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Nome do programa ou texto auxiliar eere.energy.gov

Avaliação de um dia do centro de avaliação de industrial

Avaliação de um dia do centro de avaliação de industrial

Kelly KissockDiretor: Universidade de DaytonCentro de Avaliação IndustrialDayton, Ohio U.S.A.

Workshop de Eficiência Energética Industrial EUA - BrasilRio de Janeiro, Brasil Agosto 8-11, 2011

2 | Eficiência Energética Industrial eere.energy.gov

• Patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA– O programa começou durante

a “crise de energia” da década de 1970

– 26 centros em universidades de todos os EUA

– 25 avaliações anuais sem custo de indústrias de tamanho médio

• Metas:– Ajudar o setor a ser mais

competitivo e mais eficiente em recursos

– Treinar novos engenheiros nas melhores práticas industriais

– Melhorar a prática e a ciência da eficiência energética

Programa do Centro de Avaliação Industrial


Elegibilidade da Avaliação do IAC

• Classificação industrial padrão (SIC) de instalações fabris: 20 a 39

• Custos anuais de energia: $100,000 - $2,500,000


Estrutura da Avaliação do IAC

• Reunir e analisar dados antes da visita

• Equipe de professores e alunos visitam a fábrica por um dia

• Trabalhar em estreita colaboração com clientes para identificar e quantificar oportunidades de economia de energia

• Escrever um relatório personalizado, confidencial, independente com sugestões de economias específicas

• Telefonar após 9 meses para verificar o que foi implementado


University of Dayton Centro de Avaliação Industrial

• Realizou mais de 825 avaliações desde 1981

• Verificar resultados da implementação após um ano – Metade das

recomendações implementada

– Redução do consumo de energia ~5%


Recrutar a equipe de alunos

• 5 alunos graduandos e graduados de engenharia

• Alunos do último ano orientam alunos do ciclo básico

• Requer aulas específicas– Fabricação com eficiência

energética– Prédios com eficiência

energética– Desenho de sistemas térmicos


Inserir gestão energética no Relatório do IAC

• Desenvolver padrões de referência

• Identificar e quantificar oportunidades de economia

• Avaliar economias para sustentar as iniciativas de eficiência

Table of Contents I. Executive Summary ............................................................................................................ 6

Corporate Data .................................................................................................................................................. 9 Utility Summary ................................................................................................................................................. 9 Summary of Assessment Recommendations (ARs) ........................................................................................... 10 Summary of Selected Exemplary Practices (EPs) ............................................................................................... 16

II. Baseline ........................................................................................................................... 17

Current Electric Rate Structure – Main Plant ............................................................................................... 18 Electricity Use – Total .................................................................................................................................. 19 Natural Gas Use - Total ............................................................................................................................... 20 Water and Sewer Use .................................................................................................................................. 21 Marginal Costs ............................................................................................................................................ 22

Lean Energy Analysis ........................................................................................................................................ 23 Lean Energy Analysis of Electricity Use ........................................................................................................ 24 Lean Energy Analysis of Natural Gas Use .................................................................................................... 30

Plant Energy Balance........................................................................................................................................ 36 Electricity Use by Equipment ....................................................................................................................... 36 Natural Gas Use by Equipment.................................................................................................................... 38

Plant Description .............................................................................................................................................. 40 Plant Layout ................................................................................................................................................ 40 Process Description ..................................................................................................................................... 40

III. Assessment Recommendations (ARs) .............................................................................. 41

AR 1: Consolidate Electricity Meters and Switch to Primary Rate Structure ................................................. 42 AR 2: Install Capacitors to Improve Power Factor ........................................................................................ 44 Comment 1: Consider Consolidating Electricity Meters ............................................................................... 47

Energy Efficient Lighting ................................................................................................................................... 49 Current Plant Lighting ................................................................................................................................. 51 AR 3: Replace 400-W Metal Halide Fixtures in Manufacturing Areas with 4-lamp T5 High Bay Fluorescent Fixtures .................................................................................................................................... 53 AR 4: Replace 400-W Metal Halide Fixtures in Distribution Center with 4-lamp T5 High Bay Fluorescent Fixtures with Occupancy Sensors .............................................................................................. 57 AR 5: Replace 4-lamp 40-W T12 Fluorescent Fixtures in Offices, Fabrication and Paint Areas with 4-lamp 32-W T8 Fluorescent Fixtures ............................................................................................................. 61

Energy Efficient Motor Systems ........................................................................................................................ 64 AR 6: Turn off Stamping Presses When Not in Use ...................................................................................... 65

Energy Efficient Compressed Air Systems ......................................................................................................... 69 Current Compressed Air System .................................................................................................................. 72 AR 7: Establish Preventative Maintenance Program to Identify and Fix Compressed Air Leaks ................... 73 AR 8: Install Air-Saver Nozzles on Machine Continuous Blowoff .................................................................. 75 AR 9: Reduce Pressure Loss through Custom Compressed Air Dryer ........................................................... 77 AR 10: Replace Compressed Air Grinders with Electric Grinders .................................................................. 79

