Eficiência Energética Chocolates Garoto

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1 Eficiência Energética Chocolates Garoto 1 CARACTERÍSTICAS DA EMPRESA Nome fantasia: Chocolates Garoto Ramo de atividade: Alimentício Localização: Vila Velha / ES Estrutura tarifária: Horo-sazonal Azul A3a Demanda Contratada: kw na Ponta e kw Fora de Ponta 2 APRESENTAÇÃO E OBJETIVOS O trabalho tem como objetivo a realização de um estudo sobre o uso de motores. Seguindo a metodologia proposta foram identificados, num grupo de motores selecionados como potencialmente viáveis, aqueles que seriam repotenciados e os que seriam mantidos com a mesma potência, porém, todos substituídos por motores de alto rendimento. Também foi realizado um estudo de engenharia de aplicação para os motores das conchas das refinarias de fabricação de chocolates. Conforme será mostrado, o acionamento do motor em duas velocidades foi substituído para aliviar a carga do motor no segundo evento do ciclo deste processo. No total foram estudados 182 motores distribuídos da seguinte forma. Motores Estudados Distribuição (%) 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0 < P 10 CV 10 < P 20 CV 20 < P 50 CV 50 < P 100 CV 100< P 150 CV 150< P 200 CV Quantidade Potência Os motores com potência de 125 CV fazem parte das refinarias 1 e 2 e foram foco do estudo de aplicação, os demais são do estudo de substituição e repotenciação. 3 METODOLOGIA ADOTADA PARA IMPLANTAÇÃO DO PROJETO A metodologia utilizada pela WEG é composta por cinco etapas. Nelas buscam-se soluções para eliminar prejuízos relacionados a desperdícios de energia elétrica mediante o correto dimensionamento dos motores elétricos. Etapa 1 Análise dos dados e definição dos motores potencialmente ineficientes;

2 Etapa 2 Visão geral dos processos; Etapa 3 Diagnóstico das condições operacionais; Etapa 4 Substituição dos motores; Etapa 5 Medições para a avaliação de resultados; Os trabalhos realizados na empresa Garoto foram realizados de duas maneiras: em um dos casos foram avaliadas substituições de motores de acordo com seu regime de operação, em outro foi realizado um estudo de aplicações considerando o processo que envolve o equipamento. 4 DETALHES DA IMPLANTAÇÃO Durante a fase de avaliação dos motores foram identificados 182 motores com potencial para serem substituídos. Após as medições instantâneas de corrente em regime permanente, avaliaram-se os carregamentos dos motores e identificou-se que as ações ocorreriam conforme resumido abaixo. 47 motores foram identificados para repotenciamento com motores de alto rendimento; 28 motores das refinarias nas Linhas 1 e 2 foram identificados para substituição por 14 motores de alto rendimento com potência superior; 02 motores das torres de resfriamento da central de água gelada foram avaliados quanto à viabilidade de substituir por motores com de 12 pólos por 8 pólos + inversor de frequência (não substituídos); 85 motores foram identificados para substituição por motores de alto rendimento mantendo a mesma potência; 20 motores são alto rendimento, que em sua maioria já foram adquiridos junto com os equipamentos e serão mantidos. Na primeira fase de implantação do projeto o cliente escolheu 85 motores que apresentaram melhor avaliação técnica e econômica, entre eles estão 14 motores das conchas das refinarias. Motores Substituídos Distribuição (%) 60% 50% 40% 30% 20% 10% Economia (kwh/cv) 0% 0 < P 10 CV 10 < P 210 CV 20 < P 50 CV 50 < P 100 C V 100< P 150 C V 0 Quantidade Potência Economia kwh/cv

3 Figura 1. Motores das bombas da central de água gelada No estudo de engenharia de aplicação, a máquina acionada utilizava dois motores de mesma potência e polaridades diferentes, instalados numa configuração conhecida como Tandem, na qual o funcionamento dos motores não é simultâneo. Nas medidas iniciais de tensão e corrente instantâneas, os motores apresentaram um carregamento considerado baixo, assim com o analisador de energia foram registradas as grandezas elétricas durante um período de medição para estudo do regime operacional. No inicio do processo, quando há necessidade de um torque maior de partida, o motor de 8 pólos era acionado com a carga do produto no processo e com o motor de 4 pólos acoplado como uma carga extra. Figura 2. Modificação da configuração Tandem das conchas de refino Pela comparação das curvas de carga dos dois motores em operação no ciclo de refino do chocolate, foi possível compreender qual era a necessidade do processo. Assim, foi sugerido o uso de apenas um motor de mesma potência, porém com uma velocidade intermediária (6 pólos) à dos dois motores antes instalados (8 e 4 pólos). A figura abaixo mostra as configurações atual, testada e proposta para os motores da concha da Linha 1.

4 Configuração anterior Configuração testada Configuração Final Figura 3. Configurações dos motores das conchas A segunda configuração foi testada com uma carga mais pesada no processo e com o motor de 8 pólos apenas acoplado ao eixo. Os registros de potência estão mostrados no gráfico de medição abaixo. Figura 4. Curva de Carga do motor 125 CV - 6 pólos (teste) O ciclo de produção tem duas etapas: na primeira ocorre a mistura a seco de aproximadamente 5,4 toneladas dos produtos que compõem a massa do chocolate, que é um

