Práticas de Eficiência Energética Organismos de Execução SIGMA Consultants (GR) Hellenic Fashion Industry Association (GR) CITEVE - Centro Tecnológico das Indústrias Têxtil e do Vestuário de Portugal (PT) AITEX - Instituto Tecnológico Textil (ES) Black Sea Regional Energy Centre (BG) Bulgarian Association of Apparel &Textile Producers & Exporters (BG)
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Cada processo de produção têxtil tem as suas próprias exigências energéticas, de
acordo com a transformação da matéria-prima em produto final. Alguns processos
consomem mais energia do que outros. Os processos necessitam de tipos de energia
diferentes, uns requerem mais energia eléctrica, enquanto que outros utilizam mais
energia térmica.
Estas características determinam a importância da conservação de energia para cada
sub-sector têxtil e o tipo de medidas de conservação de energia apropriadas. Os
principais sub-sectores do sector têxtil são:
Fiação
A fiação nas suas diversas etapas (mistura, abertura, preparação, fiação propriamente
dita, bobinagem e retorcedores) consome apenas energia eléctrica, tanto nas
instalações de semi-cardação como nas instalações open-end . O consumo de energia
neste processo baseia-se no contínuo de fiação (onde se efectua a operação de fiar),
na bobinagem (que, nas actuais máquinas de produção de fio contínuo, está
incorporada nas próprias máquinas) e nos retorcedores (esta operação é periódica esó é realizada quando o fio tem uma ou mais cabos). No caso do fio de um só cabo, a
fiação e a bobinagem representam mais de 80% de consumo de energia por
quilograma.
As condições de trabalho de uma fiação devem ser mantidas constantes: temperatura
a 25ºC e humidade a 65%, para uma produção adequada e para a qualidade do
produto. Geralmente, conseguem obter-se estas condições através de unidades de ar
condicionado que consomem energia eléctrica e vapor. O ar humedecido é introduzido
nas áreas de trabalho por meio de baterias ventiladoras; o ar na área de trabalho érecuperado e misturado com o ar fresco do exterior, numa proporção que varia
segundo a estação do ano, de modo a obter as condições requeridas.
Existem partes do processo de acabamento de alguns fios que consomem energia
térmica, tais como: a encolagem dos fios destinados à urdissagem, que neste caso
requer vapor indirecto, e o encolhimento de fios altamente densos de um só cabo, que
tradicionalmente requer a aplicação directa de vapor, embora actualmente existam
processos que utilizam energia eléctrica.
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Na tecelagem, em qualquer um dos diferentes sistemas modernos de inserção da
trama (pinças, projéctil, jacto de ar, etc.), o tipo de energia consumido é a energia
eléctrica. É o caso dos teares a jacto de ar, que têm o rácio de produção mais elevado
e que são também os que consomem mais energia. O ar condicionado mencionado na
secção sobre a fiação para as áreas de trabalho também se aplica à secção de
tecelagem. As instalações de produção de malha (tricotagem) consomem energia
eléctrica. Na tecelagem, também se pode consumir energia térmica, nomeadamente
nos processos de encolagem, efectuado na encoladeira.
Tingimento
Todos os processos de tingimento, sejam descontínuos ou contínuos, consomem
quantidades de energia térmica consideráveis sob a forma de água quente, vapor e ar
quente. Processos de tingimento descontínuos: Tingimento em rama ou fio, realizado
em autoclaves; Tingimento de meadas, realizado em armários (autoclaves especiais),
de modo a que os fios de elevada densidade destinados à tricotagem encolham
durante o processo de tingimento; Tingimento de tecidos em corda, que é feito em
máquinas, tais como Jet ou Jigger ou barcas de sarilho. Em todos estes casos, o
sistema de funcionamento consiste em: fornecer água aos aparelhos de tingir,
adicionar a receita de tingimento previamente preparada (corante, produtos auxiliares
têxteis e os produtos químicos, estabelecer a curva de aquecimento e esgotamento dobanho do tingimento (temperatura/ tempo) correspondente ao processo/fibra em
causa, através de fornecimento de vapor que, dependendo do equipamento, é
somente indirecto, embora possa ser utilizado vapor directo. O gerador de vapor
produz vapor saturado, geralmente, entre 6 e 8 bar.
Processos de tingimento contínuos: Tingimento de fio e Tingimento de tecido, em
ambos os casos, o corante é depositado na fibra têxtil através da impregnação em
foulard (foulardagem) que deposita o corante à superfície do substrato têxtil de forma a
obter uma cor uniforme. A fixação do corante na fibra requer o fornecimento de maiscalor. Nalguns casos, o calor é húmido, vapor directo aplicado num vaporizador na
secção de tinturaria, passando depois para a câmara de secagem que utiliza ar
quente. No caso de tecido em peça, a cor pode ser fixada através da aplicação de
calor húmido (vaporizador) ou calor seco (ar quente).
O processo mais comum é fixar o corante na fibra utilizando ar quente.
Subsequentemente, o tecido é seco com ar quente. Em todos os casos mencionados,
o sistema tradicional de geração de calor para secagem é a utilização de um gerador a
termofluído, que atinge normalmente os 220-240ºC, sendo o calor aplicado através de
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baterias de radiadores. Em cada uma das partes da máquina, o ar re-circula por meio
de um ventilador na máquina têxtil e por meio de um radiador térmico a óleo. Podem
Também ser aplicadas novas tecnologias mais eficientes nestes processos.
Estampagem e Acabamento
As fases de estampagem podem ser resumidas como: Preparação, Estampagem
propriamente dita, Secagem (secador contínuo) e Fixação (râmula). As fases básicas
do acabamento de tecidos são: Preparação, Foulardagem (impregnação em foulard ) e
Fixação (etapa contínua à impregnação em foulard ). Por vezes, a preparação feita em
máquinas de lavar ao largo, dado que consome quantidades consideráveis de água
quente (entre 10 a 20 m3 por hora, e temperaturas entre os 90º e os 98°C), terá
sempre um interesse potencial em termos de poupança de energia. Normalmente, o
sistema é aquecido através de vapor, directo ou indirecto, nas caixas de lavagem evapor indirecto nos cilindros de secagem. Grande parte do banho absorvido pelo
tecido é eliminado após a última unidade de lavagem. Os banhos das caixas de
lavagem têm de ser mudados sempre que se muda o tipo de processo.
O processo de estampagem requer água, que deve ser aquecida até aos 50°C para
limpar os tapetes rolantes que transportam os tecidos. Estima-se um consumo por
ciclo de 2 m3 por hora. Tanto a secagem como a fixação são realizadas em máquinas
que, embora sejam diferentes na forma como funcionam, são idênticas em termos de
consumo de energia. São elas os secadores ou os equipamentos de fixação doestampado que, utilizam óleo térmico aquecido num gerador a termofluído (entre os
270-250°C), transferem calor através de baterias de radiador para o ar re-circulado em
cada área por meio do ventilador correspondente. Antes da chegada dos gasodutos
(gás natural), algumas destas instalações funcionavam com queima directa de gás
propano.
Projecto EMS-Textile
O projecto EMS-Textile tem como objectivo promover práticas de gestão de energia naindústria têxtil da Grécia, Portugal, Espanha e Bulgária. Para a implementação de um
sistema de gestão de energia nas PMEs do sector têxtil, serão fornecidas directrizes
de gestão energética, manuais de benchmarking , de medidas de eficiência e de boas
práticas. O desenvolvimento de ferramentas baseia-se em know-how de primeira linha
e em experiência globais.
Estas práticas de eficiência energética foram criadas no âmbito do projecto EMS-
Textile que é co-financiado em 50% pela Comissão Europeia através do programa
Energia Inteligente para a Europa segundo o Acordo de Subvenção
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EIE/04/113/S07.38648. O projecto EMS-TEXTILE teve início em Janeiro de 2005, tem
uma duração de 30 meses e conta com um orçamento total de 650.000 euros.
Serão realizados adicionalmente workshops informativos, uma conferência
transnacional, seminários de formação e implementações piloto. A formação da Redede Eficiência Energética (Energy Efficiency Network ), a publicação de artigos, a
criação da página web do projecto EMS-Textile, as apresentações de casos de estudo
seleccionados e a distribuição de panfletos contribuirão para uma vasta disseminação
do know-how . Para além disso, a implementação das práticas propostas será apoiada
pelos participantes do projecto. Todas as informações importantes sobre o projecto e
contactos podem ser encontrados em www.ems-textile.net.
O conteúdo desta publicação, da página web do projecto EMS-Textile e de todo o
material e actividades informativas é da total responsabilidade dos seus autores, ouseja, os organismos de execução do projecto, não reflectindo necessariamente a
opinião das Comunidades Europeias. A Comissão Europeia não é responsável pela
utilização que possa ser feita da informação que consta do presente documento.
Práticas de Eficiência
No ambiente global e competitivo de hoje, a eficiência é um pré-requisito para a
sobrevivência. Os custos devem ser minimizados e a qualidade deve ser
continuamente aumentada; para conseguir isto, é crucial que exista um elevado nívelde eficiência em termos de gestão de todos os recursos. Um elevado nível de
eficiência em relação à utilização da energia significa minimizar as perdas de energia e
maximizar a conservação de energia de forma económica e prática. O consumo de
energia varia consoante as actividades têxteis; sectores diferentes têm necessidades
diferentes. A presente publicação pretende fornecer instruções de eficiência energética
para todos os processos têxteis que consomem energia. Pode ser vista como um
documento de orientação independente ou como um suplemento de outros guias de
conservação de energia relacionados com este assunto. Por esta razão, é fornecida
muita informação de referência no fim da publicação. As práticas de eficiência
energética apresentadas neste documento estão divididas em duas categorias
principais: aquelas destinadas à conservação de calor e aquelas destinadas à
conservação de energia eléctrica. O tema recuperação de calor é apresentado
primeiro devido ao seu elevado potencial no sector têxtil. Segue-se a distribuição do
calor e as práticas para as caldeiras e queimadores. A co-geração é uma prática que
produz essencialmente calor, sendo por isso apresentada nesta secção. No fim, é
fornecida alguma informação sobre a utilização de vários combustíveis. A maior parte
da energia eléctrica é consumida quando se põem a funcionar motores e bombas. O
ar comprimido e os sistemas AVAC requerem quantidades significativas de energia,
pelo que são importantes as reduções dos respectivos consumos. Podem ser
facilmente detectadas e conseguidas oportunidades de poupança de energia no
sistema de iluminação e na instalação eléctrica. A ferramenta de auditoria energética,
o guia de eficiência energética, as directrizes de gestão energética e a informação de
apoio da página www.ems-textile.net constituem uma base sólida para melhorar o
desempenho energético, não apenas do sector têxtil mas em geral.