Energy-Efficient Fluid Flow ............................................................................................................................... 82 AR 11: Install VFDs on Pumps and Open Throttling Valves on Pretreatment Line ........................................ 83

IV. Measuring Savings .......................................................................................................... 87

V. Appendix ......................................................................................................................... 88


Padrões de referência

Quatro componentes de referência da fábrica

1. Descrição do processo e layout da fábrica

2. Análise de serviços públicos

3. Saldo de energia da fábrica

4. Análise de energia enxuta (LEA)


Descrição do processo e Layout da fábrica

Descrição do processo Layout da fábrica

Wax Tree Preparation

Refractory Dip

Flash Fire Furnace

Inspection

Baking

Liquid Wax

Liquidized Sand, Binders

Wax

Refractory Tree

1,600 F

Foam Padding

Foundation Making

Foam Pad Removing

Pouring

Baking

Wood Pattern, Foam

Refractory

Zircon Slurry Foam

1,400 F

Pattern Making

Settling

Flask, Wood Pattern, Binders Sand

Pre-heating Ladle, Gas

Burners

Weighing Alloy Steels

Cleaning Melting

Pouring

Knocking

Cleaning

Shot Blasting

Sand

Cope

Raw Material

Drag

Molds

Sand Recycling

Annealing Finishing

Heat Treating

Inspection Packaging Shipping

Steel Shots Steel Shots

Metal Scrap

Quenching Nitrogen

Vacuum

1,500 F ~ 2,240 F

1,600 F


Análise das contas de serviços públicos

• Analisar cronograma de taxas

• Confirmar valores de faturas• Verificar oportunidades

de economia:– Primária/secundária– Correção do fator de energia– Consolidação de medidores– Potencial de redução da

demanda

• Custos de referência

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

1,600

1,800

1/24

/02

2/25

/02

3/25

/02

4/25

/02

5/24

/02

6/25

/02

7/25

/02

8/26

/02

9/25

/02

10/24

/02

11/22

/02

12/23

/02

1/24

/03

2/24

/03

3/25

/03

4/24

/03

5/23

/03

6/24

/03

7/25

/03

8/26

/03

Act

ual

Dem

and

(kW

)

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

14,000

16,000

Co

nsu

mp

tio

n (

kWh

/day

)

Actual Demand (kW) Consumption (kWh/day)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

3/6/

02

4/6/

02

5/6/

02

6/6/

02

7/6/

02

8/6/

02

9/6/

02

10/6/

02

11/6/

02

12/6/

02

1/6/

03

2/6/

03

3/6/

03

4/6/

03

5/6/

03

6/6/

03

7/6/

03

8/6/

03

Co

nsu

mp

tio

n (

ccf/

day

)


Análise de energia enxuta (LEA)

• Definir o consumo de energia como funções de clima e produção

• Classifique a energia em:– Dependente da produção– Dependente do clima– Independente

• Usar modelos para:– Quantificar o grau

de “enxugamento”– Identificar oportunidades

de economia– Avaliar economia


Desagregar o consumo de energia


Quantificar o “enxugamento” de energia

Production39%

Independent51%

Weather10%

“Independente” é a energia não adicionada ao produtoLEA = (1 – Independente) LEA de eletricidade = 49%


Média de pontuações de LEA

39%

58%


Interrupções calibradas de energia

• Usar listas fornecidas pela fábrica de:– Principal equip. elét.– Principal equip. de gás– Horas de funcionamento estimadas

• Interromper a energia através de equipamento

• Calibrar interrupção relação a:– Análise de energia enxuta (LEA)– Contas de energia elétrica da

fábrica

Interrupção de gás natural

Interrupção de energia elétrica

CompTech/Shaffer

21%

CompAir Machining Equipment

13%

Dynos8%

Compressors10%

Lighting27%Fans

4%

Air Conditioning

1%

Other16%

Gas Fired Make-up Air Unit

10%

Error due to change in outdoor

temp.4%

Parts Washer9%

Paint Dryer9%

Space Heaters (supplied by

boilers)59%

Powder Washer9%


Abordagem para identificar economia

• Cada processo de fabricação é único• Não é possível se tornar especialista em cada

processo de fabricação• Concluiu que processos de fabricação são

compostos de diferentes sequências dos mesmos “blocos de prédios”

• Desenvolveu:

“Sistemas integrados + Abordagem de princípios”


Sistemas de energia

– Iluminação– Acionado por motor– Fluxo fluido– Ar comprimido– Água quente e a vapor– Aquecimento– Resfriamento– Aquecimento, ventilação

e condicionamento do ar– Calor e energia combinados


Princípios de eficiência energética

• Análise de dentro para fora• Compreender a eficiência do controle• Considerar o contrafluxo• Evitar mistura• Combinar energia primária ao uso final• Análise do sistema inteiro em período integral


1. Abordagem de dentro para fora

Conversion Distribution UseEnergySupply

Energy Use

Inside-Out Analysis ApproachFluxo de energia de fora para dentro da fábrica


Abordagem de dentro para fora

Conversion Distribution Use

EnergySupplySavings

Energy End–Use Savings

Inside-Out Analysis Approach


2. Compreender a eficiência do controle

• Todos os sistemas foram dimensionados para carga de pico, mas operam em carga parcial

