), o

    nvel de tenso que pode ser aplicada nesse caso igual ou superior a 69 kV. A unidade em

    estudo se encaixa nesse perfil. A fim de avaliar a adequao tarifria da unidade ser feita uma

    estimativa do mesmo consumo de energia eltrica, com a mesma demanda contratada na

    ponta e fora da ponta para um contrato com a concessionria horo-sazonal azul no subgrupo

    A1 (230 kV).

    Para essa simulao foi montada a tabela 5.3 com as tarifas do contrato a ser testado

    pela unidade no perodo devido do levantamento do consumo. Alm da tabela das tarifas, a

    tabela 5.4 mostra o importe anual estimado da conta de energia eltrica com o fornecimento

    da unidade pela concessionria em 230 kV.

    As tabelas 5.1 e 5.4 foram elaboradas por uma estimativa do consumo de energia da

    unidade levantado em campo, e o que mostram no so valores reais pagos pela empresa de

    separao de gases do ar concessionria de energia eltrica.

  • 48

    Tabela 5.3 Tarifas da CELPE (Contrato Horo-sazonal Azul) Subgrupo A1

    TARIFAS SUBGRUPO A1 (230 kV)

    Ciclo Tarifa

    Consumo Ponta

    Tarifa Consumo

    Fora Ponta

    Tarifa Demanda

    Ponta

    Tarifa Demanda

    Fora Ponta

    Tarifa Demanda Ultrapassagem

    na Ponta

    Tarifa Demanda Ultrapassagem

    Fora Ponta

    nov/08 0,31722 0,19284 5,80026 0,00000 17,40078 0,00000

    dez/08 0,28644 0,17500 5,81632 0,00000 17,44897 0,00000

    jan/09 0,28677 0,17520 5,82311 0,00000 17,46935 0,00000

    fev/09 0,28216 0,17238 5,72946 0,00000 17,18839 0,00000

    mar/09 0,28561 0,17449 5,79941 0,00000 17,39825 0,00000

    abr/09 0,28548 0,17441 5,79689 0,00000 17,39067 0,00000

    mai/09 0,33993 0,20617 6,85308 0,00000 20,55925 0,00000

    jun/09 0,33107 0,20080 6,67048 0,00000 20,31295 0,00000

    jul/09 0,33656 0,20413 6,78525 0,00000 20,35575 0,00000

    ago/09 0,33613 0,20386 6,77650 0,00000 20,32951 0,00000

    set/09 0,33646 0,20407 6,78330 0,00000 20,34992 0,00000

    out/09 0,34406 0,20868 6,93650 0,00000 20,89095 0,00000

    Tabela 5.4 Levantamento do Contrato do Grupo A1 (230 kV)

    Analisando a tabela 5.4 observa-se que o importe anual da conta de energia eltrica da

    unidade seria em torno de R$ 16.033.591,62 (dezesseis milhes, trinta e trs mil, quinhentos e

    noventa e um reais e sessenta e dois centavos). Fazendo a diferena entre os importes do

    contrato atual da empresa (horo-sazonal azul subgrupo A3) e o contrato simulado (horo-

    sazonal azul subgrupo A1) encontrada uma economia de aproximadamente R$ 4.758.082,83

    (quatro milhes, setecentos e cinqenta e oito mil, oitenta e dois reais e oitenta e trs

    centavos).

  • 49

    O nvel de tenso de fornecimento a um cliente nem sempre o mais apropriado, quer

    porque o cliente incrementou significativamente o consumo inicial, quer porque o produto que

    fabrica exija uma melhoria na qualidade de servio imposto pelo cada vez mais exigente

    mercado, que impe produtos com qualidade cada vez maior e tempos de resposta cada vez

    mais curtos.

    O servio de Mudana do Nvel de Tenso composto por:

    Estudo tcnico-econmico da mudana de tenso de alimentao;

    Fornecimento de Postos de Transformao/Subestaes;

    Execuo de ramais de ligao rede de distribuio / transmisso;

    Apoio no processo tcnico-administrativo associado mudana.