Gestão Energética
As práticas, ferramentas e procedimentos utilizados para controlar, reduzir e
compreender o consumo energético formam o sistema de gestão de energia. A maior
parte dos sistemas de gestão de energia seguem o conceito do ciclo de Deming
(Planear – Executar – Verificar – Agir), comum a todos os sistemas normativos de
gestão em relação à qualidade, ao ambiente e à segurança ocupacional. Por esta
razão, são absolutamente compatíveis e podem ser facilmente integrados em qualquer
um destes sistemas. O compromisso da gestão de topo é a pedra angular da
implementação da gestão de energia e pode ser declarado através da adopção formal
de uma política energética. Depois, avalia-se o actual desempenho energético da
empresa. O cálculo do consumo específico de energia pode ser feito através de uma
simples auditoria energética. Posteriormente, fixam-se metas de desempenho e
planeiam-se acções para se conseguir atingi-las. Depois, implementam-se estasacções e monitorizam-se os resultados. Os resultados atingidos são revistos,
reconhecidos e comunicados a toda a empresa. Ao mesmo tempo, reavalia-se o actual
desempenho energético e fixam-se novas metas, iniciando-se assim um novo ciclo de
gestão energética. São fornecidas mais informações sobre gestão energética nas
respectivas directrizes do projecto EMS-Textile, disponíveis em www.ems-textile.net.
Figura 1 – Central de recuperação de calor de águas residuais de uma tinturaria (Fonte:www.koenigag.ch)
Legenda da figura 1 – fresh water pit – reservatório de água fria; fresh water pump – bomba para a águafria; process water cold – água fria para o processo; cooling water cold – água fria de arrefecimento;cooling water hot – água quente de arrefecimento; steam – vapor; condensate – condensado; processwater hot – água quente para o processo; hot process water pit – reservatório de água quente para oprocesso; process water pump – bomba de água do processo; dyeing machines descontinue – máquinasde tingimento descontínuo; circulation pump – bomba de circulação; separation valve hot/cold waste water – válvula de separação das águas residuais frias e quentes; drain - esgoto; hot waste water pit –reservatório de águas quentes residuais; waste water pump – bomba de águas residuais; proportionalvalve waste water – válvula reguladora de águas residuais; waste water heat exchanger – permutador decalor de águas residuais; proportional valve fresh water – válvula reguladora de água fria; waste water
heat recovery – recuperação de calor de águas residuais
A tabela seguinte mostra a poupança energética anual (kWh) para diferentes
combustíveis, caudais de águas residuais e temperaturas. Quanto mais alta for a
temperatura e o caudal de águas residuais, maior é a poupança. Para as mesmas
condições de temperatura, caudal e horas de funcionamento anuais (3520 horas), a
poupança obtida com o fuelóleo é mais elevada do que a poupança obtida com o gás
Poupança anual de Fuelóleo (kWh)Temperatura da água residual (ºC)
Tabela 2 – Poupança energética anual kWh (Fuelóleo) para diferentes caudais e temperaturas (Fonte:www.koenigag.ch
)
Processos de Acabamento
As râmulas e os secadores são os equipamentos mais utilizados nos processos de
acabamento. Habitualmente, nos processos de secagem o ar é aquecido até uma
temperatura de cerca de 140-150o
C, enquanto que nos processos de fixação, até aos180-200ºC. O ar quente circula e uma determinada quantidade de ar é continuamente
retirada do sistema, através de ventiladores extractores, de modo a evitar a
acumulação excessiva de humidade. O sistema é continuamente abastecido com ar
fresco. Pode ser instalado um sistema de recuperação de calor que extrai calor do ar
de exaustão, para pré-aquecer o ar ou água.
As vantagens da recuperação de calor do ar extraído são: redução do tempo do ciclo
nas râmulas; redução do consumo de combustível nos geradores de ar quente; e
redução da emissão de gases com efeito de estufa. As emissões com origem nosefluentes contêm poluentes e calor. Através de um permutador de calor, podem
purificar-se as emissões ao mesmo tempo que se recupera calor. Numa instalação
integrada, utiliza-se um permutador de calor para extrair o calor do ar quente que sai,
transferindo-o para o ar fresco ou água. Devido ao arrefecimento do caudal do ar que
sai, os poluentes presentes no ar são condensados e podem ser removidos com um
filtro. Neste elemento, o ar extraído é arrefecido e uma parte dos aerossóis que se
formam neste processo são separados em água, os compostos solúveis em água ou
que se volatilizam facilmente são absorvidos pelo intenso contacto com a água, e sãode uma forma contínua ou periódica descarregados para um colector.
As tecnologias mais recentes são mais complexas e eficientes quanto à limpeza de
vapores, logo também são as mais eficientes em termos ambientais. Os aerossóis que
se formam por condensação têm carga electrostática (precipitador electrostático) e ao
atravessarem a unidade de ionização as partículas precipitam e são recolhidas em
colectores. As quatro secções são individualmente ajustáveis e podem ser adaptadas
especificamente ao processo. Quando a unidade não se encontra em funcionamento,
os “chuveiros” dispostos à frente e atrás dos filtros electrostáticos, são utilizados para
limpeza automática do sistema. Quando o ar extraído atravessa os filtros
electrostáticos não pode ter uma temperatura superior a 40ºC.
Figura 2 – Sistema de recuperação de calor do ar de exaustão, condensador e limpeza do ar (Fonte:www.koenigag.ch
)
Legenda da figura 2 – condenser air/water – condensador ar/água; injection condenser – condensador de injecção; air clean – limpeza do ar; cold water in – entrada de água fria; hot water out – saída de águaquente; exhaust – exaustão; stenter/dryer – râmula/secador; mist collector – colector de humidade;ionisation unit – unidade de ionização; water – água; compressed air – ar comprimido; exhaust fan –ventilador de exaustão; stack – chaminé; circulation pump – bomba de circulação; oil/water separator –separador de óleo e água; oil – óleo
Diferenças entre sistemas de recuperação de calor do ar de exaustão, considerando o
mesmo caudal, temperatura e horas de funcionamento:
• Os sistemas de permuta ar/água, a poupança de energia é maior do que nos
sistemas de permuta ar/ar;
• Os sistemas de permuta ar/água são mais dispendiosos do que os sistemas de
permuta ar/ar (20 a 25% mais dispendiosos);
• Os dois sistemas não são viáveis quando os equipamentos, sejam eles
râmulas ou secadores, trabalham apenas algumas horas por dia.
As tabelas abaixo mostram a poupança energética anual (kWh) para diferentescombustíveis, processos produtivos (secagem e fixação) e sistemas de permuta. As
horas de funcionamento anual consideradas foram de 3520 horas.
Devem ter-se algumas considerações relativamente à avaliação do sistema de
recuperação de calor. Uma vez que o ar é menos denso do que a água, são
necessárias grandes quantidades de ar para se conseguir a quantidade equivalente dekWh gerada pela água. Nos casos em que os dois sistemas não são economicamente
viáveis, um sistema de recuperação de calor para a água é geralmente preferível a um
para o ar, devido ao período de retorno e à manutenção serem mais baixos. Por
conseguinte, deve fazer-se, em primeiro lugar, um estudo do potencial de recuperação
dos elementos residuais da fábrica. Qualquer avaliação de poupança deve reflectir as
horas de utilização efectiva. Por exemplo, se se planeia aquecer um edifício utilizando
um permutador de calor ar/ar a partir de um forno, então o sistema de recuperação só
estará em funcionamento durante a estação do ano em que for necessário
aquecimento. Para além disso, se o forno não estiver a funcionar continuamente, o
detritos na sua superfície, pelo que é importante manter as superfícies limpas. A
unidade recupera 60 a 80% do calor sensível. A utilização de um sistema de filtragem,
ou a limpeza periódica frequente é necessária para assegurar a limpeza das
superfícies. As vantagens do tubo de calor são: manutenção mínima, porque não
existem peças em movimento; e não há contaminação cruzada, porque as correntes
de gás de entrada e de saída estão completamente isoladas uma da outra.
Permutador de Calor de Placas
A transferência de calor é conseguida contrapondo-se duas correntes entre as placas.
Neste tipo de permutador é menos provável que ocorram bloqueios causados por
agentes contaminantes e a limpeza é mais fácil. A manutenção também é minimizada
por não existirem peças em movimento. Este tipo de permutador é adequado quer
para a recuperação de calor ar/ar quer para a recuperação de calor ar/água. Estasunidades conseguem recuperar cerca de 70% do calor sensível.
Figura 4 – Permutador de Calor de Placas
Legenda da figura 4 – support column – coluna de apoio; pressure plate – placa de pressão; guiding bar – barra orientadora; plate pack – lote de placas; carrying bar – barra deslizante; frame plate – placa deestrutura; tightening bolts – parafuso com porca
Sistema de Serpentina à volta da unidade
Os três tipos de permutadores de calor supracitados precisam que as correntes de
admissão e de expulsão se reúnam. Uma serpentina à volta da unidade permite que
as duas correntes estejam fisicamente separadas, utilizando um fluido intermediário,
habitualmente etileno glicol, para fazer a transferência de energia entre as duas
correntes. O etileno glicol circula em circuito fechado através de permutadores de calor
nas correntes “quente” e “fria”. Os sistemas de serpentina à volta da unidade
recuperam 60 a 65% do calor sensível entre as duas correntes.
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Ao longo do sistema de distribuição, o vapor perde energia de muitas maneiras. Édifícil evitar estas perdas, mas devem ser reduzidas ao mínimo. As fugas de vapor são
a forma de perda mais óbvia e mais grave. Estas perdas ocorrem através de válvulas,
juntas e purgadores de condensado em mau estado. Até mesmo uma fuga muito
pequena pode resultar em perdas energéticas consideráveis. Por exemplo, um furo
com 1 mm de diâmetro numa linha de vapor a 700 kPa resultará numa perda
energética anual equivalente a 3000 litros de fuelóleo ou 4300 m 3 (166 GJ) de gás
natural por ano.
Perdas na Tubagem
Os tubos de vapor podem ser uma grande fonte de preocupação devido às perdas
aquando da transferência directa de calor. É essencial que esteja devidamente
isolada. Por exemplo, um metro de tubo de vapor não isolado transportando vapor a
700 kPa perderá uma quantidade de calor por ano equivalente a 1000 litros de fuelóleo
ou 650 m3 (25 GJ) de gás natural por ano. Embora o isolamento das tubagens seja
prática comum na maioria das fábricas, o isolamento de flanges, válvulas e outros
acessórios para tubagens não o é. A perda de calor de uma flange não isolada é
equivalente à perda de 600 mm de tubo não isolado. Uma válvula de globo pode
perder uma quantidade de calor equivalente a cinco metros de tubo. Embora estas
flanges e acessórios não costumem estar isolados (para permitir o acesso fácil em
caso de manutenção), a quantidade de energia perdida tem um peso muito superior a
qualquer tempo poupado em caso de manutenção.
