ESTUDO PARA A IMPLANTAÇÃO DE GERAÇÃO DE AR COMPRIMIDO COM ALTA EFICIÊNCIA NA ELECTROLUX DO BRASIL S.A. PLANTA GUABIROTUBA
FRANKLIN AUGUSTO GONÇALVES, JONADAB RODRIGUES CARDOSO.
Curso de Engenharia Industrial Elétrica – Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
RESUMO: O presente trabalho propõe a substituição dos compressores de ar comprimido da Electrolux do Brasil S.A planta Guabirotuba por equipamentos com tecnologia superior e de maior rendimento, como a substituição dos equipamentos existentes por equipamentos mais novos é constatou-se ser possível obter uma redução de até 28% no consumo de energia elétrica na geração de ar comprimido, podendo alcançar 2,5% do consumo total da planta fabril. Comprovando-se que os equipamentos novos por possuírem maior eficiência energética, executam o mesmo trabalho com menor consumo além de apresentarem um menor custo de manutenção. Concluiu-se após os cálculos realizados que a Electrolux teria um retorno financeiro, de seu investimento, num tempo máximo de 37 meses após o início da operação. Esta atratividade é média, no entanto o projeto é considerado viável em virtude dos valores envolvidos e da vida útil dos equipamentos.
PALAVRAS-CHAVE: compressor de ar comprimido, eficiência energética, compressor com velocidade variável, Electrolux do Brasil.
INTRODUÇÃO
A utilização de sistemas e produtos com alta eficiência energética têm sido uma meta nos dias atuais, ficando em evidência após a crise energética de 2001, quer seja no ramo comercial, industrial ou em nossos lares. A energia é um insumo essencial para o desenvolvimento econômico e social de uma nação, sendo que seu uso racional é uma alternativa de baixo custo e grande economia.
Uma empresa que deseja tornar-se competitiva não pode ignorar os projetos e os programas que lhe proporcione redução no custo com energia, sendo que
na atividade industrial este ganho poderá ser um diferencial na conquista de novos mercados e clientes.
O consumo industrial de energia elétrica representou 45% de todo o mercado nacional no ano de 2005, (EPE, 2006), conforme a Tabela 1. Dentro do setor industrial brasileiro 50% da energia consumida destina-se à alimentação de motores elétricos (FILIPO FILHO, 2006), bem abaixo dos 60% utilizados nos EUA (US DEPARTMENT OF ENERGY, 2002) e na EU (EUROPEAN COMMISSION, 2001). Essa diferença é explicada pela maior participação relativa aos segmentos eletrointensivos, ou seja, empresas dos setores industriais que usam muita energia elétrica.
Embora o Brasil já tenha uma crescente indústria manufatureira, o percentual de empresas ainda é menor comparado em relação às de outros países mais industrializados.
Tabela 1 - Perfil do consumo de energia elétrica em 2005. Setor Consumo (GWh) % Residencial 82.693 24,66 Comercial 53.239 15,87 Outros 49.936 14,89 Industrial 149.542 44,58 Total 335.410 100,00 Fonte: EPE, 2006.
Dentro da força eletromotriz das empresas, um dos principais equipamentos é o compressor de ar comprimido, que representa um consumo estimado entre 13 e 15% da energia elétrica utilizada pela indústria (KEULENAER, 2004). Conforme as exigências dos usuários evoluem, altera-se o conceito de eficiência de um sistema de ar comprimido, sendo possível atingir um melhor desempenho com motor de alto rendimento, controle de velocidade e melhoria na operação e manutenção, podendo chegar a uma economia de 28% no sistema de geração de ar comprimido.
O ar comprimido é uma importante forma de energia, insubstituível em diversas aplicações e resultado da compressão do ar ambiente (atmosférico), cuja composição é uma mistura de oxigênio (+/-20%), nitrogênio
(+/- 79%) e outros gases (+/-1%) (ROBERTSON, 1998).
Atualmente cerca de 5 bilhões de toneladas de ar são comprimidas por ano em todo o planeta gerando um consumo de 400 bilhões de kWh a um custo de 20 bilhões de dólares. São números elevados, que provocam um grande impacto no meio ambiente, mas que poderiam ser substancialmente reduzidos com medidas racionais. Na indústria o metro cúbico de ar a pressão de 7 bar1 custa em torno de meio centavo de dólar (1,0 m3 ar +/- US$ 0,005) apenas em energia (METALPLAN, 2006).
Em função das perdas decorrentes da transformação da energia, o ar comprimido (energia pneumática) pode custar de sete a dez vezes mais do que a energia elétrica para uma aplicação similar, embora isto seja normalmente compensado pelas vantagens da flexibilidade, conveniência e segurança representada pela energia pneumática (METALPLAN, 2006). Entretanto, o ideal é verificar se o ar comprimido é realmente necessário para a tarefa que está sendo proposta, ou se pode ser substituído pela eletricidade.
Num período de trabalho de cerca de dez anos, o custo total da propriedade de um sistema de ar comprimido terá aproximadamente as seguintes proporções mostradas na Figura 1.