    Vrias situaes podem conduzir um cliente a sentir a necessidade de aumentar o nvel

    de tenso de alimentao:

    Impossibilidade da rede de BT (Baixa Tenso) ou MT (Mdia Tenso) fornecer

    a potncia necessria para cobrir as necessidades da instalao do cliente;

    Reduo dos custos com energia eltrica (uma vez que quanto mais elevado o

    nvel de tenso, mais baixa a tarifa);

    Melhoria da qualidade de servio (a qualidade da energia eltrica melhora com

    o aumento do nvel de tenso; de acordo com o prprio Regulamento da

    Qualidade de Servio, o nmero de interrupes por ano, bem como a sua

    durao, maior na alimentao em BT e menor em MT e AT).

    Para a realizao dessa mudana de tenso de fornecimento seria necessria uma

    subestao industrial de 230/69 kV 18 MVA com uma entrada de 230 kV e interligao com o

    setor de 69 kV j existente. Pesquisando em empresas responsveis por este tipo de servio

    foi avaliado o total da construo da nova subestao em aproximadamente R$ 6.000.000,00

    (seis milhes de reais).

  • 50

    5.2 ANLISE DA TROCA DOS MOTORES EXISTENTES POR MOTORES DE ALTO RENDIMENTO

    5.2.1 Caractersticas da empresa

    Na unidade existem vrios motores para diferentes fins, compressores, ventiladores,

    bombas. Para avaliar a troca desses motores padres por motores de alto rendimento,

    primeiramente necessrio saber a potncia de todas as mquinas, no anexo 1 poder ser vista

    uma tabela com todos os equipamentos, suas potncias em kW, tempo de utilizao diria,

    energia requerida no dia por equipamento e no ms por equipamento e total da unidade.

    Hoje so oferecidos no mercado motores de alto rendimento de 1 at 500 cv. Devido a

    esta restrio nem todos os motores podero ser avaliados para a troca por terem sua potncia

    nominal maior do que as ofertadas pelos fabricantes de motores de alto rendimento.

    5.2.2 Estudo de Caso

    Ser adotado nesta etapa do trabalho, o rendimento de um motor de alto rendimento

    como sendo 91% e do motor standard padro sendo 85%. Analisando os motores entre a faixa

    de 1 a 500 cv que so usados na unidade de separao de gases do ar, observa-se que na

    maioria so bombas com potncias que variam de 3/4 cv at 250 cv.

    Na tabela 5.5, mostrada economia de energia obtida com a troca de todos os motores

    standard por motores de alto rendimento. Verificou-se que houve uma economia de

    aproximadamente 329.767 kWh (trezentos e vinte e nove mil, setecentos e sessenta e sete

    quilowatts hora) por ano.

    Neste caso, o custo da substituio refere-se apenas aquisio do motor de alto

    rendimento, uma vez que no haver necessidade de adaptao pela utilizao de carcaas

    normalizadas.

    A substituio dos motores resultou no somente na reduo do consumo de energia

    eltrica, como tambm na reduo da demanda contratada. O clculo da economia em reais

  • 51

    foi feito por uma tarifa de consumo mdia do contrato atual da empresa que o horo-sazonal

    azul subgrupo A3 (69 kV) utilizando a frmula que segue.

  • 52

    Tabela 5.5 Comparao motor alto rendimento x motor standard

    EQUIPAMENTO POTNCIA

    (kW) UTILIZAO DIRIA (h)

    Rendimento Standard (kWh)

    Alto Rendimento (kW)