Reservatórios do Processo
É necessário que os reservatórios que fazem parte do processo tenham isolamento
adequado para reduzir perdas de calor através das paredes, arestas e acessórios. Éevidente que os reservatórios, tendo áreas de superfície muito grandes, apresentam
perdas potenciais significativas. Por exemplo, com o vapor a 700 kPa, 1 m2 de
superfície não isolada perderá aproximadamente 0,225 GJ num período de 24 horas, o
que perfaz aproximadamente 81 GJ por ano de gás natural ou 2 toneladas de fuelóleo.
Purgadores de Condensado
Remover o calor do vapor saturado resulta em condensação. Se se permite que o
condensado permaneça no sistema de vapor, este será um obstáculo para uma
transferência eficiente de calor a partir do vapor. Os purgadores de condensado são
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utilizados para remover selectivamente o condensado (sem remover o vapor) e para
remover o ar e outros gases não condensáveis do sistema de vapor. Todos os
purgadores de condensado funcionam com o mesmo princípio básico. O purgador
recolhe ar, outras substâncias não condensáveis e vapor dentro de um recipiente e
depois escoa-os de forma controlada, podendo este escoamento ser feito para a
atmosfera ou para um sistema em circuito fechado.
Recuperação do Condensado
Na fábrica, o condensado residual do processo pode conter até 25% do calor
adicionado na caldeira e, para além disso, será água quimicamente tratada. Qualquer
calor sensível que ainda esteja no condensado deve ser reintroduzido no tanque de
alimentação. Esta água não contém impurezas e cada aumento de 5°C na
temperatura da água de alimentação irá poupar aproximadamente 1% do combustívelutilizado para criar o vapor. Mais uma vez, devem isolar-se as linhas de condensado
de forma a maximizar a recuperação de calor sensível.
Incrustações em Tubagens
A existência de incrustações ou camadas de químicos em tubagens pode reduzir
significativamente a eficiência. Um efeito secundário mais grave é que estas
incrustações são bons isoladores; uma vez que reduzem a transferência de calor e
aumentam a temperatura do metal do lado do gás, pode resultar no colapso prematurodo tubo. Mesmo uma fina camada provoca um aumento significativo da temperatura
do tubo e a consequente diminuição do tempo de utilização do mesmo. Os
componentes químicos encontrados na água não tratada dão origem a incrustações
em tubagens. A tendência para a formação de incrustações em camada pode ser
controlada através de um programa de tratamento de água efectivo prescrito por
especialistas. Um programa como este, se for seguido à risca, evitará perdas de
eficiência e o colapso prematuro do equipamento. As impurezas minerais na água da
caldeira também podem provocar outros problemas de funcionamento, como a
formação de espuma. A maioria dos processos especifica vapor seco porque a
humidade transferida contém impurezas minerais originam incrustações no
equipamento de aquecimento do vapor.
Comentários Gerais
Existem muitas formas de assegurar que os sistemas de distribuição de vapor
funcionem num nível de eficiência óptimo. Verificar cada uma das áreas identificadas
como potenciais causadoras de problemas pode ajudar a conseguir um sistema que
opera tão eficientemente quanto possível. Resolver as questões pode levar a
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carga máxima; cargas pequenas, sobrecargas e necessidades muito flutuantes têm
um efeito negativo em termos de eficiência.
De uma forma simplificada, a eficiência da caldeira é dada pela diferença entre a
energia que entra e a energia que sai. Um elevado nível de eficiência resulta deconsiderações tangíveis em termos de componentes incorporados na caldeira. As
questões relacionadas com os componentes apresentadas a seguir deverão ser
consideradas durante a avaliação da caldeira.
• Número de passagens na caldeira - representa o número de vezes que o gás
quente da combustão circula por dentro da caldeira. Uma caldeira com duas
passagens oferece duas oportunidades para os gases quentes fazerem
transferência de calor para a água na caldeira. A caldeira de quatro passagens
terá níveis de eficiência mais elevados e custos com combustíveis mais baixos.
• Compatibilidade queimador/caldeira - um equipamento combinado
caldeira/queimador inclui um queimador e uma caldeira desenvolvidos como se
fossem uma única unidade, tendo em conta a geometria da furnalha, as
características de transferência de calor por radiação e convecção, e o
verificador de desempenho do queimador específico para o equipamento
combinado. Não considerar na compra de uma caldeira as considerações
anteriores pode levar a níveis de desempenho mais baixos e a exigências de
arranque e manutenção mais elevadas.
•
Controlo da repetição dos níveis de ar/combustível - a eficiência da caldeiradepende da capacidade de o queimador assegurar a mistura certa de
ar/combustível ao longo de todo o disparo, dia após dia, sem que haja
necessidade de se fazer arranques ou ajustes complexos. O controlo do ar de
combustão é crítico para o desempenho do queimador.
• Superfície de aquecimento - representa, em termos gerais, o esforço de
funcionamento do recipiente. Ter uma superfície de aquecimento apropriada
significa maior duração e maior eficiência.
• Recipientes - os critérios chave para se ter um dimensionamento apropriado
em termos de pressão do recipiente são a circulação de água e acessibilidade.
As medições da eficiência da caldeira são feitas através da monitorização dos níveis
de CO2 e/ou de O2 através de um sistema de medição fiável dos gases de combustão.
As medições regulares da eficiência da caldeira podem levar à identificação e à
sugestão de medidas de eficiência.
Minimizar Perdas dos Gases de Combustão e outras Perdas da Caldeira
Para minimizar as perdas dos gases de combustão de uma caldeira, é essencial
verificar se a mistura de combustível/ar no queimador é a correcta. Demasiado ar
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Tabela 5 – Eficiência de combustão para gás natural (Fonte: www.cbboilers.com/energy)
Nos sistemas alimentados a gás natural bem dimensionados, consegue-se atingir umnível de excesso de ar da ordem dos 10%. A eficiência da caldeira pode ser
aumentada 1% por cada redução de 15% no excesso de ar ou por cada redução de
4ºC na temperatura dos gases de combustão.
Reintroduzir Condensado na Caldeira
A maior parte do aquecimento de vapor nas fábricas de tingimento e acabamento faz-
se através do aquecimento indirecto em circuito fechado. Geralmente, o aquecimento
directo, utilizando vapor vivo, só é aplicado a recipientes descontínuos atmosféricos e
a alguns tanques de lavagem. Por conseguinte, para minimizar os custos de
tratamento da água e as perdas de energia, é importante reintroduzir tanto
condensado quanto possível na caldeira. Uma vez conseguido isto, deverá ser
introduzido um sistema que faça a verificação e manutenção regular dos purgadores
de condensado, para assegurar que o condensado é eficientemente reintroduzido e
que nenhuma quantidade de vapor retorna ao sistema. A única regra que se sobrepõe
a todas as considerações em termos de conservação de energia é a seguinte: se
existir alguma dúvida quanto à pureza do condensado, este não deve ser reintroduzido
directamente na água de alimentação da caldeira. Reintroduzir condensado com
elevado nível de pureza também reduz as perdas de energia causadas pelo
arrefecimento da caldeira. Consegue-se uma poupança significativa de combustível
dado que a maior parte do condensado que é reintroduzido está relativamente quente
(54ºC até 107ºC), reduzindo assim a quantidade de água fria de compensação (10ºC
até 15ºC) que tem de ser aquecida. Para um sistema típico, pode-se fazer um cálculo
simples indica que a energia no condensado pode ser mais de 10% do conteúdo total
Tabela 6 – Perda de Calor por cada 30,5 m de tubagem de vapor não isolada (baseada em tubos de açohorizontais, temperatura do ar 24ºC, nenhuma velocidade de vento e 8760 horas de funcionamento/ano)
(Fonte: www.cbboilers.com/energy)
Inspeccionar e Reparar os Purgadores de Condensado
Nos sistemas de vapor que não foram alvo de manutenção durante 3 a 5 anos, cerca
de 15% a 30% dos purgadores de condensado instalados podem ter-se danificado,
permitindo desta forma que o vapor activo se escape para o sistema de reintrodução
de condensado. Nos sistemas que têm um programa de manutenção regular, os
purgadores com fugas devem representar menos de 5% da totalidade dos purgadores.
Se o sistema de distribuição de vapor incluir mais de 500 purgadores, uma verificação
a esses purgadores irá provavelmente revelar perdas de vapor significativas.
Tabela 8 – Reevaporação do Condensado de Alta Pressão (Fonte: www.cbboilers.com/energy
)
Desgaseificadores em Sistemas de Vapor Industriais
Os desgaseificadores são aparelhos mecânicos que removem os gases dissolvidos da
água de alimentação da caldeira. A desgaseificação protege o sistema de vapor dos
efeitos dos gases corrosivos. Tal é conseguido, reduzindo a concentração de oxigénio
e dióxido de carbono dissolvidos para um nível em que a corrosão é mínima. É precisouma concentração de oxigénio dissolvido igual a 5 ppb, ou menos, para impedir a
corrosão na maior parte das caldeiras de alta pressão (>14 bar). Em caldeiras de
baixa pressão toleram-se concentrações de oxigénio até os 43 ppb, no entanto se se
limitar a concentração de oxigénio para 5 ppb, a vida do equipamento é alargada, com
um custos associado baixo ou até nulo. O dióxido de carbono dissolvido é
basicamente removido por completo pelo desgaseificador.
Controlo da Redução de Oxigénio
A produção de zircónio para a detecção de O2 tem-se revelado um sistema de
medição fiável para os gases de combustão, e que pode ser integrado dentro de um
sistema de controlo automático. Estes sistemas monitorizam o nível de O2 nos gases
de combustão e comparam os níveis reais com os níveis desejados em função da
carga da caldeira. As válvulas secundárias de ar dos queimadores são ajustadas para
que a concentração de O2 esteja nos níveis requeridos. Isto minimiza a quantidade de
excesso de ar dentro da caldeira, o que reduz as perdas dos gases de combustão.
Contudo, se se decidir utilizar co-geração, a próxima questão a colocar é sempre se se
deve utilizar um sistema de motor ou de turbina. Os sistemas de turbina a gás aplicam-
se mais a instalações acima dos 4 MW. Embora existam turbinas de 1MW, a sua
instalação não é aconselhada, uma vez que têm um efeito adverso na rentabilidade do
investimento. No sector têxtil, poucas são as empresas que conseguem chegar a
estes níveis. Assim, será apresentada neste guia a utilização de uma unidade de co-
geração com um motor alternativo de ciclo Otto a funcionar a gás natural.
O tipo de unidade de co-geração aqui descrita baseia-se num motor eléctrico de 3 MW
de alto desempenho (com um desempenho eléctrico esperado de 43%) e uma caldeira
de recuperação a gás, é um bom exemplo para a maioria das indústrias. A unidade de
co-geração é composta por um ciclo simples com um motor a gás que produz cerca de
3 MW de electricidade, 2,4 ton de vapor a 8 bar e 1028 kW de água quente, através da
recuperação de calor do circuito motor de alta temperatura. Os principais
equipamentos da fábrica de co-geração são o Motor Gerador a Gás e o Sistema de
Geração de Vapor, sendo os respectivos processos descritos de seguida:
Motor Gerador a Gás
O motor gerador recebe o ar atmosférico através de um filtro que elimina o pó e
impurezas, que podem ser prejudiciais para o equipamento, e mistura-o com o gás
natural. O ar passa através de um turbo compressor que mistura ar e gás e que faz
aumentar a pressão antes de a mistura ser introduzida no distribuidor. A mistura degases passa através dos cilindros motores onde é inflamada por uma vela de ignição.
