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ESTRATGIAS DE EFICINCIA ENERGTICA APLICADAS EMUMA FBRICA DE ALUMNIO: RESULTADOS OBTIDOS

Tadeu da Mata Medeiros Branco e Fernando Manoel C. Silva Santos

PPGEE/ITEC/UFPA66075.900 - Belm - Par

TAMEBRA Cons. e Eng. S/S. Ltda.66050.080 - Belm - Par

Roberto Tetsuo FujiyamaFEM/ITEC/UFPA

66075.900 - Belm - Par

Gilvandro Oliveira Jorge e Afonso Henrique Paz Bittencourt

ALBRAS Alumnio Brasileiro S. A.Dist. de Murucupi - Barcarena - Par

Abstract: Electrical energy is the most used form of energy in the world, and itsconservation is a concern for most users particularly industry. This problem becomesmore important in developing countries where the rising energy costs and the use ofefficient energy apparatus are of significant concern. This paper presents the proposition

and the result of the implementation of strategies for the energetic efficiency in anindustry of aluminium. The selection, in particular, of an aluminium industry was donebecause electrical energy represents an expressive amount of the overall energy used inthat industry. The savings resulting and return of investments are presented and discussed.Copyright 2009 CBEE/ABEE

Keywords - Energetic efficiency, energetic diagnosis, losses minimization, industrialmotor driven systems optimization, reduction of consumption.

Resumo: Energia eltrica a forma mais usada de energia, e sua conservao umapreocupao para a maioria dos usurios, particularmente as industriais. Este problematorna-se mais acentuado em pases em desenvolvimento onde o crescimento do custo deenergia e o uso de equipamentos eficientes so de importncia significativa. Este trabalho

apresenta a proposio e o resultado da implementao de estratgias para a eficinciaenergtica em uma indstria de alumnio. A seleo, em especial, de uma indstria dealumnio devida a energia eltrica representar um montante expressivo da energia totalusada naquela indstria. O efeito econmico e o retorno dos investimentos soapresentados e discutidos.

Palavras-chaves -Eficincia energtica, diagnstico energtico, minimizao de perdas,otimizao de sistemas motrizes industriais e reduo de consumo.

1 INTRODUO

A energia eltrica representa a forma de energia maisutilizada na atualidade, e sua conservao tem sidomotivo de preocupao entre usurios, em especial osdo tipo industrial. O consumo crescente dessa energia,

aliado falta de investimentos no setor de gerao, vemdiminuindo a distncia entre a demanda e a oferta,tornando o fornecimento vada vez mais crtico ao nvel

de curto prazo. A busca de solues para o problema desuprimento energtico abrange, entre outrasalternativas, a construo de novas usinas geradoras, a

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importao de energia de pases vizinhos e aimplementao de aes relacionadas com o combateao desperdcio de energia, de forma a promover oaumento da eficincia no uso da energia eltrica.

Os estudos voltados para a conservao de energia sode grande importncia, e apresentam dois objetivosprincipais [Khan, 1996]:

economia de kWh (Energia) e, economia no custo de energia ($).

O consumo de energia eltrica classificado como:industrial, comercial, residencial e outros, merecendodestaque o industrial que representa cerca de 46% doconsumo de energia eltrica do pas, segundo dados daEmpresa de Pesquisa Energtica EPE, conformeilustra a Fig. 1, e responsvel por expressiva parcelade desperdcio de energia [Procel, 2009].

Figura 1. Consumo total de energia no Brasil em 2007. Fonte:Empresa de Pesquisa Energtica - EPE - Boletim

N. 04 JAN/2008 [Procel, 2009].Nas indstrias os sistemas motrizes so responsveispor cerca de 50% do total da energia eltricaconsumida. Os seus sistemas motrizes esto associadosao acionamento eletro-eletrnico, ao acoplamentomotor-carga, ao acionamento de cargas mecnicas:bombas, compressores, ventiladores, exaustores ecorreias transportadoras, e a instalaes vinculadas como transporte e consumo de fluidos.

Com o propsito de estimular o setor industrial areduzir o desperdcio de energia eltrica, aELETROBRS, no mbito do PROCEL INDSTRIA

- Programa de Eficincia Energtica Industrial vemfomentando aes de eficincia energtica no setorindustrial, atualmente com foco na reduo das perdaseltricas nos sistemas motrizes industriais. Essas aesso realizadas atravs de convnios com as Federaesde Indstrias de vrios Estados, que estabelecemgestes junto s suas associadas, visando sua adeso ecomprometimento com as diretrizes do Programa[Branco et al., 2006].