    GUA POTVEL 1 0,73 20,00 17,18 16,04

    GUA POTVEL 2 0,73 * 0,00 0,00

    BOMBA AUXILIAR DE LEO 14,71 10,00 173,06 161,65

    BOMBA AUXILIAR DE LEO 1,47 1,00 1,73 1,62

    BOMBA DE GUA 1 183,87 20,00 4.326,35 4.041,10

    BOMBA DE GUA 2 183,87 * 0,00 0,00

    BOMBA DE GUA DO FILTRO DA TORRE 14,26 20,00 335,51 313,39

    BOMBA DE LEO 3,67 20,00 86,35 80,66

    BOMBA DE LEO 3,67 1,00 4,32 4,03

    BOMBA DE LEO 2,20 1,00 2,59 2,42

    BOMBA DE TRANSFERENCIA 1 22,05 6,00 155,65 145,38

    BOMBA DE TRANSFERENCIA 2 22,05 * 0,00 0,00

    BOMBA DE TRANSFERNCIA DE O2 1 14,71 20,00 346,12 323,30

    BOMBA DE TRANSFERNCIA DE O2 2 14,71 * 0,00 0,00

    BOMBA DE VCUO 2,94 15,00 51,88 48,46

    BOMBA DE VCUO 2,94 15,00 51,87 48,45

    BOMBA DE VCUO 0,55 15,00 9,71 9,07

    BOMBA EMPELLIER 2,20 18,00 46,59 43,52

    BOMBA TRUCK FILL 7,35 20,00 172,94 161,54

    BOMBA TRUCK FILL 2 11,03 8,00 103,81 96,97

    COMPRESSOR CHILLER 128,71 20,00 3.028,47 2.828,79

    COMPRESSOR DE AR (4 UNIDADES) 58,84 6,00 415,34 387,96

    COMPRESSOR DE ARGNIO 55,10 24,00 1.555,76 1.453,19

    BOMBA TRUCK FILL 3 7,35 8,00 69,18 64,62

    VENTILAO FORADA 4,00 12,00 56,47 52,75

    VENTILADOR DA TORRE 55,16 20,00 1.297,88 1.212,31

    VENTILADOR DA TORRE 55,16 16,00 1.038,31 969,85

    VENTILADOR DA TORRE AUXILIAR 9,21 16,00 173,41 161,98

    VENTILADOR DA TORRE AUXILIAR 9,21 20,00 216,77 202,48

    VENTILADOR DO DRENO 11,03 12,00 155,72 145,45

    TOTAL kWh 13.892,96 12.976,94

    Economia em kWh ao ano 329.766,96

    Economia em R$ ao ano 66.704,08

    Observou-se que nessas condies foi reduzido o gasto em energia em R$ 66.704,08

    (sessenta e seis mil, setecentos e quatro reais e oito centavos) no ano.

  • 53

    6. VIABILIDADES

    Aps fazer todos esses estudos com o intuito de diminuir o consumo de energia

    eltrica da unidade e para consumi-la de forma mais racional. Nesta etapa do projeto ser feita

    a anlise tcnico-econmica revelando qual dessas opes so viveis para empresa investir e

    quais no tm um retorno em menos de dois anos.

    Um estudo de viabilidade tcnico-econmica permite determinar a melhor soluo

    tcnica para determinado problema, avaliando a sua prestao econmica. A conjugao

    destes dois fatores, permite o desenvolvimento de um projeto de investimento realista e

    otimizado para as reais necessidades do cliente, devendo ser apresentados vrios cenrios,

    onde a palavra final ser sempre do cliente.

    6.1 VIABILIDADE ECONMICA E TEMPO DE RETORNO DE INVESTIMENTO

    No captulo trs deste trabalho foram apresentadas possibilidades para a reduo do

    consumo de energia eltrica de uma forma que no afetasse a produo da unidade separadora

    de gases. Porm, temos que fazer uma anlise econmica dessas possibilidades para saber

    qual delas podem ser colocadas em prtica sem causar um prejuzo para empresa.

    Neste captulo sero apresentados os nmeros, em se tratando de investimento da

    empresa, para obter a reduo que foi trabalhada no captulo anterior. Aps esse estudo poder

    ser tomada uma deciso final em que soluo investir para diminuir o custo e consumo de

    energia eltrica ou, tambm pode ocorrer, verificar que a empresa est fazendo da melhor

    forma o seu uso de energia eltrica.

    a) Adequao Tarifria: Foi visto que com um planejamento de consumo de

    energia ao longo do ano, a empresa pode economizar com a conta de energia

    eltrica em aproximadamente R$ 247.959,43 (duzentos e quarenta e sete mil,

    novecentos e cinqenta e nove reais e quarenta e trs centavos) com

    absolutamente nenhum investimento. A outra forma que foi apresentada foi a

    mudana de nvel de tenso de fornecimento, saindo do contrato do

    subgrupo A3 do horo-sazonal azul para o subgrupo A1. Esta outra soluo

  • 54

    apresentou uma economia na conta de energia em aproximadamente R$

    4.758.082,83 (quatro milhes, setecentos e cinqenta e oito mil, oitenta e

    dois reais e oitenta e trs centavos), porm, nessa necessrio um

    investimento de R$ 6.000.000,00 (seis milhes de reais) que responde

    construo de uma nova subestao com entrada de 230 kV aproveitando o

    setor de 69 kV j existente. O tempo de retorno deste investimento de

    aproximadamente 1 ano e 3 meses, o que torna vivel o investimento.

    b) Troca dos motores standard por motores de alto rendimento: Nesta etapa

    foi verificado que o investimento que a empresa faria, seria o da compra dos

    motores. Verificou-se que com a troca dos motores foi obtido uma reduo

    de consumo de energia eltrica de aproximadamente 329.767 kWh (trezentos

    e vinte e nove mil, setecentos e sessenta e sete quilowatts hora) por ano. E

    foi economizado na conta de energia em valores anuais uma quantia de R$

    66.704,08 (sessenta e seis mil, setecentos e quatro reais e oito centavos).

