Energy Efficiency Practices-PT

5/13/2018 Energy Efficiency Practices-PT - slidepdf.com

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Práticas de Eficiência Energética

Organismos de ExecuçãoSIGMA Consultants (GR)

Hellenic Fashion Industry Association (GR)

CITEVE - Centro Tecnológico das Indústrias Têxtil e do Vestuário dePortugal (PT)

AITEX - Instituto Tecnológico Textil (ES)

Black Sea Regional Energy Centre (BG)

Bulgarian Association of Apparel &Textile Producers & Exporters (BG)



Março 2006

2



Práticas de Eficiência Energética

Práticas de Eficiência Energética .................................................................. 3

Introdução ........................................................................................................ 4

Energia no Sector Têxtil ................................................................................ 4

Projecto EMS-Textile ......................................................................................6

Práticas de Eficiência .................................................................................... 7

Gestão Energética .........................................................................................8

Conservação de Calor .................................................................................... 9

Recuperação de Calor nos Processos de Tingimento e Acabamento ..........9

Tipos de Permutadores de Calor ................................................................. 14

Distribuição de Calor ....................................................................................16

Caldeiras e Queimadores ............................................................................ 18

Co-geração ..................................................................................................25

Fontes de Energia Renováveis ................................................................... 28

Diversos Combustíveis ............................................................................... 30

Conservação de Energia Eléctrica ..............................................................32

Motores e Bombas ...................................................................................... 32

Motores ..................................................................................................... 32

Bombas .....................................................................................................35

Ar Comprimido ............................................................................................ 38

Sistemas de AVAC .......................................................................................44

Ar Condicionado ...................................................................................... 44

Ventilação ................................................................................................ 47Iluminação .................................................................................................... 51

Instalação Eléctrica ...................................................................................... 55

Factor de Potência ................................................................................... 55

Distorção Harmónica ............................................................................... 58

Referências .....................................................................................................63

Práticas de Eficiência Energética Página 3 de 63



Introdução

Energia no Sector Têxtil

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.




Tecelagem e Tricotagem

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




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




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


http://www.ems-textile.net/




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.








Conservação de Calor

Recuperação de Calor nos Processos de Tingimento e Acabamento

Numa instalação têxtil, os processos de tingimento e acabamento são grandes

consumidores de energia térmica. Podem ser recuperadas quantidades consideráveis

de calor nos processos de tingimento e acabamento. O calor pode ser recuperado sob

a forma de ar quente ou de água quente. A recuperação de calor é realizada através

da instalação de permutadores de calor ar/ar, ar/água ou água/água.

Processo de Tingimento

No processo de tingimento, as águas tendem a ser escoadas a temperaturas

relativamente elevadas (habitualmente acima dos 40ºC). O calor residual presente nos

caudais de saída pode ser transferido para a entrada de água fria (aproximadamente a

10ºC), através da utilização de um permutador de calor. O tipo de permutador de calor

deve ser compatível com a qualidade da água residual. No caso de processos

contínuos (máquinas de lavagem contínuas), um permutador de calor simples deve ser

o suficiente. No caso de processos descontínuos (Jets e autoclaves), o permutador de

calor terá de ser montado com tanques colectores e aparelhos de controlo doprocesso. Para se ter um sistema eficiente, os tanques colectores devem ser

suficientemente grandes para acomodar a diferença temporal entre a expulsão e a

admissão de calor, e devem estar bem isolados para manter a água quente.

Tipicamente, a água residual é arrefecida dos 60-65ºC aos 40ºC e a água de entrada é

aquecida dos 10ºC aos 45-50ºC.




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

natural.

50 60 70 80 9010 944280 1276200 1614360 1956080 2301480

20 1879600 2538920 3210840 3889240 4574680

30 2623880 3550200 4494520 5457920 6429880

40 3420400 4629120 5861280 7112640 8379760

50 4156360 5626080 7123360 8644240 10184600

Poupança anual de Gás Natural (kWh)Temperatura da água residual (ºC)Caudal deágua residual(m3/h)

Tabela 1 – Poupança energética anual kWh (Gás natural) para diferentes caudais e temperaturas (Fonte:www.koenigag.ch)


http://www.koenigag.ch/







50 60 70 80 9010 977608 1321242 1671337 2025118 2382709

20 1945939 2628529 3324164 4026507 4736139

30 2716488 3675501 4653150 5650552 6656817

40 3541120 4792501 6068149 7363674 8675516

50 4303055 5824648 7374773 8949331 10544056

Caudal deágua residual

(m3/h)

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.