1
Figura 1 - Proporções do Custo Total Fonte: Robertson, R, 1998.
Neste período, esse sistema poderá ter operado continuamente por até 80 mil horas. A título de comparação, um automóvel, nestes mesmos dez anos, não terá rodado mais do que 10 mil horas, em média.
Com relação ao meio ambiente, um sistema de geração de ar comprimido além de eficiente, deverá ser projetado visando estar de acordo com as questões ambientais, reduzindo o nível de descartes e com o menor nível de poluição capaz de afetar a natureza.
MÉTODO DE PESQUISA
Inicialmente foi feita uma introdução quanto aos fundamentos da termodinâmica, para uma melhor compreensão da geração, distribuição e armazenamento do ar comprimido. Abordando os compressores e os motores trifásicos e seu funcionamento, que
incluiu o estudo de equipamentos disponíveis no mercado.
O trabalho contemplou um estudo do sistema de geração de ar comprimido que é utilizado atualmente pela Electrolux do Brasil S.A., de forma a analisar o consumo e demanda de energia elétrica da empresa, verificando a possibilidade da redução do consumo e da demanda.
Foi realizado um levantamento de dados através de equipamentos para leitura de grandezas elétricas e mecânicas nos equipamentos, para buscar a melhor solução em termos de eficiência energética com o sistema de geração de ar comprimido. E ainda, verificar a possibilidade de melhoria da estabilidade e disponibilidade do ar oferecido à fábrica.
Também foi abordado quanto à competição entre máquinas, verificando a otimização do sistema através de tecnologias de controle, mas sem perder a eficiência.
Embora possam ser obtidos grandes ganhos com a eliminação de vazamentos não foi feita esta abordagem, devido a ir além do proposto no trabalho.
O estudo da rede de distribuição de ar comprimido restringiu-se ao conhecimento da planta fabril.
Visto que a proposta do projeto baseia-se na customização do sistema de ar Implantação 19% Energia 73% Refrigeração 1% Manutenção 7%
comprimido, não foi analisado o processo de consumo do ar comprimido.
COLETA DE DADOS
A identificação física, com apenas a obtenção de dados de placa e dados construtivos seriam suficientes para uma proposta de melhoria em eficiência energética, mas não atingiam a necessidade de bons trabalhos de engenharia A aquisição de dados mais precisos e de melhor qualidade julgou-se necessária para um estudo mais aprofundado visando uma proposta ao nível de engenharia para uma alta de apreciação do cliente pelo trabalho proposto e sua execução.
A partir de uma visão que quanto maior a qualidade de um serviço prestado ao cliente, maior será seu grau de satisfação pelo produto entregue a ele. O contato com uma empresa que possua equipamentos de medição mais sofisticados justificou-se para atingir um bom nível de trabalho
Tabela 2 – Valores de vazão anterior
Compressores vazão em carga (m3/min) vazão consumida total (m3/min) Capacidade ociosa (m3/min) GA 807 13,03 12,38 GA 1107 18,35 13,60 GA 1107 18,92 15,04 GA 807-A 11,95 10,34 GA 807-B 12,34 10,10 GA 807-C 12,35 9,71 Total 86,94 71,16 15,78
Através da Tabela 2 percebe-se uma capacidade ociosa de 15,78 m³/min o que equivale a um compressor GA 807.
Tabela 3 – Valores de demanda anteriores
Compressores demanda máxima (kW) demanda média (kW) GA 807 81,94 77,90 GA 1107 122,18 90,56 GA 1107 120,11 95,53 GA 807-A 85,83 78,90 GA 807-B 83,19 71,02 GA 807-C 85,73 70,64 Total 578,98 484,55
O custo da energia foi calculado utilizando valores da resolução 345/2006 da ANEEL. O sistema tarifário horo-sazonal azul sub-grupo A3 é o utilizado pela empresa. Foi calculado o preço médio da energia segundo a resolução 456/2000 da Aneel.
A proposta contemplou a retirada dos seis compressores atuais, totalizando 578,98 kW e a aquisição de três novos compressores de 149,2kW cada, sendo um deles com velocidade variável e os outros com velocidade fixa. Os ganhos podem ser mensurados nas Tabela 4 e 5.
Tabela 4 – Valores de vazão teóricos
Compressores vazão em carga (m3/min) vazão consumida total (m3/min) Capacidade ociosa (m3/min) SSR-XF200-1 28,12 28,12 SSR-XF200-2 28,12 28,12 IRN 200 HCC 28,43 15,64 Total 84,67 71,88 12,79
Com a instalação de novos equipamentos não se obteve a eliminação por
completo da capacidade ociosa, mas com o compressor de velocidade variável modulando a produção de acordo com o consumo de ar comprimido atingiu uma melhor eficiência energética.
