O GERENCIAMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA FABRIL Kelly dos Santos Kremen Faculdades Ponta Grossa Curso de Engenharia Elétrica Ponta Grossa PR Brasil. Resumo: Este artigo tem como objetivo apresentar a implantação de um sistema de gerenciamento de energia elétrica em uma empresa de alimentos localizada no Paraná. Este documento abordará como era feito o gerenciamento a dezoito meses atrás, como é realizado hoje e quais são as vantagens de se ter um sistema de monitoramento automatizado de energia elétrica. Palavras-chaves: Gerenciamento, Energia Elétrica, Monitoramento Automatizado. Abstract: This article has as objective to introduce the implantation of an electrical energy management system in a food factory located in Paraná. This document discusses how management was done eighteen months ago, as is done today and what are the benefits of having an automated tracking system for electricity. Keywords: Management, Electrical Energy, Automated Tracking. INTRODUÇÃO A eficiência energética industrial é primordial para o desenvolvimento sustentável de qualquer planta fabril. Reaproveitar recursos naturais, controlar o consumo dos mesmos e economizar, trabalhando de forma eficiente, é importante para qualquer empresa que deseja ser certificada pela ISO 14. Porém, mais que somente ter uma certificação em gestão ambiental, monitorar e gerenciar o consumo de energia elétrica é fundamental para a saúde financeira da indústria. Devido aos altos valores cobrados por algumas concessionárias de energia, comprar energia do mercado livre é uma vantagem que deve ser considerada, pois assim sendo, a empresa poderá negociar com qualquer concessionária do país, podendo escolher os melhores preços. O monitoramento do consumo de energia, do fator de potência, da frequência da rede, dos parâmetros de corrente deve ser mensurado nas plantas industriais para que se possa observar a qualidade da energia elétrica que está sendo utilizada. 269
Observar diferenças de consumo durante os períodos produtivos, constituí elemento significativo para realizar os cálculos de produção e estipular metas setorizadas de acordo com o volume de produção, fazendo assim com que as marcas dos indicadores gráficos tendam a ficar próximo ou abaixo da linha de corte, reduzindo o preço do produto final e deixando a empresa mais competitiva. PROJETO EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Considerada sustentável e limpa, a geração hidrelétrica constitui aproximadamente 9% do total da produção de energia do Brasil, de acordo com dados do Operador Nacional do Sistema Elétrico. A quantidade abundante de recursos naturais causou um impacto cultural extremamente negativo no que se refere aos hábitos sustentáveis de produção e de gerenciamento de recursos naturais, tornando-os inexistentes em muitos setores produtivos, sejam eles industriais, de serviços ou governamentais. Assim como em outras empresas, no início do mês de abril do ano de 215, a referida indústria alimentícia ainda não tinha uma cultura de monitoramento, estudo e controle da dos recursos que consumia. A gestão da energia elétrica, da água e do vapor consumidos nos processos produtivos não passava de um mero acompanhamento mensal, sem absolutamente nenhuma ação para que que tais recursos fossem poupados, apesar de existirem metas pré-estabelecidas para o consumo destes recursos. A medição do consumo de energia elétrica entre os setores produtivos era feita de forma completamente estimativa, onde pegava-se o total consumido do mês em energia elétrica pela unidade fabril e realizava-se um cálculo estimativo de consumo de acordo com o levantamento da carga de cada setor. Para este cálculo estipulava-se também os indicadores de cada setor, logicamente, de forma errônea, sem um real acompanhamento da produção. As linhas de produção são avaliadas através de um indicador baseado na quantidade de quilowatts gastos por tonelada de produtos finalizados. A nota fiscal de energia elétrica consumida pelo sítio já passava da casa de um milhão de reais quando os gestores da unidade resolveram montar uma equipe, a qual se especializaria em eficiência energética voltada ao processo de produção de alimentos. De forma rápida, começou a existir o questionamento do motivo pelo qual existia tamanha pobreza de informações, por que os dados eram coletados de forma estimativa e 27
