Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Plano de Eficiência Energética numa Unidade Industrial Cláudio Filipe Vieira Alves Relatório de Projecto submetido no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Major de Energia Orientador: Prof. Doutor José Rui da Rocha Pinto Ferreira Fevereiro de 2009
c Cláudio Vieira Alves, 2009
Resumo Este documento corresponde ao relatório do Desenvolvimento e Implementação de um Plano de Eficiência Energética numa Unidade Industrial da Amorim & Irmãos, S.A., no âmbito do Projecto Final do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, Major de Energia, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Na gestão de recursos, a eficiência dos processos produtivos, a qualidade da matéria prima e outros são amplamente discutidos porém, a optimização da utilização energética é muitas vezes, perigosamente, negligenciada. Por eficiência entende-se uma utilização inteligente dos recursos disponíveis e que conduza a benefícios económicos e de desenvolvimento sustentável. Deste modo, em termos genéricos, este relatório traduz a análise ao estado da arte, o estudo e a implementação de soluções que visem eficiência energética neste ambiente industrial. Nesta perspectiva aborda-se no presente relatório: 1. Desagregação dos Consumos Energéticos; 2. Iluminação; 3. Sistemas accionados por motores eléctricos de grande potência; 4. Ar Comprimido. Efectivamente, ao longo do projecto, procurou-se, mais do que um levantamento e estudo exaustivo de informação, a proposta de soluções eficientes: imediatas, ao nível de alterações comportamentais; complexas, com diferentes níveis de investimento para a sua implementação. i
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Abstract This document is a report of the Development and Implementation of a Plan for Energy Efficiency in a Industrial Unit of Amorim & Irmãos, S.A., under the Final Project of the Integrated Master in Electrical and Computers Engineering, Major Power Systems, Faculty of Engineering, University of Porto. Within the management of resources, the efficiency of production processes, the quality of raw material, among others, are widely discussed. However, the optimal energy utilization is, most of the times, dangerously, neglected. The idea behind efficiency lies on a smart use of available resources and leads to economic benefits and sustainable development. This report reflects the analysis of the state of the art and the study and implementation of solutions regarding energy efficiency in industrial environment. In this perspective, this report considers the following points: 1. Breakdown of energy use; 2. Lighting; 3. Systems driven by powerful electric motors; 4. Compressed Air. Through the project, more than a comprehensive survey and study of information, there was a constant search for effective solutions: immediate, concerning behavior changes; complex, with different levels of implementation investments. iii
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Agradecimentos Em qualquer projecto e percurso, como este ou outro busca-se aquele que nos habituamos a designar como apoio incondicional. E encontrámo-lo, por vezes sem perder muito tempo a pensar como está, sempre disponível. Escondê-lo é negar as nossas origens: quem somos, até! É pois, para mim, imperativo agradecer este suporte a meus Pais e meu homónimo Avô. À Patrícia: obrigado pela bonança em plena tempestade e a compreensão dos dias roubados. Noutros termos, igualmente importantes, apagamos as dúvidas e partilhamos as dificuldades com os que vivem uma realidade mais próxima: aos Amigos, obrigado, também, por isto. Perguntar francamente, como corre a vida?, é hoje, subvalorizado. Na supervisão e orientação, disponível e motivador, obrigado ao Prof. Doutor José Rui Ferreira. Ao Prof. Doutor Carlos Araújo Sá e ao Prof. Doutor Artur Costa, o sincero agradecimento pela disponibilidade e por me indicarem algumas aproximações ao rendimento de sistemas accionados por motores eléctricos. Pela troca de idéias, as conversas sobre eficiência, e não só, mas sempre apaixonantes!, o agradecimento ao Director da Unidade Industrial onde estive inserido Eng. Luís Moreira. Com paciência em auxiliar, e por alinhar em ideias inventivas, fico grato ao electricista José António Vilela. v
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98 Medições e registos efectuados aos Motores Eléctricos Figura C.7: Perfil de Funcionamento do Ventilador utilizado para Transporte de Granulado para o Senfim e Moega Twin-Top Figura C.8: Perfil de Funcionamento do Ventilador utilizado para Despoeiramento na Descarga do Pó