Tabela 5 - Valores de demanda teóricos
Compressores demanda máxima (kW) demanda média (kW) Compressor Fixo 1 162,62 162,62 Compressor Fixo 2 162,62 162,62 Compressor VSD 151,74 83,46 Total 476,98 408,69
Os valores acima mencionados referem-se a dados de placa, garantido pelo fabricante. A partir destes dados pode-se dimensionar a economia gerada, atingindo um valor de R$ 142.555,68 ao ano.
Para o melhor aproveitamento, da instalação dos compressores projetou-se uma alteração na distribuição do ar comprimido. Em comum acordo com o setor de engenharia da empresa, foi definido uma rede de 6” interligando a fábrica 1 e 2, para fecharmos o anel, totalizando 500 metros de extensão e proporcionando um reservatório de 9,12 m3 que possibilitou atender a fábrica com apenas uma central de geração de ar comprimido.
INVESTIMENTO E RETORNO FINANCEIRO
A compra de equipamentos não foi o único investimento da empresa, houve a necessidade da aquisição de rede de ar comprimido, painel de distribuição elétrica, gastos com custo de instalação junto com a mão de obra de engenharia disponibilizada pelos autores do projeto.
Tabela 6 - Total de Gastos
Tipo de Custo R$ % Equipamentos 302.000,00 68,13 Rede de Ar Comprimido 75.042,77 16,93 Instalação 56.930,00 12,84 Custos extras 9.320,27 2,10 Total 443.293,04 100,00
O cenário montado a partir da escolha do sistema de troca de todos os compressores foi comprovado com a elaboração do plano de retorno do investimento. Numa análise mais simples somente com a economia de energia elétrica, desprezando os ganhos com redução de parada de equipamento e ganhos ambientais e apresentado um pay-back2 simples.
Este trabalho de pay-back simples têm seus resultados expressos na Figura 2. Dados de economia mensal de energia posta contra o custo total do trabalho apresentam um tempo de retorno de 37 meses aproximadamente.
2
-450 -350 -250 -150 -50 50 1 5 10 15 20 25 30 Meses C u s to ( m il R $ )
Economia mensal [R$] Custo total [R$]
Figura 2 - Tempo de amortização do investimento
CONCLUSÃO
Segundo Casarotto Filho (2000), a maioria das empresas brasileiras tem o costume de manter os equipamentos envelhecidos em funcionamento, mesmo quando sua operação não é mais economicamente viável. As despesas de manutenção em geral e o custo com matrizes energéticas em geral superam em muito o valor dos investimentos. Existe atualmente no Brasil um potencial enorme de redução de custo simplesmente desfazendo-se de equipamentos obsoletos com custo de operação muito elevado ou produzindo fora das especificações. Geralmente as empresas não fazem as substituições que deveriam fazer por causa de um acomodamento administrativo. As decisões de substituição não chegam a ser cogitada, pois o estilo administrativo dominante ainda é o de resolver os problemas só em último caso e não se antecipar a eles.
No cenário atual de escassez de recursos naturais, a pesquisa e a execução de projeto visando um melhor uso da
energia elétrica, comprovam que com o uso racional dela pode cooperar com a preservação. A má utilização dos recursos existentes pode levar a um futuro caótico, para que seja possível amenizar esse problema estudos como estes se justificam.
A redução no consumo de energia já é um fator que além de benéfico ao meio-ambiente também se apresenta com bons olhos à saúde financeira da empresa. Além destas benfeitorias está a circulação de dinheiro no mercado, seguido de execução de processos que geram desenvolvimento e emprego.
A compra dos novos compressores e dos componentes necessários para montagem da rede de ar comprimido, mostrou-se como um voto de confiança da Electrolux no desenvolvimento deste trabalho, devido ao aporte financeiro envolvido. Sendo que a empresa tem como hábito apresentar os resultados das ações e seus benefícios junto aos seus funcionários.
REFERÊNCIAS
AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Resolução no 456, de 29 de
novembro de 2000. Estabelece, de forma atualizada e consolidada, as condições gerais de fornecimento de energia elétrica. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, v. 138, n. 230-E, 30 nov. 2000. Seção
1, p. 35. Disponível em
<http://www.aneel.gov.br>. Acesso em: 14 nov. 2006.
CASAROTTO FILHO, Nelson: Análise de Investimentos – São Paulo, Atlas 2000.
COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA. Curitiba, 2006. Disponível em
<http://www.copel.com/sitearquivos.nsf/a rquivos/resolucao_aneel_345/$FILE/reh2 006345.pdf>, Acesso em: 17nov. 2006. EPE, 2005, Empresa de Pesquisa Energética. Disponível em: <
http://www.epe.gov.br/ >.Acesso em: 10 fev. 2007.
FILIPO FILHO, G: Conservação de energia elétrica em sistemas fluidomecânicos. Revista Eletricidade Moderna, São Paulo, nº 387, p 68-83, jun/2006.
KEULENEAR, H. De; et al.:Energy Efficient Motor Systems. European Cooper Institute. The motor Challenge Programme. Apr./2004. Disponível em <http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int.>, Acesso em 10 set. 2006.
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