2 A INDSTRIA DE ALUMNIO

Com base nas diretrizes do programa PROCEL

INDSTRIA, foram estabelecidas gestes junto aALBRAS - Alumnio Brasileiro S. A., com vistas aodesenvolvimento de atividades associadas emisso dediagnstico, proposio e implementao de estratgias

voltadas para a eficincia energtica em algumas reasdo seu Parque Industrial. A ALBRAS uma companhiade capital fechado, resultante da associao de umconsrcio de empresas. Est localizada no municpio deBarcarena, distante 40 quilmetros de Belm, capital doEstado do Par. Foi formalmente constituda emsetembro de 1978, com as suas instalaes inauguradasem julho de 1985, com as suas atividades direcionadas produo de alumnio na forma de lingotes, compureza acima de 99,70%. O Porto de Vila do Conde, nomesmo municpio usado para o embarque do produtofinal. Nas figuras 2 e 3 so ilustradas, respectivamente,as vistas areas do complexo integrado de produo dealumnio e do Porto de Vila do Conde.

Figura 2. Vista area do complexo integrado de produo dealumnio da ALBRAS [Albras, 2009].

Figura 3. Vista area do Porto de Vila do Conde [Albras,2009].

Na realizao dos procedimentos que culminam com a

disponibilidade dos lingotes de alumnio, soconsiderados: a energia eltrica, a gua, o leo BPF(Baixo Ponto de Fluidez), os insumos inerentes fabricao do anodo, e os insumos inerentes fabricao do alumnio. O processo de fabricao dealumnio, na forma de lingotes ilustrado na Fig. 4.

A energia eltrica contratada disponibilizada paraatender as necessidades das diversas unidades queconstituem o complexo industrial da ALBRAS:Fbrica de Anodo Verde I, Fbrica de Anodo Verde II,Fbrica de Anodo Cozido I, Fbrica de Anodo CozidoII, Oficina de Chumbamento de Haste I, Oficina de

Chumbamento de Haste II, Reduo I CC, Reduo IICC Reduo III CC, Reduo IV CC, Reduo I CA,Reduo II CA, Reduo III CA, Reduo IV CA,Tratamento de Gases I, Tratamento de Gases II.

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Tratamento de Gases III, Tratamento de Gases IV,Fundio, Utilidades, SE Principal, Catodo, reasAdministrativas, Laboratrio, Oficinas, Almoxarifado,Estocagem e Cadinho.

Figura 4. Processo de fabricao de alumnio, na forma delingotes [Albras, 2009].

Uma avaliao ao nvel de balano energtico, realizadaentre o leo BPF e a energia eltrica utilizados para aproduo industrial de 2005 resultou nos valores de0,072 *10

4kWh associados ao consumo de leo BPF, e623.550 *10

4 kWh, associado ao consumo de energia

eltrica. Este balano energtico ilustrado na Fig. 5,com as quantidades expressas em kWh/10000. Oconsumo de leo BPF convertido em energia,corresponde a 1,15 * 10

-5 do consumo de energiaeltrica. Esse leo contribui com parcela insignificantena matriz energtica da indstria, embora seja uminsumo imprescindvel para a preparao do anodo.

Figura 5. Balano energtico entre o leo BPF e a energiaeltrica no processo industrial da ALBRAS para a

produo de 2005 [Branco et al., 2006].

3 A EFICINCIA ENERGTICA

3.1 Diagnstico

A indicao de aes voltadas para a eficinciaenergtica na indstria fundamentou-se nas avaliaesregistradas durante as visitas tcnicas realizadas e nosdados coletados atravs da aplicao de procedimentosde auto-diagnstico em diversas reas que compem oParque Industrial avaliado. Este diagnstico favoreceu aseleo das aes mais expressivas para a economia de

energia, a implementao, at ento, de uma delas, oscustos envolvidos e o retorno dos investimentosassociados [Szyszka e Amrico, 2006].

3.2 Seleo e indicao das aes

Foram selecionadas e indicadas para implementao asseguintes aes destinadas utilizao mais eficiente daenergia:

3.2.1 Ao 01

Reduo do consumo de energia eltrica na iluminaodas reas de transformadores da SE Principal.