C.2 Perfis de Consumo 99 Figura C.9: Perfil de Funcionamento do Ventilador utilizado para Despoeiramento das Topejadeiras Acabamentos Mecânicos Esta medição foi efectuada em 24 de Novembro de 2008 com uma periodicidade de 10 minutos. C.2.10 Despoeiramento das Rectificadoras, dos Acabamentos Mecânicos A rectificação composta por 10 máquinas rectificadoras e em funcionamento no Pavilhão de Acabamentos Mecânicos tem, semelhantemente à linha de topejadeiras, uma captação individual de pó. O perfil de funcionamento do motor reservado a esta tarefa encontra-se expresso na Figura C.10. A potência média absorvida do motor corresponde a 19,6 kw e esta medição foi efectuada em 15 de Novembro de 2008 com uma periodicidade de 5 segundos. C.2.11 Transporte Pneumático e Despoeiramento dos Acabamentos Mecânicos da Extrusão O sistema de ventilação utilizado constitui duas aplicações simultâneas: despoeiramento dos acabamentos mecânicos, do pavilhão da extrusão e o transporte de granulado do silo da extrusão para o misturador que alimenta as 8 extrusoras. A potência média absorvida do motor corresponde a 8,4 kw. A Figura C.11 traduz o perfil de funcionamento. Os mínimos correspondem a períodos em que não existem
100 Medições e registos efectuados aos Motores Eléctricos Figura C.10: Perfil de Funcionamento do Ventilador utilizado para Despoeiramento das Rectificadoras Acabamentos Mecânicos pedidos de transporte de granulado e o sistema de ventilação efectua, apenas, limpeza das condutas, pesagem e o despoeiramento dos acabamentos mecânicos. Esta medição foi efectuada em 14 de Novembro de 2008 e com uma periodicidade de 1 minuto. C.3 Potência estimada no veio dos Motores Eléctricos. Através do cálculo da razão entre a corrente absorvida e corrente nominal, estimou-se o valor da fracção de carga. Deste modo, recorrendo a características semelhantes aos motores em causa 1, foi possível obter o rendimento e a potência útil no veio dos motores eléctricos face às potências absorvidas medidas. A Tabela C.2 enumera os valores de potência absorvida medida, rendimento, bem como a potência útil no veio dos motores eléctricos analisados. 1 Através do algoritmo ultra-refinado, conforme sub-secção 5.2.1.2.
C.3 Potência estimada no veio dos Motores Eléctricos. 101 Figura C.11: Perfil de Funcionamento do Ventilador utilizado para Transporte de Granulado e Despoeiramento Extrusão
Tabela C.2: Potência absorvida medida, rendimento e potência no veio estimada para os MIT (com a respectiva fracção de carga) Motor Eléctrico Potência útil Estimado nominal Potência absorvida Rendimento Pot. útil Fracção (kw) medida (kw) (kw) de Carga Recuperação Gran. Moldadoras (NT) 15 9,60 90,8% 8,71 58% Transporte p/ Moldadoras (NT) 5,5 2,60 83,5% 2,08 38% Trasporte p/ Silos (NT) 7,5 6,20 83,0% 5,14 69% Transporte Gran. Senfim e Moega (NT) 15 10,90 90,8% 9,82 65% Transporte p/ Mold. e Silo 3 (TT) 7,5 4,50 80,2% 3,56 48% Transporte p/ Silo 1, 2 (TT) 18,5 18,50 87,8% 16,24 88% Transporte Gran. Senfim e Moega (TT) 5,5 4,30 83,4% 3,61 66% Despoeiramento Descarga do Pó 5,5 6,60 86,0% 5,67 103% Despoeiramento Topejadeiras 37 21,03 87,0% 17,97 49% Despoeiramento Rectificadoras 22 19,60 89,0% 17,44 79% Transporte Pneumático + Despoeiramento (Extrusão) 22 8,42 91,1% 7,63 35% 102 Medições e registos efectuados aos Motores Eléctricos
Anexo D Medições e registos efectuados à Central de Ar Comprimido D.1 Perfil de Consumo D.1.1 Em dias de laboração A medição, da Figura D.1, foi efectuada entre os dias 22 e 23 de Janeiro de 2009, com periodicidade de 5 minutos, e representa uma amostra do perfil de funcionamento da central de ar comprimido. De acordo com a utilização constante do ar comprimido a central de ar comprimido opera, também, nas 24 horas dos dias de laboração. A potência absorvida média registada, e que apresenta uma constância ao longo do tempo, é de 83 kw. D.1.2 Em vazio O teste de fugas foi efectuado numa Terça-Feira, dia 20 de Janeiro de 2009, feriado local, a partir das 7 horas hora em que a fábrica suspendeu a sua actividade até ao dia seguinte. A periodicidade especificada para registo no analisador de redes foi de 3 minutos. Apenas em períodos em que a fábrica suspende a sua actividade é possível alimentar a rede de distribuição de ar comprimido, sem consumo, identificando a quantidade de perdas dispostas nesta rede. Efectivamente, confirmou-se a existência de perdas reduzidas já que a potência média absorvida corresponde a 28 kw e o fabricante do compressor especifica como sendo 27 kw a potência absorvida pelo compressor quando este opera em vazio. A diferença entre estes valores traduz as fugas na rede de ar comprimido que, neste caso, se revelaram como reduzidas. Presencialmente, por análise qualitativa, constatou-se que as fugas na rede de distribuição de ar comprimido são reduzidas. A Figura D.2 traduz, graficamente, a medição efectuada. 103
104 Medições e registos efectuados à Central de Ar Comprimido Figura D.1: Perfil de funcionamento da Central de Ar Comprimido ao longo de um dia útil de laboração Figura D.2: Teste de fugas à rede de distribuição de ar comprimido