    Para a compra dos motores eltricos, ser avaliada duas alternativas: na

    compra dos motores, o revendedor aceitando os motores standard da unidade

    e a outra alternativa comprando todos os motores sem dar como entrada os

    motores standard. Na primeira alternativa foi obtido um retorno em

    aproximadamente 10 meses. J na segunda o retorno foi mais demorado

    devido ao preo dos motores de alto rendimento, o que resultou em um

    retorno de 2 anos e 8 meses.

  • 55

    7. CONCLUSO E TRABALHOS FUTUROS

    7.1 CONCLUSO

    Ao longo do trabalho foi apresentada a importncia do uso racional da energia eltrica

    mais especificamente na indstria. A eficincia energtica vem crescendo no mbito no s

    industrial, mas tambm no comrcio e residncia, com essa conscientizao estaremos nos

    programando para um futuro menos conturbado com apages, falta de energia, entre outros.

    Foi analisado o uso eficiente da energia eltrica em uma indstria de grande porte com

    o intuito de apresentar suas aes e analisar possveis solues para diminuir seu gasto com a

    energia eltrica e seu consumo.

    A maior economia obtida neste trabalho foi a reduo de aproximadamente 20% de

    sua conta de energia com a alterao do nvel de tenso de fornecimento. Porm, com o gasto

    a menos na fatura ser possvel a empresa em vez de apenas gastar menos, investir para

    consumir menos com a troca dos motores para motores de alto rendimento.

    Com o crescimento tecnolgico e investimentos na rea de eficincia energtica

    estaremos ao mesmo tempo evoluindo e preservando o meio ambiente que tanto afetado

    pelo desenvolvimento industrial.

    7.2 TRABALHOS FUTUROS

    Para trabalhos futuros segue sugesto:

    Eficincia do processo da separao dos gases: Analisar o rendimento de cada

    estgio do processo com a finalidade de que se tenha menos perdas e

    consequentemente necessitando menos de energia para as trocas trmicas.

  • 56

    8. ANEXOS

    8.1 ANEXO I

    Tabela 8.1 Levantamento de carga da unidade separadora de gases do ar

    BOMBAS E MOTORES

    EQUIPAMENTO POTNCIA

    (kW) UTILIZAO DIRIA (h)

    ENERGIA (kWh/DIA)

    DIAS TEIS

    ENERGIA (kWh/MS)