Procedimento: Utilizar a iluminao somente emhorrios de inspeo, ou em necessidade demanutenes dos transformadores durante operodo noturno.

Caracterstica do Consumo: 68 luminrias de 400W, Vapor de Mercrio, com reator de 250 W,operando 12 h/d, totalizando um consumoanual de 193.596 MWh.

Economia anual de energia: Reduzindo o consumoobservando um fator de utilizao de 2%ocorre:

EW01 Anual= 189.724 MWh (1)

3.2.2 Ao 02

Reduo do consumo de energia eltrica na iluminaodas plantas de tratamento de gases.

Procedimento: Utilizar a iluminao somente emhorrios de inspeo, ou em necessidade demanutenes.

Caracterstica do Consumo: em cada planta detratamento de gases existem 60 luminriasde 400 W, Vapor de Mercrio, com reator de250 W, operando 12 h/d, totalizando umconsumo anual de 170.820 MWh. Na presenade 08 plantas com a mesma caractersticaocorre um consumo anual de 1.366.560 MWh.

Economia anual de energia: Reduzindo o consumoobservando um fator de utilizao de 2%ocorre:

EW02 Anual = 1.339.228,80 MWh (2)

3.2.3 Ao 03

Reduo do consumo de energia eltrica atravs dasubstituio de moto-ventiladores com motor padropor equivalentes com motor de alto rendimento, narefrigerao forada de transformadores retificadores.

Procedimento: Substituir os motores padro pormotores de alto rendimento nos moto-ventiladores, de modo a reduzir o nvel de

rudo e aumentar a eficincia da ventilao doequipamento e, conseqentemente, diminuir oconsumo de energia eltrica em

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transformadores retificadores de 40,1 MVA,utilizado no sistema de retificao.

Caracterstica do Consumo: cada transformadorretificador refrigerado por um conjunto de 08moto-ventiladores. No estudo so consideradasduas configuraes:

Configurao antiga: 8 motores padro de3 CV (2,2 kW) = 17,6 kW.

Configurao proposta: 8 motores de altorendimento 1 CV (0,74 kW) = 5,92 kW.

O transformador retificador opera em sua capacidadenominal, simultaneamente com os moto-ventiladores.

Economia anual de energia: Reduzindo o consumoobservando um fator de utilizao de 99%, aeconomia de energia considera pequenasintervenes no transformador retificador, edesta maneira, poucas paradas dos moto-

ventiladores, totalizando um consumo de101,3 MWh. Na presena de dozetransformadores retificadores de mesmacaracterstica no Parque Industrial, aimplementao desta ao em todos elesconduz a:

EW03 Anual = 1215,60 MWh (3)

4 IMPLEMENTAO REALIZADA,ECONOMIA E RETORNO DOSINVESTIMENTOS

4.1 Implementao realizada e custos

Dentre as aes selecionadas e indicadas paraimplementao, com vistas utilizao mais eficienteda energia foi implementada parcialmente a Ao 03,atravs da substituio dos moto-ventiladores commotor padro em 06 transformadores retificadores naReduo I. Corresponde metade da implementaoindicada na ao.

O custo dos investimentos associados decorre daaquisio de 48 moto-ventiladores com motores decaracterstica: Motor de Induo de fabricao nacional,

de 1 CV (0,74 kW), alto rendimento, 1800 RPM, IP 55e custo unitrio de R$ 2000,00, que corresponde a umcusto de [BD Motor, 2006]:

INVtot= 48 * R$ 2000,00 = R$ 96.000,00 (3)

4.2 Economia anual com a reduode consumo de energia

A implementao da Ao 03, considerando um valorestimado de energia de R$ 100,00/MWh, levou a umaeconomia anual com a reduo de consumo de energia

de:

$Wanual= ( EW03 Anual/2) * R$ 100,00/MWh == R$ 60.780,00 (4)

4.3 Retorno dos investimentosSem considerar o custo de instalao dos motores, dosajustes associados e de taxa de juros, o retorno simplesdos investimentos realizados foi calculado pelaexpresso:

Rinv= (INVtot/$Wanual) * 12 = (96.000/60.780)*12

= 19 meses. (5)