Secagem Fixação Secagem Fixação10000 363400 473040 814880 1169680

20000 718160 980160 1598640 2380960

30000 1092640 1490560 2414160 3513920

40000 1458560 1959920 3212960 4712280

50000 1847080 2472040 3973680 5919880

Caudal do arde exaustão

(m3/h)

Poupança anual de Gás Natural (kWh)Permuta - Ar/Ar Permuta - Ar/Água

Tabela 3 – Poupança energética anual kWh (Gás natural) para diferentes caudais, processos produtivos epermutadores de calor (Fonte: www.koenigag.ch)

Secagem Fixação Secagem Fixação10000 376226 489736 843640 1210963

20000 743507 1014754 1655063 2464994

30000 1131204 1543168 2499366 3637941

40000 1510039 2029094 3326359 4878596

50000 1912271 2559288 4113928 6128817

Caudal do arde exaustão

(m

3

/h)

Poupança anual de Fuelóleo (kWh)Permuta - Ar/Ar Permuta - Ar/Água

Tabela 4 – Poupança energética anual kWh (Fuelóleo) para diferentes caudais, processos produtivos epermutadores de calor (Fonte: www.koenigag.ch

)

A poupança conseguida deve ser analisada tendo em conta os custos do investimento

(permutador de calor, tanques colectores, tubagens, isolamento) e os custos

operacionais (manutenção, electricidade).

manutençãodeCustosadicionaisenergiadeCustosenergiadePoupança

toinvestimendoCustosP

−−

=ayback

Considerações

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









sistema de recuperação de calor estará disponível para este fim durante um período

ainda mais curto.

Tipos de Permutadores de Calor

Neste ponto serão apresentados alguns tipos de permutadores de calor existentes no

mercado. Tal como o nome indica, um permutador de calor é um aparelho que

transfere calor oriundo de um determinado meio para outro. Desta forma, alguma da

energia que seria perdida é recuperada e utilizada para se atingir as condições

desejadas.

Permutador de Calor Rotativo

Figura 3 – Permutador de Calor Rotativo

Uma vez que neste tipo de permutador a matriz tem passagens de ar estreitas, o rotor

pode ficar rapidamente bloqueado se for instalado num local onde a corrente de ar

contenha agentes contaminadores. Este permutador de calor tem o mais alto nível de

eficiência, recuperando 70 a 85% da energia expelida, incluindo quer o calor latente

quer o calor sensível. É mais adequado para locais onde a corrente de ar esteja limpa,

dado que podem ocorrer alguns bloqueios quando o ar extraído passa para o outro

lado.

Permutador de Tubo de Calor

O tubo de calor funciona com base no princípio de que, quando se aplica calor numa

ponta de um tubo selado, ocorre a evaporação do fluido que está no tubo. O vapor flui

para o lado frio, onde condensa. O fluido de trabalho condensado é depois

transportado por acção capilar para o lado quente do tubo onde se repete o ciclo.

Neste permutador, os ventiladores montados no exterior do tubo para ajudar à

transferência de calor também podem devido a agentes contaminantes ficar

bloqueadas. A eficiência do permutador de calor diminui quando há acumulação de




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.




Distribuição de Calor

Fugas de Vapor

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




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




poupanças substanciais e reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. A lista

seguinte serve de guia para melhorar o sistema de distribuição de vapor.

• Reparar juntas, bucais, válvulas com fugas e válvulas de segurança;

•

Isolar todos os tubos de vapor e condensado, flanges e válvulas;• Controlar as temperaturas ao longo do processo;

• Manter as pressões de vapor do processo tão baixas quanto possível;

• Remover ou vedar todas as tubagens de vapor redundantes;

• Garantir a recuperação do condensado;

• Verificar o funcionamento dos purgadores de condensado;

• Verificar o controlo químico da água de alimentação para minimizar

incrustações nas tubagens;• Pré-aquecer a água de alimentação através da permuta com o calor do

condensado recuperado.