A energia dissipada da combustão faz aumentar a temperatura e a pressão dos
produtos, originado o movimento do pistão. O movimento linear do pistão faz mover o
eixo, que está ligado ao alternador, que por sua vez converte a energia mecânica em
energia eléctrica.
O retorno do pistão faz com que os gases da combustão sejam extraídos a cerca de
5,7 kg/s, mas ainda a uma temperatura suficiente (cerca de 408°C) para ser utilizada
na caldeira de recuperação para produzir vapor. Para além do calor contido nos gases
de exaustão, existem outras fontes de calor no mesmo motor gerador, a camisa dos
cilindros, o óleo de lubrificação e os intercoolers (permutadores para arrefecer o ar
admitido após o compressor). Estas fontes de calor são dispersadas através de dois
sistemas de arrefecimento que funcionam em dois níveis de temperatura diferentes. O
sistema de arrefecimento de alta temperatura funciona a temperaturas entre os 96°C e
os 75°C (entrada). Este sistema dispersa cerca de 1028 kW térmicos e evacua calor
dos circuitos de arrefecimento para as camisas dos cilindros, para o óleo de
lubrificação e para a primeira fase do intercooler . O calor obtido a partir do circuito de
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arrefecimento de alta temperatura do motor é utilizado para fornecer água quente aos
processos fabris a cerca de 85°C. Consegue fazer isto por meio de um permutador,
através do qual a água de arrefecimento do motor circula inicialmente e depois passa
para os tanques isolados. Uma vez que, normalmente, as necessidades de água
quente são menores do que a energia térmica disponível no circuito de alta
temperatura do motor, o calor excedente é dissipado através de um arrefecedor de ar.
O calor do circuito de baixa temperatura será dispersado pela torre de arrefecimento.
Sistema de Geração de Vapor
Os gases de escape do motor são introduzidos no sistema de geração de vapor por
uma válvula by-pass que permite a sua saída para a atmosfera por meio de uma
chaminé by-pass, ou a sua introdução no gerador de vapor, segundo as exigências. A
saída dos gases de exaustão está equipada com um silenciador para reduzir asvibrações e o ruído do gás. O sistema de geração de vapor é composto por uma
caldeira com duas secções principais (as partes de recuperação e do economizador).
Os gases de combustão do motor arrefecem à medida que transferem a sua energia
térmica para a água da caldeira, que depois evapora. O nível de água na caldeira deve
cobrir toda a tubagem de circulação de gás de modo a assegurar um nível excelente
de transferência de calor, e, acima de tudo, assegurar que a caldeira está a funcionar
em condições de segurança. A caldeira foi concebida para produzir 2,4 ton/h de vapor
a 8 bar. O vapor produzido na caldeira passa para o colector de vapor da fábrica e daíé distribuído para consumo. Este mesmo colector será alimentado pela caldeira de
forma a cobrir áreas críticas, ou, se for apropriado, essa mesma caldeira de
recuperação pode ser equipada com um queimador de gás natural (caldeira mista).
Neste caso, as caldeiras que actualmente se utilizam deixarão de funcionar, uma vez
que a caldeira de co-geração, sem gases de escape e com queimador, é capaz de dar
resposta às exigências de vapor (incluindo nos picos de produção onde este é mais
preciso).
Funcionamento do Sistema Eléctrico
O sistema eléctrico liga o motor à rede. A electricidade é gerada no gerador sincrónico
a 6kV e a 50 Hz. O gerador está ligado a um transformador de alta tensão. A saída do
transformador está ligada ao sistema de terra da rede de energia eléctrica de alta
tensão. Por sua vez, o sistema de terra está ligado à rede através de um distribuidor
de rede; e com o sistema de terra, a distribuição para a fábrica é feita através de um
distribuidor de isolamento. A energia produzida será utilizada no processo de produção
e para o consumo da própria fábrica. A energia excedentária será exportada para a
rede. Nestas condições, o alternador do motor gerador a gás trabalha em paralelo com
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a rede de fornecimento de electricidade, gerando constantemente quantidades
máximas de energia segundo as condições de funcionamento. O factor de energia
eléctrica da maquinaria será regulado de forma a manter um valor específico de
energia eléctrica na ligação à rede.
Para além do funcionamento em paralelo com a rede (que já descrevemos), há duas
outras situações de funcionamento possíveis:
• Trabalhar isoladamente. Se ocorrer uma falha no fornecimento externo de
electricidade, a fábrica será desligada da companhia através do distribuidor de
rede geral. Neste caso, o motor gerador continuará a funcionar a carga parcial
ajustando a energia eléctrica às necessidades da fábrica.
• Fornecimento da fábrica através da companhia de electricidade. Esta situação
é equivalente ao sistema presente. O fornecimento de toda a fábrica é feito
pelo fornecedor de energia eléctrica.
Funcionamento do Sistema de Vapor
A produção máxima de vapor a 8 bar com a energia presente nos gases de escape é
de 2,4 ton/h. Se em qualquer altura as necessidades forem inferiores, a válvula by-
pass irá regular a entrada de gases na caldeira e enviar os gases de combustão, que
não são necessários para a produção de vapor, para a atmosfera através da chaminé.
Se as necessidades forem superiores à quantidade de vapor produzida com o calor
dos gases de escape, o queimador da caldeira será activado de forma a trabalhar emparalelo como auxiliar, enviando vapor com as mesmas características para o colector
da fábrica, de onde será distribuído para consumo. Quando o motor gerador está fora
de serviço, a produção de vapor será feita na totalidade pela caldeira. A água do
circuito motor de altas temperaturas (AT) é utilizada para produzir água quente, que é
armazenada num tanque isolado. Quando o tanque atinge a temperatura pré-
estabelecida (obtêm-se temperaturas de água para processamento até aos 85°C), as
baterias de arrefecimento são activadas para assegurar que a temperatura máxima de
reintrodução no motor seja de 75°C.
Fontes de Energia Renováveis
Hoje em dia, é necessário explorar fontes de energia alternativas que conservem os
recursos naturais e protejam o ambiente. As fontes de energia renováveis são
inesgotáveis e têm um impacto mínimo no ambiente em comparação com as fontes de
energia convencionais. A energia solar é a fonte de energia renovável mais aplicável
para uso industrial.
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A exploração da energia solar centra-se na conversão da radiação incidente em calor
ou electricidade. O primeiro caso é conhecido como conversão solar térmica, uma vez
que utiliza colectores térmicos, onde um fluido (normalmente um líquido) acumula o
calor produzido pelos raios solares.
A conversão solar eléctrica é conseguida basicamente através de dois processos
totalmente distintos, tanto em termos de tecnologia
como nas suas áreas de aplicação.
O primeiro baseia-se no efeito fotovoltaico, que tem
as suas raízes teóricas na Física Quântica e que,como o próprio nome tenta transmitir, é um
fenómeno onde os fotões chocam com certos materiais e, nas condições certas,
geram uma diferença voltaica capaz de manter uma corrente eléctrica, que pode ser
recolhida e utilizada.
A segunda forma de produzir electricidade a partir da energia solar baseia-se num
processo termodinâmico e consiste em utilizar geradores eléctricos convencionais
semelhantes àqueles utilizados nas centrais térmicas ou nucleares, com a diferença
de que a energia térmica necessária para fazer circular o fluido ao longo das lâminasda turbina, que acciona o gerador, é produzida pela energia solar que é concentrada
para atingir as temperaturas exigidas pelo processo.
Presentemente, a grande maioria das instalações que utilizam a energia térmica da
energia solar fazem-no para aquecer água para fins domésticos e industriais.
Aplicações Industriais
Das muitas tecnologias e aplicações da energia solar, só as instalações que utilizam a
energia solar térmica á que apresentam as características apropriadas para seremaplicadas em instalações industriais.
Dependendo da temperatura necessária, a água pode ser obtida utilizando apenas
colectores solares ou através da ajuda das fontes de energia convencionais. Neste
último caso, a energia solar colmata parte das necessidades energéticas e serve como
uma fonte auxiliar.
Nas lavandarias e nas operações de tingimento, que normalmente utilizam vários
milhares de litros de água quente todos os dias, o pré-aquecimento solar pode levar a
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poupanças consideráveis. Nestes casos, o retorno do investimento é relativamente
rápido.
Existem muitos processos industriais que necessitam de água a diferentes
temperaturas. Os colectores a vácuo são ideais para o intervalo dos 60 aos 80ºC,sendo estes os únicos aparelhos que podem atingir tais temperaturas sem
concentração.
Existem muitos tipos de colectores solares. Os mais comuns são os colectores com
circulação de líquido. Contudo, os colectores de ar são mais baratos do que os
colectores com circulação de líquido e têm menos problemas, dado que problemas
como fugas de água ou congelamento não se põem.
Uma instalação de colectores de concentração só se justifica se for necessário um
volume de água quente mensal superior a 500 m3.
Diversos Combustíveis
As três principais formas de combustíveis fósseis são: carvão, petróleo e gás natural.
Estes combustíveis são habitualmente queimados em caldeiras para gerar vapor, água
quente ou para aquecer o óleo térmico nas caldeiras a termofluído. Na indústria têxtil,
algumas máquinas (râmulas, secadores, termosóis, gaseadeiras, etc.) queimam gás
natural ou propano para aquecerem o ar directamente. A biomassa é outro
combustível utilizado em caldeiras. Alguns exemplos de biomassa são: árvores ouplantas de crescimento rápido, madeira ou desperdícios de madeira, produtos e
resíduos agrícolas, plantas e algas aquáticas, resíduos e lixo municipal e industrial.
Os três principais tipos de carvão são: antracite, betuminoso e lignite. Petróleo é um
termo geral para uma série de líquidos combustíveis feitos a partir do crude. O mais
comum é o Fuelóleo n.º 1 (também conhecido por querosene), uma gama de óleos e
combustível para reactores (JP5). Os fuelóleos 1-D e 2-D são combustíveis diesel. O
fuelóleo n.º 2 para uso doméstico e o fuelóleo n.º 4 é um combustível diesel para
barcos. A capacidade de aquecimento do fuelóleo advém principalmente dos seus dois
principais constituintes: o hidrogénio e o carbono. A maioria dos fuelóleos tem um teor
de hidrogénio que varia entre os 10% e os 14%, e um teor de carbono que varia entre
os 90% e os 86%. Os outros constituintes dos fuelóleos incluem nitrogénio, enxofre,
cinza e impurezas, tais como humidade e sedimentos. Comparados com o carvão, o
teor de nitrogénio e de cinza da maioria dos fuelóleos é muito baixa.