5 processo demorado e considerado crítico do ponto de vista de carga e partida para o motor, que de 8 pólos numa rotação menor e conjugado maior. Na segunda etapa há adição de outros ingredientes que tornam a massa líquida passando a ser misturada numa velocidade maior, para o processo de homogeneização. Durante a primeira etapa foram registrados momentos de sobrecarga, quando o motor atingiu picos de 105,4 kw, superior à condição nominal que seria de 96 kw. Porém, como o fator de serviço do motor novo é de 1,15, atende perfeitamente a sobrecarga que não chega a 10% e que tem uma duração bastante curta. Verificou-se também que na segunda etapa o motor acionou a carga levando 11 segundos para atingir a velocidade nominal, portanto, não houve problema de partida. Assim, concluiu-se que o motor de 125 CV de 6 pólos atenderia as necessidades do processo atual. No entanto, em discussão com o corpo técnico da empresa, considerou-se que para operar com apenas um motor de 6 pólos algumas variáveis como o número de partidas por hora, a variação da carga por modificações dos operadores ou do uso de outros tipos de massa, poderia fazer com que o motor não suportasse uma condição de partida ou de mistura. A previsão de futuro aumento de carga também foi considerada. Desta forma, optou-se por aumentar a potência do motor de 6 pólos para 150 CV para as conchas das linhas 1 e 2, ainda que os ganhos em termos de rendimento fossem equivalentes para os dois motores. Em termos energéticos, a modificação do processo mostrou que trabalhando com uma rotação maior na primeira etapa do ciclo, não haveria necessidade da segunda etapa. Assim, haveria uma economia de energia por ciclo de produção de cada concha igual a 37,1 kwh, conforme mostra a diferença de área dos gráficos abaixo Comparação do kwh consumido - Motores ARP e STD Potência (W) a Etapa 2 a Etapa :45 19:12 19:39 20:06 20:33 21:00 21:28 21:55 22:22 22:49 23:16 23:43 00:11 00:38 01:05 01:32 01:59 02:26 02:54 Tempo Motor Alto Rendimento Plus (ARP) Motor Standard (STD) Figura 5. Ciclos de operação Para calcular o número total de ciclos de produção, foi levado em consideração a capacidade de produção das conchas.

6 Tabela 1. Cálculo de viabilidade para cada concha Produção de chocolate: t/ano Capacidade de cada concha: 5,4 t Nº de ciclos de produção por ano: 9259 Ciclos/ano Número de conchas: 14 Unidades Nº de ciclos de produção por ano por concha: 661 Ciclos/ano/concha Economia de energia por ano 343 MWh/ano ROI 4 anos Esta ação foi replicada para 14 conchas iguais. E vale ressaltar que a economia gerada no ensaio realizado e mostrado na Curva de Carga 3 equivale a um tipo de massa denominada Bitter suit. 5 PRAZOS E CUSTOS Este trabalho realizado na forma de uma consultoria oferecida pela WEG teve um período de avaliação e estudos que levou 2 meses para ser concluído. Na fase de substituição dos motores foi feita uma programação de trabalho através de paradas programadas durante a semana sem comprometer a produção. Assim, a instalação dos 85 motores durou mais 2 meses. As despesas com instalação incluíram a mão-de-obra ao custo médio de mercado e um custo praticamente irrisório para modificações das instalações. O investimento nos equipamentos foi de aproximadamente R$350 mil para uma potência total de CV. 6 RESULTADOS E BENEFÍCIOS ALCANÇADOS Nos dias de hoje, além da preocupação com riscos de racionamento, perdas de produção, manutenção, entre outras coisas, as empresas estão assimilando uma cultura de conservação de energia, buscando aumentar sua participação no mercado com produtos cada vez mais competitivos e acessíveis. Desta forma, as empresas passaram a interpretar a energia elétrica como um insumo necessário à produção e não mais apenas como um custo fixo. O resultado deste trabalho seguiu esta lógica e atingiu os objetivos do ponto de vista técnico e de economia prevista. Com o uso de equipamentos novos de alta tecnologia e mais eficientes contribui-se para o aumento da confiabilidade e produtividade dos processos, reduzindo os custos de manutenção e energia favorecendo o crescimento econômico das empresas. A adoção da solução proposta para as conchas dos refinadores propiciou uma série de benefícios e ganhos, não apenas com a redução do consumo de energia pela melhoria do rendimento do motor padrão para um motor alto rendimento, mas também incluem: Redução da rotina e custos com manutenção; Redução do estoque de partes e peças; Aumento da confiabilidade da planta; Redução de H/H para troca e religamento dos motores; Redução da quantidade de motores; Redução da demanda instalada (kw); Menor custo para aquisição; Disponibilidade de mão-de-obra; Redução do ciclo de operação em 1 hora; Novo motor na mesma carcaça que o anterior.

7 As alterações relacionadas à substituição de motores elétricos de indução do tipo padrão pelos motores de alto rendimento propiciaram de uma forma global os seguintes resultados. Tabela 2. Resultados dos Cases estudados Realizado Garoto Sistema Atual Quantidade de motores 99(*) Potência (CV) 5520 Energia Consumida (MWh/ano) Sistema Proposto Quantidade de motores 85 Potência (CV) 4157 Energia Consumida (MWh/ano) Resultado Obtido Redução de potencia instalada (kw) 953 Energia Conservada (MWh/ano) Retorno de Investimento 2 anos e 4 meses Economia (%) 15,7 (*) o Sistema Atual possuía 14 motores a mais que o sistema proposto nos refinadores. Ganhos com redução de desperdícios de energia elétrica com o dimensionamento adequado da potência dos motores elétricos e uso de motores com alto rendimento. Os ganhos variam de acordo com o processo de cada empresa, tipos de equipamentos acionados, horas de operação dos equipamentos, rotinas de manutenção, vida útil dos equipamentos acionados, entre outras características específicas. Trabalho realizado por: Eng. Jonas Cândido da Silva; Eng. Dany de Moraes Venero. SERVICE - WEG MOTORES wegservice@weg.net