Caldeiras e Queimadores

Muitas fábricas com caldeiras requerem painéis de instrumentação melhorados de

modo a poderem controlar o desempenho das caldeiras e as necessidades de vapor.

É preciso fazer-se um controlo regular do desempenho das caldeiras de modo a

manter a eficiência em níveis elevados. A quantidade mínima de informação requeridaé:

• Consumo de combustível num dado período de tempo;

• Vapor produzido ou peso da água evaporada durante esse período;

• Pressão do vapor;

• Temperatura dos gases de combustão;

• Quantidade de dióxido de carbono e oxigénio presentes nos gases de

combustão.A instrumentação permite detectar variações ao normal desempenho de

funcionamento. A análise dos gases de combustão pode indicar se há excesso de ar

na combustão; o aumento de temperatura dos gases de combustão indica uma

transferência de calor deficiente e necessidade de limpeza; a temperatura da água de

alimentação deve o mais alta possível, dentro do praticável, sem criar problemas de

bombagem. Algumas empresas com instrumentação ou conhecimento técnico

limitados contratam empresas externas para avaliar regularmente o desempenho das

caldeiras. As caldeiras são habitualmente mais eficientes quando funcionam na sua




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




arrefecerá a caldeira desnecessariamente, podendo mesmo impedir a total combustão

do combustível. Da mesma forma, muito pouco ar levará à combustão incompleta e ao

desperdício de combustível. Quando a mistura combustível/ar é a correcta, a

proporção de dióxido de carbono nos gases de combustão é maximizada e a eficiência

de combustão elevada. São utilizados sistemas de controlo automáticos para

monitorizar a composição dos gases de combustão (por exemplo, medição da

quantidade de oxigénio), que depois informam se é necessário variar a mistura

combustível/ar para obter a máxima eficiência em termos de combustão.

O combustível não queimado contribui para as perdas numa caldeira. Para o gás e

fuelóleo, deve ser zero, e pode ser verificado fazendo-se testes de detecção de

monóxido de carbono e fumo preto respectivamente. Quando o combustível é o carvão

há sempre uma proporção de cinza e areia não combustíveis que deve ser tida em

conta. As perdas de radiação de uma caldeira de altas temperaturas moderna e bem

isolada são pequenas entre 2-3%. Todas as caldeiras são mais eficientes se

trabalharem a altas temperaturas. A meia carga, as perdas de radiação aumentam

para os 6% e, se trabalham só a um quarto de carga, aumentam para os 12%. Por

conseguinte, é importante medir correctamente uma caldeira e fazê-la funcionar à

temperatura máxima sempre que for possível. A purga, ou a descarga regular da água

da caldeira para um vaso de expansão, é utilizada para reduzir o conteúdo total de

sólidos dissolvidos (SDT) da água da caldeira. Para as caldeiras de tubos de fumo, o

SDT máximo aceitável é de 3500 ppm.

Melhorar a Eficiência de Combustão das Caldeiras

Fazer funcionar a caldeira com uma quantidade óptima de excesso de ar minimizará a

perda de calor ao longo da chaminé e melhorará a eficiência de combustão. A

eficiência de combustão é indicativa da eficiência da transferência de calor. A

temperatura da chaminé e as concentrações de oxigénio (ou dióxido de carbono) nos

gases de combustão são os principais indicadores da eficiência de combustão.

Teoricamente, numa mistura completa, é necessário que haja uma quantidade precisa

de ar para reagir totalmente com uma dada quantidade de combustível. Na prática, as

condições de combustão nunca são ideais; deve ser fornecida uma quantidade

adicional ou “excesso” de ar para queimar totalmente o combustível.

A quantidade correcta de excesso de ar é determinada a partir da análise do oxigénio

nos gases de combustão ou a partir das concentrações de dióxido de carbono. O

excesso de ar em quantidades inadequadas resulta em combustíveis não queimados

(combustível, fuligem, fumo e monóxido de carbono), enquanto que demasiado

excesso de ar resulta na perda de calor devido ao aumento do caudal dos gases de




combustão diminuindo assim a eficiência global da caldeira combustível/vapor. A

tabela seguinte relaciona leituras dos gases de combustão com o desempenho da

caldeira.