O enxofre encontrado no combustível é muito indesejado. Os produtos resultantes da
sua combustão são muito ácidos e podem corroer os economizadores, aquecedores
de ar, ventiladores de indução de correntes de ar, condutas de gases de combustão e
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Os motores eléctricos são umas das principais fontes de consumo de energia da
Europa:
• 70% da electricidade na indústria
• 1/3 do consumo eléctrico no sector terciário
Durante o seu ciclo de vida, o custo de utilização um motor eléctrico é 95% em
energia, 3% na compra e 2% na manutenção. Desta forma, a selecção de um motor eléctrico deve basear-se principalmente na elevada eficiência e no correcto
dimensionamento e não no preço de compra.
Devem ser tomadas medidas em termos de poupança energética nos motores
eléctricos numa sequência determinada pelas seguintes questões:
1. O motor ainda é preciso?
2. Desligar o motor quando não é necessário
3. Reduzir a capacidade do motor?4. Minimizar as perdas do motor?
5. Ajustar o funcionamento do motor segundo a sua capacidade?
Uma gestão eficaz dos motores eléctricos em termos de custos reside num bom
desempenho, conseguido através da consideração dos seguintes parâmetros chave:
Eficiência do Motor, Dimensionamento do Motor, Perdas de Transmissão, Reparação
e Manutenção e Variadores de Velocidade Variáveis.
Motores de Eficiência Elevada
Na Europa, a classificação dos motores de corrente alternada de baixa tensão tem
sido criada desde 1999 e acordada pelos principais fabricantes europeus de motores.
As classes de eficiência energética são: EFF1: motores de elevada eficiência; EFF2:
motores de eficiência normal; e EFF3: motores de eficiência reduzida.
Comprar um EFF1 é mais dispendioso no início mas pode tornar-se eficaz em termos
de custos muito rapidamente.
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• Aumenta o custo financeiro e diminui a eficiência funcional do motor;
• Aumenta a velocidade de funcionamento do motor. Isto pode levar a uma
mudança significativa da carga imposta e no consumo anual de energia;• Diminui o factor de potência, o que significa um aumento da energia reactiva. A
não ser que a energia reactiva seja compensada por cada motor, as perdas
adicionais causadas pelo sobredimensionamento são uma razão acrescida
para se fazer uma selecção apropriada de motor.
O equipamento de transmissão inclui cambotas, correias, cabos e caixas de
velocidades, que devem ser instalados e mantidos de forma adequada. O sistema de
transmissão do motor para a carga é uma fonte de perdas. Estas perdas podem variar
muito, desde os 0% aos 45%. Sempre que possível, recomenda-se a utilização decorreias sincronizadoras em vez de correias trapezoidais. As correias trapezoidais
dentadas são mais eficientes do que as correias trapezoidais convencionais. As caixas
de velocidades helicoidais são muito mais eficientes do que as caixas de velocidades
de engrenagem sem-fim. Deve privilegiar-se o acoplamento directo e evitar as correias
trapezoidais. Motor-redutor integrado, este tipo de transmissão é integrada no motor
pelo fabricante.
Transmissão de Potência
A transmissão directa é sempre a mais eficiente. Normalmente, as correias têm uma
eficiência reduzida quando não são alvo de manutenção regular relativamente ao
desgaste e à tensão:
• As correias trapezoidais, com um pico de eficiência à
volta dos 95% a 98% no momento da instalação;
quando não são alvo de manutenção, podem atingir
uma eficiência típica de 93%; ao longo do tempo
podem ocorrer deslizamentos da correia por não se
fazer periodicamente o ajuste de tensão;• As correias dentadas têm uma eficiência cerca de 2% mais elevada do que as
correias trapezoidais;
• As correias sincronizadoras são dentadas e requerem a instalação de rodas
dentadas coincidentes. Podem ter melhor eficiência, cerca de 98%, e manter
essa eficiência ao longo de um grande intervalo de capacidade.
Reparação e Manutenção
Na indústria, é frequente trocar-se as peças de um motor. É mais barato e pode ser
mais rápido do que comprar um motor novo. Contudo, trocar as peças de um motor
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pode reduzir permanentemente a sua eficiência em mais de 1% (por vezes, até aos
4%). Deve ser dada atenção especial ao processo de reparação e à empresa que
procede à reparação. Pode revelar-se uma má escolha económica. O custo superior
de comprar um motor novo pode ser rapidamente compensado pela sua melhor
eficiência energética. As opções de substituir ou trocar peças nos motores devem ser
comparadas e devem resultar daí as respectivas decisões standard. Por exemplo, os
motores abaixo dos 5 kW devem ser sempre substituídos, os motores acima dos 30
kW devem ser alvo de troca de peças e para os motores entre os 5 e os 30 kW deve
ser analisado caso a caso
Variadores de Velocidade Variável
O ajustamento da velocidade do motor através de variadores de velocidades variáveis
pode levar a poupanças energéticas significativas associadas a um melhor controlo doprocesso, a menos desgaste do equipamento mecânico e a menos ruído acústico.
Quando as capacidades variam, o variador de velocidade pode reduzir o consumo de
energia eléctrica, particularmente nas aplicações centrífugas da bomba, compressor e
ventilador - tipicamente no intervalo entre 20-50%.
Bombas
Estudos recentes levados a cabo pela Comissão Europeia na Europa e pelo
Departamento da Energia nos EUA identificam os Sistemas que Funcionam commotores como sendo responsáveis por cerca de 20% das necessidades mundiais de
electricidade. Os Sistemas de Bombagem são consequentemente responsáveis por 22
– 25% da electricidade dos sistemas que funcionam com motores, que equivale
aproximadamente a 4% do consumo mundial de electricidade.
Outros estudos mostram que, com bombas centrífugas se poderia poupar, até 40% da
energia consumida pelos sistemas de bombagem para uma duração prevista de 15
anos.
Acções Potencial de Poupança Energética
seleccionar uma bomba deeficiência elevada:
3%
seleccionar uma bomba melhor dimensionada:
4%
melhor instalação/manutenção: 3%
melhor o lay-out do sistema 10%
melhor controlo do sistema 20%
Possível total de poupança
energética
40%
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Tabela 9 – Potencial de poupança energética para bombas
Tipicamente, as bombas são
compradas como componentes
individuais; elas prestam um serviço
apenas quando funcionam como parte
de um sistema. A energia e materiais
utilizados por um sistema dependem da
estrutura da bomba, do lay-out da
instalação e da forma como o sistema
funciona. As duas principais categorias
de bombas são: as Centrífugas e as de
Deslocamento Positivo. As primeiras
representam 73% da população das
bombas existentes e aquelas que
apresentam um maior potencial de
poupança de energia. Assim, este guia
só se debruçará sobre as bombas
centrífugas.
O lay-out dos sistemas de bombagem
pode ser simples ou complexo. Para se
atingir uma gestão económica, é
realmente importante considerar o
consumo de energia do sistema e
reduzi-lo.
Legenda da figura: Example of pumping circuitand its energy consumption - Exemplo decircuito de bombagem e o seu consumo deenergia; Pressure tank - tanque de pressão;Friction Head - perdas por atrito; energy losses -perdas de energia; heat exchanger - permutador
de calor; static head - perdas potencias; flowrate – caudal; storage tank – tanque dearmazenamento; pump – bomba; energy -energia
Para fazer isso, devem ser considerados os seguintes parâmetros:
• Selecção da Bomba
• Lay-out da Tubagem
• Controlo do Sistema
Selecção de Bombas
A selecção da bomba assenta na compreensão do sistema de bombagem como um
todo.
A bomba é o coração do sistema de
bombagem. O tipo e a estrutura irão
variar de processo para processo e de
fabricante para fabricante. No entanto,
a escolha é muitas vezes feita com
base no produto/líquido a ser bombado,
no lay-out do sistema e na aplicação.
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para se conseguir as condições obrigatórias de funcionamento, tais como pressão e
caudal.
De modo a poupar energia, devem ser consideradas as seguintes opções: desligar
bombas desnecessárias ou utilizar várias bombas; controlar através de válvulasreguladoras - ocorrem algumas perdas energéticas mas é melhor do que não ter
qualquer controlo ou controlo by-pass; utilizar variadores de velocidade variável. Os
variadores de velocidade variável são os que proporcionam o maior nível de poupança
na bomba combinando as saídas com as exigências de variação. Os custos iniciais
são mais elevados, mas os custos operacionais em condições variáveis são bastante
mais baixos. Assim, a opção dos variadores de velocidade variáveis deve ser
considerada em grandes aplicações de bombas.
Ar Comprimido
A utilização de ar comprimido nos sectores industriais e de serviços é uma prática
comum, uma vez que a sua produção, manuseamento e utilização são fáceis e
seguros. O ar comprimido é uma fonte de energia dispendiosa, custando entre 0,6 a 6
cêntimos por Nm³. A eficiência energética de muitas centrais de ar comprimido é
baixa: acções simples podem levar a um nível de poupança entre os 5 e os 50%.
Figura 7: para 6000 horas/ano, ciclo de vida de 5 anos
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• Reduzir fugas pode representar uma poupança anual de até 50%;
• Optimizar aparelhos do fim da rede de distribuição pode representar uma
poupança anual de até 50%;
• Optimizar o funcionamento das centrais pode representar uma poupança anual
de até 20%;
• Optimizar a rede de distribuição de ar pode representar uma poupança anual
de até 15%;
• Optimizar a filtragem e a secagem pode representar uma poupança anual de
até 5%;
• Recuperar e utilizar calor residual pode representar uma poupança anual de
até 20%;
• Optimizar a admissão de ar pode representar uma poupança anual de até 2%;
• Um compressor bem dimensionado e com boa manutenção, podem
representar uma poupança de até 15%;
• Uma política de eficiência energética pode optimizar todo o ciclo de vida da
central de ar comprimido. Numa empresa média, pôr em prática tal política
pode representar uma poupança anual de até 30%.
É possível haver poupança energética: na produção e tratamento do ar comprimido;nas redes de transferência; nos aparelhos do fim da rede de distribuição; e no
desenho e funcionamento globais da central. Existem vários tipos de medidas de
poupança energética, dependendo do custo e da magnitude da intervenção:
• Funcionamento e Manutenção (custo reduzido);
• Novo Sistema de Ar Comprimido (custo elevado)
Em muitas centrais de Ar Comprimido, há uma série de medidas simples e de custo
reduzido que podem reduzir substancialmente o consumo energético do sistema.