não dados reais, retirados de medidores de energia e tratados para posterior análise. Como seria possível controlar o que não era medido de forma correta? Para que fossem efetivas as ações da equipe, seria necessária a instalação de um complexo sistema de medição, monitorado de forma constante, e com os dados gerados salvos em um banco de dados para posterior consulta e estudo. Os equipamentos são capazes de medir, não somente a quantidade de energia que é consumida por cada setor da planta industrial, mas também mensurar dados como fator de potência, desbalanceamento de rede, nível de tensão, frequência de rede, entre outras variáveis, as quais podem ser tratadas e estudadas para além de saber a quantidade consumida de energia elétrica, ter conhecimento de como está a qualidade da energia utilizada no sítio industrial. Para realizar este monitoramento, optou-se por escolher o equipamento da empresa Schneider Electric, PowerLogic série PM8. Figura 1: PowerLogic PM8 series Os equipamentos PowerLogic da série PM8, são capazes de mensurar os seguintes dados: Fator de Potência por fase; 271
Quantidade total de energia consumida; Energia reativa por fase; Energia ativa por fase; Energia aparente por fase; Energia reativa total; Energia ativa total; Energia aparente total; Fator de potência total; Frequência; Tensão; Corrente. Tais equipamentos, além de tamanha capacidade de registro de dados, podem também ser conectados a uma rede de comunicação industrial, para que a leitura e gravação dos dados possa ser realizada de forma remota. Com os dados de qualidade de energia e do consumo de cada setor sendo monitorados através de uma rede, o próximo passo para a implantação do controle total dos dados de energia elétrica seria a ligação desta rede com um sistema que realize a supervisão destes dados de forma constante, para isto foi utilizado um sistema supervisório. Sistemas supervisórios são largamente utilizados em processos industriais, através destes sistemas é possível realizar a aquisição de dados, gravar informações, realizar controle, gerar relatórios, gerar sinais de alerta, automatizar processos, dentre outras funções, tudo diante da tela de um computador, utilizando um sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), interligado ao processo através de uma rede de comunicação industrial. Como o foco deste documento é a eficiência energética, não será realizada uma abordagem profunda da tecnologia utilizada para realizar o monitoramento da rede de medidores. 272
Figura 2: Exemplo de um sistema SCADA Ao total foram instalados 72 equipamentos PowerLogic PM8, distribuídos por processo, realizando assim a leitura dos dados de energia elétrica de forma setorizada, monitorando processos produtivos, separando processos que anteriormente eram mensurados juntamente e de forma errônea. Pôde-se dar ênfase ao monitoramento de cada processo e começar a estipular indicadores reais de produção, afinal de contas, não é porque uma linha de produção tem x carga instalada que ela vai consumir instantaneamente esta carga. Após implantado o sistema de monitoramento de energia elétrica, o próximo desafio seria monitorar a quantidade de produção realizada para que os indicadores pudessem ser gerados, para tal tarefa, inicialmente seriam pegos os dados lançados pela equipe da produção com o total produzido turno a turno, tornando assim possível o acompanhamento diário dos indicadores de kw/h por tonelada produzida de cada linha de produção. Seria uma tarefa de menor grau de dificuldade, se os relatórios dos setores produtivos fossem mais confiáveis e realistas, porém a realidade é outra. Pela ausência da confiabilidade a respeito dos dados gerados diariamente pelas equipes de produção, resolveu-se implantar um sistema de contagem de produção automático, interligado diretamente com o sistema SCADA, tornando assim possível a aquisição de dados reais de produção. 273
RESULTADOS OBTIDOS, ESTRATIFICAR PARA FOCAR NO PROBLEMA Se fez necessário realizar a coleta de dados por um período de tempo considerável para a obtenção dos primeiros resultados do sistema de gerenciamento que está sendo implantado. É possível, através do monitoramento, ter um indicador de eficiência fabril total. Figura 3: Indicador de energia elétrica acumulado. Pôde-se estratificar de forma eficiente e correta qual é o consumo real em energia elétrica de cada setor produtivo da indústria, como é demonstrado na Figura 4, e estipular também métodos de realizar a avaliação dos dados de acordo com a criticidade do consumo de cada setor. Utilizando um diagrama de Pareto, é possível estratificar quais são os processos mais críticos. Como o demonstrado no diagrama abaixo, os processos 1 e 2 têm maior criticidade, sendo responsáveis pelo consumo de 8,9% do total da energia elétrica do sítio. 274