    GUA POTVEL 1 0,73 23,00 16,79 30,00 503,70

    GUA POTVEL 2 0,73 * 0,00 30,00 0,00

    AQUECEDOR DE LEO 18,00 24,00 432,00 30,00 12.960,00

    AQUECEDOR DE LEO 3,75 24,00 90,00 30,00 2.700,00

    AQUECEDOR DEGELO 30,00 1,00 30,00 30,00 900,00

    AQUECEDOR DO PR PURIFICADOR 500,00 21,00 10.500,00 30,00 315.000,00

    AQUECEDOR TANQUE DE LEO 3,75 * 0,00 30,00 0,00

    BOMBA AUXILIAR DE LEO 14,71 24,00 353,04 30,00 10.591,20

    BOMBA AUXILIAR DE LEO 14,71 1,00 14,71 30,00 441,30

    BOMBA DE GUA 1 183,87 21,00 3.861,27 30,00 115.838,10

    BOMBA DE GUA 2 183,87 * 0,00 30,00 0,00

    BOMBA DE GUA DO FILTRO DA TORRE 14,26 21,00 299,44 30,00 8.983,27

    BOMBA DE LEO 3,67 21,00 77,07 30,00 2.312,10

    BOMBA DE LEO 3,67 1,00 3,67 30,00 110,10

    BOMBA DE LEO 2,20 1,00 2,20 30,00 66,00

    BOMBA DE TRANSFERENCIA 1 22,05 21,00 463,05 30,00 13.891,50

    BOMBA DE TRANSFERENCIA 2 22,05 * 0,00 30,00 0,00

    BOMBA DE TRANSFERNCIA DE O2 1 14,71 21,00 308,91 30,00 9.267,30

    BOMBA DE TRANSFERNCIA DE O2 2 14,71 * 0,00 30,00 0,00

    BOMBA DE VCUO 2,94 15,00 44,10 30,00 1.323,00

    BOMBA DE VCUO 2,94 15,00 44,09 30,00 1.322,63

    BOMBA DE VCUO 0,55 18,00 9,90 30,00 297,00

    BOMBA EMPELLIER 2,20 21,00 46,20 30,00 1.386,00

    BOMBA TRUCK FILL 7,35 21,00 154,35 30,00 4.630,50

    BOMBA TRUCK FILL 2 11,03 21,00 231,63 30,00 6.948,90

    COMPRESSOR CHILLER 128,71 20,00 2.574,20 30,00 77.226,00

    COMPRESSOR DE ALIMENTAO 845,80 24,00 20.299,20 30,00 608.976,00

    COMPRESSOR DE AR 3.015,55 19,00 57.295,45 30,00 1.718.863,50

    COMPRESSOR DE AR (4 UNIDADES) 58,84 21,00 1.235,64 30,00 37.069,20

  • 57

    COMPRESSOR DE ARGNIO 55,10 18,00 991,80 30,00 29.754,00

    COMPRESSOR DE RECICLO 6.251,75 18,00 112.531,50 30,00 3.375.945,00

    COMPRESSOR SULZER 441,00 18,00 7.938,00 30,00 238.140,00

    EXCITATRIZ 3,00 24,00 72,00 30,00 2.160,00

    RETIFICADOR BATERIA 15,00 24,00 360,00 30,00 10.800,00

    TRAFO ADMINISTRATIVO 103,50 16,00 1.656,00 22,00 36.432,00

    TRAFO ILUMINAO PTIO 45,00 13,00 585,00 30,00 17.550,00

    TRAFO SERVIOS AUXILIARES 45,00 20,00 900,00 30,00 27.000,00

    BOMBA TRUCK FILL 3 7,35 21,00 154,35 30,00 4.630,50

    VENTILAO FORADA 4,00 13,00 52,00 30,00 1.560,00

    VENTILADOR DA TORRE 55,16 21,00 1.158,36 30,00 34.750,80

    VENTILADOR DA TORRE 55,16 16,00 882,56 30,00 26.476,80

    VENTILADOR DA TORRE AUXILIAR 9,21 16,00 147,40 30,00 4.422,07

    VENTILADOR DA TORRE AUXILIAR 9,21 21,00 193,47 30,00 5.803,96

    VENTILADOR DO DRENO 11,03 24,00 264,72 30,00 7.941,60

    TOTAL 12.237,82 226.274,07 6.774.974,03

  • 58

    9. REFERNCIA BIBLIOGRFICA

    [1] Conservao de Energia: Eficincia Energtica de Equipamentos e Instalaes Itajub / MG ELETROBRAS/PROCEL - FUPAI 2006.

    [2] Eficincia Energtica: Teoria & Prtica Itajub / MG Eletrobrs/PROCEL EDUCAO - FUPAI 2007.

    [3] ANEEL. Resoluo n. 456 de 29 de Novembro de 2000.

    [4] TARIFAO: Combate ao Desperdcio de Energia UPE/POLI -2005.

    [5] SHOEPS, C.A & ROUSSO, J.(1995) Conservao de Energia Eltrica na Indstria,

    Vol. 1 e 2. Rio de Janeiro: CNI.

    [6] TARIFAO DE ENERGIA ELTRICA: Resoluo Homologatria 459 a 642 CELPE/Grupo Neoenergia.

    [7] Eficincia Energtica na Indstria: o que foi feito no Brasil, oportunidades de

    reduo de custos e experincia internacional PROCEL/ELETROBRS CNI 2009.

    [8] ANEEL. Resoluo n. 505 de 26 de Novembro de 2001.

    [9] Um modelo de regulao para racionalizar a demanda de energia eltrica Fernando B. Meneguim 2007.

    [10] Electricity Consumption and Efficiency Trends in European Union Paolo Bertoldi e Bogdan Atanasiu 2009.