Detecção de Fugas
Uma das maiores vantagens do ar comprimido é que as fugas são invisíveis e os
danos que provocam são poucos ou nenhuns. É precisamente por esta razão que
muitos sistemas apresentam “fugas”. As fugas de ar podem gastar até 50% do
consumo energético do sistema de ar comprimido. Reduzir as fugas de ar é a primeira,
e mais importante, medida para poupar energia aplicável a todos os sistemas. O nível
de consciencialização quanto à importância de um programa regular de detecção de
fugas é baixo, em parte pelo facto de as fugas serem invisíveis e, geralmente, não
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provocarem danos. Um programa de detecção de fugas simples e eficaz consiste em
ligar o compressor num dia em que a fábrica não esteja a funcionar e percorrer a
fábrica na tentativa de ouvir as fugas. Uma lata de água com sabão e um pincel
podem ajudar a localizar as fugas. Uma vez encontradas, as fugas devem ser
assinaladas e, depois, reparadas o mais rapidamente possível.
Funcionamento Optimizado
Optimizar o funcionamento da central de ar comprimido já existente na fábrica é
frequentemente uma solução fácil e de custo reduzido para reduzir os custos
energéticos. O princípio base é utilizar o equipamento já existente para satisfazer as
necessidades do processo de fabrico e da fábrica, evitando o desperdício causado por
pressão de ar excessiva, funcionamento fora de horas, etc.
O princípio base para ajustar a pressão do sistema é estabelecer o intervalo de
controlo para fornecer ar à pressão exigida pelo equipamento do fim da rede de
distribuição, e não mais. Lembre-se que 1 bar de pressão em excesso equivale a 14%
de consumo energético desperdiçado.
Controlo rigoroso: elimina a energia em excesso utilizada para produzir ar a pressões
superiores às necessárias; reduz fugas, ao diminuir a pressão no sistema de
distribuição; elimina (em muitos casos) a necessidade de reguladores de pressão, que
despendem energia, nos aparelhos do fim da rede de distribuição; reduz o desgaste
do compressor.
Desligar os compressores quando não estão a ser utilizados: ter compressores a
funcionar para nada é um dispêndio de dinheiro facilmente evitável. Em muitas
fábricas, os compressores chegam a ser ligados 1/2 hora antes de começar a
produção, e desligados 1/2 hora depois da produção terminar. A utilização de
temporizadores pode automatizar este procedimento.
Múltiplos níveis de pressão: existem alternativas económicas para elevar a pressão
numa central. Se as necessidades de ar a alta pressão estiverem limitadas a algunspequenos aparelhos, pode-se considerar a utilização de intensificadores de pressão
alimentados a ar, ou um pequeno compressor de alta pressão alimentado a
electricidade. Se as necessidades de ar a alta pressão forem substanciais, utilizar
sistemas separados de alta e baixa pressão pode ser uma alternativa eficiente em
termos de custos.
Controlos para compressores: estão disponíveis muitos tipos de sistemas de controlo,
simples ou sofisticados. O sistema de controlo deve ser capaz de regular a pressão
dentro de um intervalo de, no máximo, 1/2 bar. Os sistemas de controlo de alto
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atenção ao tipo de secador de ar, uma vez que o consumo energético varia consoante
o tipo de secador. Se a reparação do equipamento envolver o sistema de controlo,
optar por sistemas de controlo de desempenho elevado, capazes de regular a pressão
dentro de um intervalo de controlo de não mais do que 0,5 bar.
Projectar e Construir uma nova Central de Ar Comprimido
Critérios para projectar para uma Central de Ar Comprimido. Na maioria dos casos, as
principais considerações, da mais importante à menos importante, são:
• Fiabilidade da central. A perda de ar comprimido numa fábrica significa
frequentemente falha na produção. Um dia de falha na produção pode custar
muitas vezes mais do que o valor de uma central de ar comprimido.
• Qualidade do ar comprimido. Em muitos processos industriais, a qualidade do
ar é importante: ar sujo, ou ar a pressões inadequadas, pode causar danos àqualidade do produto, pode sujar ou danificar ferramentas e o equipamento,
levando a falhas na produção.
• Custo do ciclo de vida. O ar comprimido é um transportador de energia
conveniente mas dispendioso. O custo do ciclo de vida de uma central pode
ser substancial. O custo do ciclo de vida é quase sempre o custo inicial da
central.
• Custo inicial. Normalmente, este deveria ser o critério menos importante para
escolher uma central de ar comprimido. Se a empresa utiliza procedimentos decompra que não entrem em linha de conta com a fiabilidade, qualidade e o
custo do ciclo de vida, estão muito certamente a desperdiçar dinheiro.
Determinar as necessidades da central. Os requisitos devem ser determinados tanto
quantitativamente (metros cúbicos de ar, numa base média e instantânea) como
qualitativamente (limite superior para partículas, óleo ou água no ar).
Comparar diferentes arquitecturas e opções das centrais. Do ponto de vista da
eficiência energética, é importante considerar:
• Fim da rede de distribuição. Considerar alternativas ao ar comprimido paradeterminados aparelhos do fim da rede de distribuição de elevado consumo de
ar. Em dispositivos estacionários, alguns aparelhos hidráulicos ou eléctricos
podem por vezes substituir os actuadores que funcionam a ar comprimido. A
limpeza de peças, agitação ou transporte de materiais podem por vezes ser
feitos com ventiladores de baixa pressão (1,5 a 2 bar) de forma mais
económica do que com ar comprimido.
• Pressão do sistema. Se muitos aparelhos necessitam de pressões elevadas
(acima dos 6 bar) considere uma solução com dois níveis de pressão. Para
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operação. Se utilizar alguém externo para fazer a instalação, certificar-se de que
verifica as qualificações em relação às centrais de ar comprimido.
Definir procedimentos de Funcionamento e Manutenção do sistema. Certificar-se que
inclui um programa regular de detecção de fugas, inspecção e mudança de filtrosregulares. Definir procedimentos de apresentação de relatórios, que incluam o
consumo de energia.
Formar pessoal. Ter pessoal de manutenção motivado e qualificado (ou um prestador
de serviços qualificado) é essencial, particularmente no controlo de fugas.
Supervisionar o funcionamento. Certificar-se de que identifica a pessoa responsável
pelo funcionamento da central de ar comprimido e, em especial, pelo seu consumo
energético. A avaliação de desempenho deve incluir os custos de funcionamento da
central (por exemplo, na contabilidade por centros de custo).
Sistemas de AVAC
Ar Condicionado
O ar condicionado controla o ambiente de forma a manter os níveis de temperatura e
humidade dentro dos definidos pela actividade levada a cabo no local. O ambiente
pode ser mantido para pessoas ou processos. Uma central de ar condicionado tem de
gerir uma grande variedade de entradas e saídas de energia para dentro e para fora
do edifício onde está a ser utilizado.
A eficiência do sistema é essencial para manter o equilíbrio energético adequado. De
outra forma, o custo de funcionamento de uma central de ar condicionado aumentaria.
A central funcionará adequadamente se for feita boa manutenção e se funcionar bem
(partindo do pressuposto que foi, bem concebido, no entanto, se o dimensionamento
for um problema, à que avaliar uma nova concepção pois pode revelar-se
financeiramente benéfica a longo prazo).
O potencial de conservação de energia na área do ar condicionado pode variar muito,dependendo do seguinte: projecto das centrais, método de funcionamento, padrões de
funcionamento, manutenção dos sistemas de controlo, monitorização do sistema e
competência dos operadores. As técnicas para optimizar os requisitos energéticos das
centrais de ar condicionado são abordadas segundo os seguintes itens:
• Pôr os sistemas a funcionar apenas quando necessário;
• Eliminar o sobrearrefecimento e sobreaquecimento;
• Eliminar o re-aquecimento;
• Minimizar o arrefecimento e aquecimento mecânicos;
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• Minimizar as quantidades de ar de compensação e ar extraído;
• Minimizar a quantidade de ar libertado para um espaço condicionado;
• Recuperar energia;
• Manutenção do equipamento.
Pôr os Sistemas a Funcionar Apenas Quando Necessário
Os sistemas de ar condicionado, incluindo máquinas de refrigeração, bombas e
sistemas de torres de arrefecimento, devem funcionar apenas quando as áreas estão
ocupadas (para sistemas de ar condicionado direccionados para o conforto) e quando
os processos estão em funcionamento (para sistemas de ar condicionado não
direccionados para o conforto). Não é invulgar ver-se os sistemas a funcionar
continuamente. Reduzir horas de funcionamento reduzirá exigências eléctricas, de
arrefecimento e de aquecimento.
Eliminar o Sobrearrefecimento e Sobreaquecimento
Eliminar o sobrearrefecimento e o sobreaquecimento requer normalmente a revisão
dos padrões de funcionamento e a modificação dos controlos do sistema de ar
condicionado. Em vez de manter uma temperatura constante, o padrão de eficiência
energética mais eficaz permite que a temperatura flutue dentro de um intervalo restrito.
Eliminar o Re-aquecimento
Quando é preciso controlar a humidade, o método convencional que se utiliza é
arrefecer o ar até à temperatura do ponto de condensação exigida para remover o
excesso de humidade e, depois, re-aquecer o ar para o libertar à temperatura e nível
de humidade desejados. Não se considera que o custo de re-aquecimento para o
controlo de humidade se justifique na presente situação energética nas centrais de ar
condicionado direccionados para o conforto. Não se recomenda a inclusão de um
padrão de humidade para as centrais de ar condicionado normais direccionadas para
o conforto e, caso exista, deve ser descontinuado. Da mesma forma, nenhuma centraldeve funcionar de forma a que este necessite de aquecer e arrefecer ao mesmo
tempo. Num dado momento, a central deve funcionar para aquecer ou para arrefecer –
nunca com as duas funcionalidades.
Ciclo Economizador
Muitas centrais de ar condicionado funcionam com uma quantidade mínima fixa de ar
exterior. A carga de refrigeração mecânica nestes sistemas pode ser reduzida
modificando o sistema de forma a que utilize no seu caudal de fornecimento até 100%
do ar exterior quando este último é mais fresco do que o ar reintroduzido. Chama-se a
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utilizados: válvula de descarga do ventilador, válvula vortex do ventilador (ventilador de
entrada de ar) e mudança de velocidade do ventilador.
Recuperar Energia
A utilização de permutadores de calor ar/ar permite que haja transferência de energia
entre a(s) corrente(s) de ar extraído e a(s) corrente(s) de ar de compensação. Muitos
dos permutadores só permitem a transferência do calor sensível, ao passo que
existem alguns que permitem a transferência de entalpia (calor total). A eficiência da
recuperação de calor dos permutadores ar/ar varia dos 55% até aos 90%, dependendo
do tipo de permutadores de calor e da velocidade que lhe foi atribuída.
Manutenção do Equipamento
A condição física da unidade que trata o ar é importante para o seu funcionamentoeficiente. Os filtros devem ser limpos ou substituídos sempre que se atinja a queda de
pressão máxima permitida. Se a sujidade se acumula a ponto de fazer com que a
queda de pressão ultrapasse o máximo permitido, o aumento de pressão do sistema
daí resultante reduzirá a pressão do ventilador e, subsequentemente, reduzirá a
eficiência do aparelho que trata o ar. Como já foi mencionado numa secção anterior,
as válvulas devem estar bem isoladas. Fugas de ar resultantes do mau funcionamento
ou mau estado das válvulas resultarão num acréscimo de carga para a unidade que
trata do ar. Deve verificar-se se os ventiladores apresentam a existência de linhas,sujidade ou outras causas que reduzam o caudal.