5 CONCLUSES

As atividades associadas busca de eficientizaoenergtica em uma industria so desenvolvidas deacordo com as seguintes fases: avaliao, emisso dediagnstico, tomada de deciso e implementao deaes. Com os cenrios definidos nas fases de avaliaoe de emisso de diagnstico possivel estabelecer asprincipais linhas de ao que favoream a deciso pelaexecuo (implementao) do melhor cenrio deeficientizao. A elaborao e implementao doreferido cenrio envolve, preliminarmente, aesespecficas de conservao em detalhes, que permitamidentificar de maneira clara os objetivos, os agentesenvolvidos, os recursos para financiamento, taxas dejuros associadas e cronograma de execuo, posto que,em uma indstria, haver necessidade da paradaprogramada de setores, por algum tempo.

Neste trabalho foram apresentadas a proposio e oresultado da implementao de estratgias para aeficincia energtica na ALBRAS Alumnio BrasileiroS. A., que se fundamentaram nas verificaes in-loco,e na anlise dos dados coletados atravs da aplicao

de procedimentos de auto-diagnstico em diversasreas que compem o Parque Industrial avaliado.

A avaliao da implementao da ao destinada reduo do consumo de energia eltrica atravs dasubstituio de motores padro, por equivalentes commotor de alto rendimento, na refrigerao forada detransformadores retificadores, mostra o retorno dosinvestimentos realizados em curto espao de tempoconsiderando a vida til dos equipamentosimplementados. A implementao dessa aocontribuiu para a diminuio da demanda instalada,possibilitando maior disponibilidade de energia para o

processo principal (produo do alumnio), ao mesmotempo em que ajudaram na modernizao do processoindustrial pertinente.

6 REFERNCIAS

Albras (2009). Site: www.albras.net, acessado em20.02.2009.

BD Motor (2006). Software para viabilizar economia eenergia em motores de induo trifsicos.Mdulo 09 do Curso de Formao deMultiplicadores em Otimizao de Sistemas

Motrizes, no mbito do Projeto PROCELINDSTRIA - Eficincia Energtica Industrial.

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Branco, T. M., M.; Santos, F. M. C. S. e Fujiyama, R.T.(2006).Diagnstico para a eficincia energticaindustrial da ALBRAS, maio, 92 p.

Khan, A. Z. (1996).Electrical energy conversion andits application to a sheet glass industry. IEEETrans. on Energy Conversion, Vol. 11, No 3,September, p. 666-71.

Procel (2009), Procel Indstria, disponvel em:http://www.eletrobras.com/elb/procel/main.asp?TeamID={FBFB8D50-65B6-4135-9477-B0B2711D7AD8}, acessado em 19.02.2009.

Szyszka, E. e Amrico, M. (2006). Metodologia derealizao de diagnstico energtico: guiaavanado.Pub. PROCEL/ELETROBRAS, 51 p.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a ELETROBRAS pela seleo

para participar do Curso de Formao deMultiplicadores em Otimizao de Sistemas Motrizes,no mbito do Projeto PROCEL INDSTRIA -Eficincia Energtica Industrial, e ALBRAS pelaoportunidade de implementao das aes definidas.

BIOGRAFIA(S):Tadeu da Mata Medeiros Branco, Dr. em Eng.Eltrica, Professor Colaborador doPPGEE/ITEC/UFPA, Pesquisador do CNPq, AvaliadorInstitucional do MEC e Diretor Tcnico da TAMEBRACESSL. Ltda. E-mail: tamebracons@amazon.com.br.

Fernando Manoel Carvalho da Silva Santos,Doutorando em Eng. Eltrica no PPGEE/ITEC/UFPA eDiretor Tcnico da TAMEBRA CESSL. Ltda. E-mail:femacass@ufpa.br.

Roberto Tetsuo Fujiyama Dr. em Eng. Mecnica,Professor e Diretor da FEM/ITEC/UFPA. E-mail:fujiyama@ufpa.br.

Gilvandro de Oliveira Jorge Mestre em Eng.Mecnica e desenvolve atividades profissionais naALBRAS Alumnio Brasileiro S. A. E-mail:gjorge@albras.net.

Afonso Henrique Paz Bittencourt Eng. Eletricista edesenvolve atividades profissionais na ALBRAS

Alumnio Brasileiro S. A. E-mail: afonsoj@albras.net.