9 8 7 6 5 4 3 Consumo por Processo - Diagrama de Pareto 12 793784 1 94,32 91,29 96,6 97,51 98,89 99,451, 88,8 8 84,76 8,9 476237 6 Valor (kw) 5,48 4 % Acum 2 1 63965199253685472977 273435 226959215642 875486357 2 Figura 4: Diagrama de Pareto dos Processos Produtivos Sabendo qual é o Processo que tem o maior consumo de energia, é possível estratificar o processo, bem como, realizar uma tratativa mais incisiva para que o consumo seja reduzido. No caso do Processo 1, podemos observar que a área de Utilidades, a qual dá suporte para a produção, é responsável por 71,58% do total consumido em energia elétrica. 275
12 1 8 6 4 2 Consumo em kw/h - Processo 1 86.575,8 684.986,8 954.763,8 1.88.39,2 778.59,5 683.786,2 66.476, 345.39, 335.71, 367.744,5 325.93, 347.284,9 244.285,8 28.715,4 jan fev mar abr maio jun jul Utilidades Consumo produção Figura 5: Total consumido pelas sub-áreas do Processo 1 Como o Processo 1 utiliza um sistema robusto de refrigeração para que o produto seja congelado e para manter a climatização de dentro da fábrica, o consumo com a área de Utilidades tende a ser extremamente alto, o estudo da eficiência do processo mostra que ações deverão ser tomadas para gerar economia no setor de Utilidades, como o demonstrado no gráfico abaixo. 6 Valor total consumido no Processo 1 até julho de 215 5657569,34 5 4 3 2 2246214,672 Total 1 Utilidades Produção Figura 6: Diferença de consumo entre Produção e Utilidades. 276
É possível ainda estratificar a área de Utilidades para verificar quais são os processos mais críticos no quesito consumo de energia elétrica. Consumo Utilidades 12 1 84,4 93, 1, 8 6 4 84,42 Total % Acum 2 8,54 7,4 Refrigeração Sistema ar Comprimido Girofreezer(esteiras, vent) Figura 7: Processos da área de Utilidades. Consumo Refrigeração 7 6 5 4 3 2 1 85, 1, 93, 5922217 557385 487711 Compressores Condensadores Evaporadores 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Valor % Acum Figura 8: Equipamentos do sistema de refrigeração. Após realizar a estratificação de todo o Processo 1, pode-se concluir que ações para melhorar a eficiência dos compressores do sistema de refrigeração são de fundamental importância para que o indicador de energia do Processo 1 seja 277
atingido. Para que isto ocorra, pode-se definir investimentos em projetos de melhorias nos equipamentos e processos, como os exemplos abaixo: Instalação de inversor no compressor do Processo 1; Instalação de inversores nos condensadores; Separar circuitos de iluminação. Após realizado estudo de melhorias aplicáveis, é possível realizar uma projeção gráfica dos ganhos que estas melhorias implicarão. Figura 9: Simulação do indicador após implantação das melhorias. Tais conclusões não seriam palpáveis com tal facilidade sem um sistema de monitoramento de consumo de energia elétrica. Com o sistema é possível ser incisivo nas ações a serem tomadas para a resolução dos problemas de alto consumo de energia elétrica. A tendência é mapear todos os processos do sítio industrial até que todos os pontos de melhoria sejam atingidos e os processos se tornem mais eficientes e sustentáveis para que o preço do produto final se torne menor, aumentando assim a competitividade no mercado. 278
CONCLUSÕES Ter um sistema de monitoramento de energia elétrica é sem dúvida uma vantagem econômica, competitiva e estratégica para qualquer indústria. Tal sistema, somado à gestão dos dados gerados, torna a empresa mais eficiente, sustentável e competitiva, pois ao reduzir o consumo de energia, mantendo o controle e a eficiência do processo, é possível reduzir o valor do produto final, sem alterar a qualidade do produto. Salvar os recursos empregados na produção, garante que em períodos de baixa demanda produtiva, os indicadores se mantenham estáveis, não havendo assim a necessidade de redução de quadro de funcionários nos setores produtivos, visto que o consumo se dá de acordo com a quantidade que está sendo produzida. Tal sistema de monitoramento pode também ser aplicado na distribuição de água e de vapor nos processos, assim, tendo total controle dos processos em questão. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA PowerLogic PM8 PM87RDMG, energy analyzer data sheet, Schneider Eletric Publications. Encontrado em <http://www.schneider- electric.com/products/ww/en/41-power-energy-monitoring-system/4112- intermediate-metering/918-powerlogic-pm8-series/>. Acesso em: 15 de novembro de 215. 279