Ventilação
Muitas actividades requerem ventilação para controlar o nível de pó, gases, fumos ou
vapores. Uma ventilação excessiva com esta finalidade pode fazer aumentar
significativamente a carga de aquecimento. Todo o ar que é extraído do edifício deve
ser substituído por ar do exterior. Durante a época em que é necessário aquecimento,
o ar deve ser aquecido até ficar à temperatura ambiente através de unidades de ar decompensação ou através de infiltração e mistura com o ar ambiente. Quanto também
está envolvido o aquecimento para fins do processo, uma ventilação excessiva resulta
sempre em perda de energia.
Um problema comum durante o Inverno, época em que há necessidade de
aquecimento, é a pressão negativa do edifício que resulta da tentativa de extrair mais
ar do que aquele que é admitido. O problema mais óbvio que se consegue detectar
quando há falta de ar é a dificuldade em abrir portas. A pressão negativa conduz a
vários problemas:
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No caso da extracção de ar de altas temperaturas, a perda é multiplicada pelas altas
temperaturas tanto do ar seco como da mistura ar/água. Durante a estação em que é
necessário aquecimento, esta perda também envolve aquecer uma quantidade de ar
de compensação equivalente até à temperatura ambiente antes de aquecer ainda
mais para atingir a temperatura de extracção.
Equilibrar Caudais de Ar
É muito frequente não se tomarem as medidas necessárias para o fornecimento
suficiente de ar de compensação. Consequentemente, ocorrem fugas através de
portas, janelas e aberturas, provocando correntes de ar indesejadas nas proximidades
das fugas. Perante a capacidade bloqueada de se reduzir suficientemente a extracção
para equilibrar a entrada e saída de ar, a melhor prática é adicionar mais unidades de
ar de compensação para fornecer ar aquecido em quantidades iguais àquelas que são
extraídas e distribui-las pela zona do sistema de extracção. Embora isto vá contribuir
pouco para a conservação de energia, eliminará os problemas associados à pressão
negativa. Devem-se verificar todas as saídas de ar para determinar se as perdas
podem ser reduzidas ou eliminadas.
As medidas que podem ser tomadas para reduzir as perdas de extracção são:
• Desligar os ventiladores quando o equipamento está parado;
• Reduzir o volume para uma quantidade mínima que satisfaça as necessidades
de ventilação;
• Reduzir a temperatura;
• Recuperar o ar extraído.
Desligar os Ventiladores
A melhoria mais óbvia é desligar quaisquer ventiladores de extracção quando não são
necessários. Os ventiladores de extracção são frequentemente deixados a funcionar,mesmo quando o equipamento que estão a ventilar está parado. Alguns exemplos
típicos são as cabines de pintura, os fornos e os secadores. Os ventiladores também
podem ser deixados a funcionar durante períodos em que não se produz, tais como
noites e fins-de-semana.
Reduzir o Volume
A segunda melhor melhoria é reduzir as taxas de extracção para quantidades mínimas
mas adequadas. Pode ser possível fazer reduções em algumas taxas já existentes
porque:
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Adicionar frisos eliminará o caudal de ar vindo de zonas ineficazes onde existe
contaminação. As exigências de ar podem ser reduzidas até 25% incorporando frisos
na estrutura da chaminé.
Velocidade de Captura
O caudal de ar que passa pela fonte deve ser suficiente para captar o agente
contaminador. Contudo, se não forem utilizados padrões ou padrões arbitrários que
excedam as necessidades, deve ser determinada a velocidade de captura adequada,
ou volume adequado, para evitar a extracção desnecessária.
Grandes Aberturas
Quando há necessidade de existência de grandes aberturas, a chaminé pode ser tornada mais eficaz se lhe forem incorporadas múltiplas saídas, aberturas com
inclinação, deflectores, etc.. As chaminés com estas características fornecerão um
caudal mais uniforme sobre a área a ser ventilada e reduzirão as exigências totais de
ar.
Ar Exterior
A introdução de ar exterior, no ponto de ventilação reduzirá a quantidade de ar
ambiente extraído (sempre que possível). Por conseguinte, as exigências deaquecimento serão reduzidas até ao ponto em que o ar extraído inclua ar exterior em
vez de ar ambiente aquecido.
Recuperação de Calor
A recuperação de calor do ar extraído só deve ser considerada após se terem dado
todos os passos para reduzir a perda de ar extraído, recorrendo a qualquer um dos
métodos descritos mais acima.
Iluminação
Introdução
A indústria têxtil é uma indústria de intensidade energética moderada. Utiliza calor em
vários processos produtivos e electricidade principalmente na maquinaria. Contudo, a
iluminação representa cerca de 15% do total do consumo de electricidade. Não
obstante haver outras medidas de conservação de energia mais importantes para a
indústria têxtil, pode conseguir-se uma poupança considerável através de uma
iluminação eficiente. Nesta secção, dá-se ênfase ao controlo do sistema de iluminaçãoque melhora o seu funcionamento.
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Figura 8 – Gráfico de decisão relativamente àforma de controlar a iluminação
Legenda da figura 8 – Decision chart – gráficode decisão; Is daylight available? – Háiluminação natural disponível?; Photocell Link –ligação fotocélula; Continuous or frequencyoccupancy? – Ocupação contínua ou frequente;Direct switching – Interruptor ligar/desligar;Regular shift patterns – Turnos regulares; Time
clock – temporizador; Limited access route intoarea? – área de acesso limitado; Major obstructions & moving plant? – Grandesobstruções e movimentações na fábrica;Presence detector – detector de presença.
Podem ser utilizados individualmente
ou de forma combinada para optimizar
os seus benefícios. Em teoria, todos os
pontos de luz podem ser ligados.
Contudo, nem todas as lâmpadasfornecem instantaneamente, a sua
intensidade luminosa total - a grande
maioria das lâmpadas de descarga
precisa de um certo tempo para dar o
máximo de intensidade luminosa e
algumas têm um tempo de
reacendimento alargado.
A intensidade luminosa da maioria das lâmpadas fluorescentes pode ser reduzida até5% utilizando balastros electrónicos reguladores de altas-frequências, ao passo que
não é tão fácil diminuir a intensidade luminosa das lâmpadas de descarga de alta
intensidade. Em geral, não se recomenda a diminuição da intensidade luminosa nas
lâmpadas de iodetos metálicos, devido à grave distorção da cor. Contudo, é possível
diminuir a intensidade luminosa das lâmpadas de sódio de alta pressão até cerca de
50%.
O desenvolvimento de uma estratégia de controlo para qualquer instalação exigirá
respostas a uma série de critérios físicos e operacionais. Algumas das quais terão deser obtidas do cliente e outras de um estudo do próprio edifício (se estiver construído)
ou das suas plantas (se não estiver construído). O gráfico da figura 8 conduz o
projectista através de uma sequência lógica de perguntas e respostas que conduzem
à selecção do regime de controlo mais adequado para uma instalação em particular.
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Um sistema de controlo baseado no tempo pode ligar ou desligar a iluminação da
instalação em horas programadas, segundo o turno de trabalho. O controlo do tempo
pode ser conseguido a partir de uma variedade de aparelhos, que vão desde os
simples interruptores electromecânicos até aos sistemas computorizados de gestão de
edifícios. É importante incluir um mecanismo local que se sobreponha ao automático,
de modo a que a iluminação possa ser restabelecida, se necessário, fora das horas de
funcionamento normais que foram programadas. Desligar sequencialmente a
iluminação por fases evitará os perigos criados pelo desligar total e simultâneo de toda
a iluminação.
Controlos de Luminosidade
Os controlos fotoeléctricos associados à luz natural podem ser utilizados para
ligar/desligar as lâmpadas de descarga de alta pressão. Também podem ser utilizados
para ligar/desligar ou diminuir/aumentar a intensidade luminosa da maioria das
lâmpadas fluorescentes. É provável que o controlo fotoeléctrico ligar/desligar que
provoca uma mudança repentina e perceptível nos níveis de iluminação dê origem a
queixas por parte dos utilizadores, salvo se a área for bem iluminada pela luz natural.
Contudo, a diminuição fotoeléctrica da intensidade não causa perturbações. O
controlador de intensidade deve ser regulado de forma a fazer com que a combinação
de luz natural e luz eléctrica permaneça constante ao nível do projecto de iluminação.O potencial de poupança energética do controlo da intensidade luminosa é muito
maior do que o simples ligar/desligar fotoeléctrico e proporciona uma redução muito
maior de custos a longo prazo.
Controlos por Ocupação
A iluminação associada à ocupação do espaço, ou mais apropriadamente a padrões
de ocupação do espaço, pode levar a poupanças consideráveis na utilização
energética. Os detectores de ocupação são utilizados para detectar a presença depessoas e para controlar a iluminação em conformidade. Estes aparelhos podem ser
acústicos, de infravermelhos ou de microondas. Ligarão a iluminação quando for
detectada ocupação do espaço e desligá-la-ão novamente assim que deixarem de
detectar qualquer ocupação dentro do seu raio de sensibilidade. É necessário que
tenha incorporado um retardador temporal (ajustável até 30 minutos) para prevenir
situações em que a luz é desligada inadequadamente quando o ocupante permanece
imóvel ou quieto antes de sair efectivamente da zona controlada. Esta forma de
controlo é especialmente adequada para a detecção de um empilhador que se
aproxima ou de um indivíduo que entre num corredor de um armazém. Devem ser
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incorporados no sistema retardadores temporais com predefinições para evitar o
ligar/desligar excessivo, que pode encurtar muitíssimo a vida de uma lâmpada,
especialmente nos casos em que se utiliza este processo em circuitos fluorescentes.
Contudo, ligar/desligar ou diminuir a intensidade luminosa de lâmpadas fluorescentes,
quando estas funcionam com balastros electrónicos pré-aquecidos ou de diminuição
de intensidade, não tem qualquer efeito prejudicial na vida das lâmpadas.
Controlos Localizados para Ligar/Desligar
É importante ter interruptores para ligar/desligar a iluminação toda, ou só parte,
sempre que apenas uma parte de uma grande área necessite que a iluminação seja
ligada, seja porque algumas partes estão desocupadas ou seja porque a luz natural é
adequada. O controlo manual da iluminação deve, regra geral, ser desencorajado,
uma vez que não oferece nenhum potencial automático de poupança energética, dadoque depende de intervenção manual para desligar a iluminação quando esta é
desnecessária.
Instalação Eléctrica
Factor de Potência
Um factor de potência baixo é dispendioso e ineficiente. As empresas de serviços
públicos cobram aos consumidores/clientes uma taxa adicional quando o factor de
potência é inferior a cerca de 0,93. O factor de potência baixo também reduz a
capacidade de distribuição do sistema eléctrico ao aumentar o caudal de corrente e
provocar quedas de tensão. Este tópico descreve o factor de potência e explica como
pode ser melhorado de forma a reduzir as contas de electricidade e ampliar a
capacidade do sistema eléctrico.