• A eficiência do controle quantifica a perda ao controlar o sistema para operar em carga parcial

Energy

Production

Poor

Excellent


3. Considerar o contrafluxo

Q

T

T

x

x

Q

Fluxo paralelo

Contrafluxo


4. Evitar mistura

• A análise de disponibilidade nos informa– Trabalho útil destruído com mistura

• Exemplos– Tratadores de ar CAV/VAV– Poços quentes e frios

separados– Reutilização/reciclagem

de materiais


5. Combinar energia primária ao uso final


6. Desenho do sistema inteiro em período integral

• Dopt = 200 mm quando custo total = VPL(Energia)+Tubul.

• Dopt = 250 mm quando o custo= VPL(Energia)+Tubul.+Bomba

• Energia250 = Energia200 / 2


Sistemas integrados + Abordagem de princípios

Electrical Lighting Motors Fluid FlowCompress

Air SteamProcess Heating

Process Cooling HVAC CHP

Lean Energy Analysis BaselineInside Out AnalysisMinimum Theoretical EnergyConversion and Control EfficiencyMatch Source Energy to End UseMaximize Counter-flowAvoid MixingWhole-system, Whole-time Frame Analysis


Dia de avaliação

• Instruções • Tour pela

fábrica para identificar oportunidades

• Priorizar• Reunir

dados para quantificar

• Sessão de perguntas e respostas


Iluminação

• Maximizr a iluminação diurna

• Pesquisa sobre iluminação e inventário de luzes

• Colocação• Eficiência na

distribuição• Controle• Upgrades


Sistemas acionados por motor

• Melhorar uso final• Reduzir perdas

de transmissão• Otimizar política

de reparo/substituição


Fluxo fluido

• Minimizar perdas de fricção

• Controle de fluxo eficiente– Reduzir ventiladores– Ajustar impulsores de

bomba– Empregar acionadores

de frequência variável (VFDs) para fluxo variável

• Bomba lenta, bomba longa


Sistemas de ar comprimido

• Minimizar uso do ar• Minimizar perdas por

vazamento• Minimizar pressão• Comprimir ar externo• Otimizar modo

de controle• Otimizar a operação

de vários compressores• Recuperar calor


Sistemas a vapor/aquecimento

• Combinar fonte e uso de energia

• Isolar superfícies, tubulações e tanques abertos

• Manter purgadores de vapor

• Maximizar a eficiência da combustão

• Pré-aquecer a água de alimentação da caldeira

• Explorar calor e energia combinados


Processo de Aquecimento

• Maximizar a eficiência da distribuição de calor (aquecer o produto e não o ar)

• Minimizar perdas de calor em série

• Minimizar vazamentos e aberturas de ar

• Isolar superfícies quentes

• Maximizar a eficiência da combustão

• Recuperar calor para pré-aquecer o ar ou carga de combustão


Resfriamento

• Redes de permutadores de calor para minimizar o resfriamento de cargas

• Maximizar pontos de ajuste da temperatura

• Maximizar uso de torre de resfriamento

• Substituir resfriadores refrigerados a ar por resfriadores refrigerados a água

• Disponibilizar resfriadores ou empregar resfriadores com acionador de frequência variável (VFD)

• Usar resfriadores de absorção, se houver calor residual disponível

• Empregar ventiladores com acionador de frequência variável (VFD) nas torres de resfriamento


Aquecimento, ventilação e condicionamento do ar

• Empregar recuo de temperatura

• Isolar envoltório não isolado• Minimizar cargas de ventilação

e equilibrar a pressão de ar da fábrica

• Ar externo:– Se necessário, usar uma unidade

de tratamento de ar novo (UTAN) com 100% de eff.

– Se for desnecessário, usar aquecedor unitário com 80% de eff.

• Implantar economizadores para cargas de resfriamento durante o ano inteiro

• Melhorar a eficácia da distribuição


Calor e energia combinados

• Viabilidade, redimensionamento, economia– Calor para Energia– Energia para

Térmica– Calor para Energia

Boiler

Turbine

Shaft work out

Qcoal

Pump

Electrical Generator

Electricity

Qcondensor

~ 50 - 150 psig steam to plant

Condensor Low-pressure steam

Make-up water

Combustor

Compressor Turbine

Shaft work to compressor

Shaft work out

Qnatural gas

Ambient air Boiler

Electrical Generator

Electricity

Exhaust at ~375 F

Steam Turbine exhaust at

650 – 1,000 F


Priorizar oportunidades de economia

Economia por tipo de sistema Retorno de investimento cumulativo

e Economia


Avaliar a economia de energia (Usando o Modelo de Padrões de Referência de Análise de Energia Enxuta - LEA)

Pré-adaptação

Pós-adaptação

Economia


Acompanhar a intensidade de energia normalizada

Energia normalizada Intensidade

reduzida em 5,4%.


Compartilhar métodos e software

http://academic.udayton.edu/udiac


Obrigado!


Centro de Avaliação Industrial

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