Alguns dos benefícios da melhoria do factor de potência são: A conta da electricidade
será menor. O factor de potência baixo requer um aumento na capacidade de
transmissão e distribuição da electricidade de forma a fazer face ao componente
reactivo da potência provocado pelas cargas indutoras. Um factor de potência
incorrecto provocará um acréscimo de perdas no sistema de distribuição eléctrica e
limitará a sua capacidade de expansão. As quedas de tensão no ponto de utilização
serão reduzidas. Tensões abaixo das exigidas pelo equipamento reduzirão a
eficiência, aumentarão a corrente e reduzirão o movimento de rotação de arranque
nos motores. A sob-tensão reduz a carga que os motores podem suportar sem
sobreaquecer. A sob-tensão também reduz a intensidade luminosa da iluminação e a
resistência de aquecimento dos equipamentos.
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A corrente alternada (AC) é transmitida com menos perdas se a corrente não estiver
distorcida e estiver totalmente sincronizada com a tensão. As lâmpadas e os
aquecedores a resistências vão buscar corrente exactamente na mesma proporção e
sincronia da tensão, mas a maioria das outras cargas tende a ir buscar corrente com
um desfasamento (ou seja, mudança de fase). É necessária mais corrente para
fornecer uma quantidade fixa de potência quando há mudança de fase na corrente.
O rácio da potência transmitida efectivamente
(“potência real”) em relação à potência aparente,
que poderia ter sido transmitida se essa mesma
corrente estivesse na mesma fase, é conhecido
como o factor de potência. É sempre menor ou
igual a 1.
Legenda da figura – Real power – potência real; Phase angle – ângulo de fase; Reactive power – potência reactiva;Apparent power – potência aparente; Power factor – factor depotência; Cosine – Coseno
A corrente medida com um amperímetro e multiplicada pela tensão medida com um
voltímetro, dá a potência aparente. A potência real é igual à potência aparente
multiplicada pelo co-seno da diferença do factor de potência de fase entre a tensão e a
corrente. O factor de potência é exactamente igual ao co-seno do ângulo da difrença
das fases. Um terceiro termo da potência é a potência reactiva. A cada instante, atensão multiplicada pela corrente é igual à potência instantânea. Mesmo quando a
corrente e a tensão são negativas.
No entanto, quando a corrente é negativa o desfasamento de fase faz com que tensão
seja por vezes positiva e vice-versa. Nessas alturas, a potência é negativa e o motor
comporta-se como se, na verdade, fosse um gerador alimentando o sistema. A
potência aparente pode ser pensada como a troca total de potência entre o motor e o
cabo eléctrico; a potência real como o caudal de potência da rede para o motor; e a
potência reactiva como a componente da potência aparente que é trocada, para afrente e para trás, entre o cabo eléctrico e o motor.
O factor de potência baixo é provocado principalmente por motores de indução, mas
também por cargas indutoras (tais como transformadores e balastros de iluminação
magnéticos). Ao contrário das cargas resistentes que criam trabalho somente pelo
consumo de watts ou quilowatts, as cargas indutoras requerem alguma corrente para
criar campos magnéticos, pois estes facilitam o trabalho pretendido.
A potência total ou aparente exigida por um aparelho indutor é um compósito do
seguinte: potência real (medida em quilowatts, kW) e potência reactiva associada aos
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componentes que, alternadamente, armazenam energia e a libertam de novo para o
cabo eléctrico durante cada ciclo de corrente alternada (medido em quilovars, kVAR).
A potência reactiva exigida por cargas indutoras aumenta a quantidade de potência
aparente (medida em quilovolt-amps, kVA) no sistema de distribuição. O aumento da
potência reactiva e aparente reflecte-se no aumento do ângulo entre as duas,
originando uma diminuição do factor de potência.
Correcção do Factor de Potência
Algumas estratégias de sucesso para corrigir o factor de potência são:
• A instalação de condensadores no circuito de corrente alternada diminui a
magnitude da potência reactiva. Os condensadores vão buscar potência
reactiva condutora. Isto significa que a sua corrente está desfasada 180º das
cargas indutoras, pelo que estão a armazenar energia quando as cargasindutoras estão a libertá-la de volta para o cabo eléctrico e vice-versa. A
potência reactiva (medida em kVARs) provocada por indutância actua sempre
num factor de potência de 180º face à potência reactiva dos condensadores. A
presença de reactância indutiva e capacitiva no mesmo circuito tem como
resultado a transferência alternada contínua entre o condensador e a carga
indutiva, reduzindo assim o caudal de corrente do cabo eléctrico. De certa
maneira, a energia é retida e reflectida de volta pelo condensador em vez de
ter de percorrer todo o caminho, de ida e volta, a partir do gerador;
• A substituição de motores velhos e sobre-dimensionados por motores novos ede eficiência elevada tem um efeito positivo no factor de potência. O factor de
potência de qualquer motor é claramente pior quando este tem uma carga
significativamente inferior à potência que está inscrita na chapa do motor;
• Motores desactivados devem ser desligados, porque mesmo quando estão
totalmente sem carga, ou até mesmo desacoplados, um motor ainda vai buscar
mais de metade da sua potência reactiva com carga total;
• O equipamento nunca deve funcionar acima da tensão que lhe está atribuída,
porque a sobre-tensão aumenta a potência reactiva.
Os fornecedores de condensadores e as empresas de engenharia especializadas
podem dar assistência na determinação do factor de potência óptimo e na correcta
localização e instalação dos condensadores no sistema de distribuição de
electricidade. Contudo, quando a distorção harmónica é significativa, as tradicionais
técnicas de análise do factor de potência irão sob-quantificar a verdadeira potência
reactiva e sobre-quantificar o verdadeiro factor de potência. Os cálculos triangulares
podem reflectir rigorosamente o factor de potência medido e cobrado pela empresa de
serviços públicos, mas irão sob-quantificar as perdas do sistema de distribuição dafábrica. Para além disso, a distorção harmónica pode provocar uma série de outros
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M h representa a magnitude da tensão ou do componente harmónico da corrente e
M fundamental representa a magnitude da tensão fundamental ou da corrente. É importante
referir que a DHT utiliza a corrente fundamental instantânea como denominador. Por
conseguinte, se a fábrica de um consumidor estiver a trabalhar a uma percentagem
pequena da sua capacidade máxima, a DHT calculada pode ser muito elevada.
Contudo, a distorção relativa da corrente para o fornecimento eléctrico pode
efectivamente ser menor do que quando estão a trabalhar na sua capacidade máxima.
Problemas Harmónicos
Agora que sabemos que as correntes harmónicas correm numa ligação de corrente
alternada com uma saída de 6, vamos abordar quais os problemas, que podem surgir.
Embora o aparecimento de ruído nas linhas telefónicas e noutros equipamentos seja
frequentemente referido, a questão principal é o custo adicional da infra-estrutura de
distribuição de energia eléctrica. A energia eléctrica só é transferida através de uma
linha de distribuição quando a corrente está faseada com a tensão. Esta é a mesma
causa de preocupações em relação ao “factor de potência” de entrada. O facto de
potência deslocado num motor a funcionar ao longo de uma linha pode ser explicado
como o co-seno do desfasamento entre a corrente e a tensão.
Dado que o motor é uma carga indutiva, a corrente atrasa-se face à tensão em cerca
de 30º a 40º quando carregado, fazendo com que o factor de potência seja cerca de
0,75 a 0,8, em oposição aos cerca de 0,93 para muitas das ligações de corrente
alternada de PWM (impulsos com modulação). No caso de uma carga resistente, o
factor de potência seria 1 ou “unidade”. Nesse caso, todo o caudal de corrente dá
origem à transferência de potência. Um factor de potência, menor de 1, é sinónimo de
corrente reactiva que não contribui para a potência. Nenhum dos tipos de corrente,
nem a harmónica nem a reactiva, produz potência. A infra-estrutura de energia
eléctrica tem de transportar estas correntes provocando perda de calor devido ao
aumento da queda de I^2*R no cabo eléctrico e ao maior fluxo no ferro transformador.
Os transformadores e linhas de distribuição podem precisar, nalguns casos, de ser
alargados em termos de dimensão de modo a poderem suportar o peso desta corrente
adicional que não produz energia eléctrica.
A distorção harmónica de corrente também pode introduzir distorção de tensão. Dadoque uma carga 6 não linear só vai buscar corrente perto do pico da curva seno, a
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Um filtro passivo dá alguma ajuda na redução da harmónica ao permitir que a corrente
flua principalmente na frequência da harmónica fundamental. Utilizam aparelhos de
armazenamento de energia, tais como indutores e condensadores, para retirarem
corrente da linha a baixas frequências (60 Hz) e para a passarem para o motor nos
impulsos exigidos (harmónicas).
Os filtros activos podem ser muito eficazes, mas também são um tanto ou quanto
dispendiosos. Trabalham utilizando um dispositivo de ligação activo, que se
assemelha bastante ao lado inversor de um motor. Utilizando sensores de corrente,
este aparelho adiciona o complemento de corrente da curva seno que mede a linha,
fazendo com que a corrente acima da ligação pareça sinusoidal. Uma frente activa
permite que a ligação de corrente alternada retire corrente da linha naquilo que é muito
parecido com uma curva seno pura. Por conseguinte, a Distorção Harmónica Total é
muito baixa. A frente activa também possui outros benefícios importantes. É bi-
direccional e pode ser utilizada para alimentar múltiplos motores. Em termos simples,
isto significa que pode ir buscar corrente da linha e passar corrente para a linha, caso
o motor ou motores precisem de lidar com energia regenerativa vinda de um motor em
inspecção ou em desaceleração.
É verdade que, nalguns casos, a ligação de corrente alternada pode causar problemas
relacionados com harmónicas, mas é importante reconhecer que esses casos não são
norma. Frequentemente, aquilo que as ligações contribuem para o sistema em termos
de harmónica é compensado pelo factor de potência de entrada melhorado, libertando
efectivamente kVA no sistema de distribuição de energia eléctrica. Isto aplica-se
particularmente quando a ligação está associada ao regulador de ar. Embora existam
muitas soluções de abrandamento das harmónicas, frequentemente constituem um
custo desnecessário.
Contudo, quando se quer atacar as harmónicas, os filtros passivos e as soluções
multi-impulsos estão entre aquelas que têm um custo mais baixo. Os filtros activos são
um pouco mais dispendiosos mas são os que apresentam um melhor desempenho.Uma entrada activa pode ser a mais dispendiosa em termos de custo inicial. No
entanto, a longo prazo, representa poupança de dinheiro, ao não requerem
equipamento de travagem dinâmico e ao poupar energia na regeneração de potência.
Estas características podem mesmo fazer desta solução a mais económica de todas,
caso seja necessário regeneração ou “travagem”.
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