Excesso % Eficiência de Combustão

Ar Oxigénio

Diferencial da temperatura dos gases de combustão e datemperatura do ar de combustão, em ºC

93 149 204 260 316

9,5 2,0 85,4 83,1 80,8 78,4 76,015,0 3,0 85,2 82,8 80,4 77,9 75,428,1 5,0 84,7 82,1 79,5 76,7 74,044,9 7,0 84,1 81,2 78,2 75,2 72,181,6 10,0 82,8 79,3 75,6 71,9 68,2

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

de energia de vapor.


http://www.cbboilers.com/energy




Isolamento

O isolamento das tubagens de vapor e condensado é essencial para impedir perdas

excessivas, mas é surpreendente como muitas instalações fabris ainda têm as suas

tubagens só parcialmente isoladas, válvulas e flanges não isoladas ou sistemas de

reintrodução de condensado sem qualquer tipo de isolamento. O custo financeiro do

isolamento das tubagens pode normalmente ser recuperado em seis meses, ou em

cerca de dez meses para tubagens de condensado de baixas temperaturas. Por

conseguinte, é uma das formas mais eficazes em termos de custos de reduzir o

desperdício de energia.

Diâmetro dastubagens de

distribuição(cm)

Perda de Calor por cada 30,5 m de Tubagem de Vapor Não Isolada(GJ/ano)

Pressão do Vapor (bar)1 10 20 40

2,54 148 301 395 5225,08 248 506 665 88610,16 438 897 1182 158320,32 781 1625 2142 287530,48 1113 2321 3070 4136

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.

Diâmetro doOrifício do

Purgador (cm)

Perda de Vapor (kg/h)

Pressão do Vapor (bar)

1 7 10 20

0,08 0,38 1,49 2,17 -0,16 1,54 5,98 8,56 16,40,32 6,21 23,92 34,34 65,690,48 13,91 53,92 77,03 147,710,64 24,78 95,60 137,29 262,340,95 55,73 215,22 309,01 590,39

Tabela 7 – Níveis de escoamento dos purgadores de condensado com Fugas (Fonte:www.cbboilers.com/energy

)










Condensado de Alta Pressão para voltar a Gerar Vapor de Baixa Pressão

As exigências do processo de vapor de baixa pressão são normalmente satisfeitas

suprimindo o vapor de alta pressão, mas uma parte das exigências do processo

podem ser alcançadas a baixo custo reevaporando o condensado de alta pressão. A

reevaporação é especialmente atractiva quando não é economicamente viável

reintroduzir o condensado de alta pressão na caldeira. Na tabela seguinte, a

quantidade de vapor obtida por quilograma de condensado reevaporado é

apresentada em função tanto da pressão do condensado como da pressão do vapor.

Condensado dealta pressão

(bar)

Percentagem de Condensado Reevaporado, kg vapor / kg condensado

Vapor de baixa pressão (bar)

3,5 2 1 0,35

14 10,4 12,8 15,2 17,3

10 7,8 10,3 12,7 14,97 4,6 7,1 9,6 11,85 2,5 5,1 7,6 9,9

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.







Registo Automático dos Gases de Combustão

Se uma caldeira funcionar intermitentemente, então a perda de calor causada pelo

“efeito chaminé”, ao sugar ar frio através da caldeira, pode ser significativa. Isto é

especialmente verdade quando um certo número de caldeiras se encontram ligadas a

uma só conduta de gases de combustão e funcionam em cascata. A solução é instalar

válvulas nas saídas dos gases de combustão da caldeira. Hoje em dia, as válvulas de

fecho automáticas estão amplamente disponíveis. Quando os queimadores têm

ventiladores de ar forçado, existe uma solução mais económica, que consiste em

fechar automaticamente as válvulas de admissão de ar de combustão, sempre que a

chama desligar.

Sistemas de Pré-aquecimento

Na teoria, é possível pré-aquecer o combustível, a água de alimentação e o ar de

combustão antes de entrarem para a caldeira. Contudo, só se costuma aquecer a

água de alimentação e o ar de combustão. Os sistemas de pré-aquecimento do

combustível só são utilizados para combustíveis mais pesados, onde tanto o

armazenamento do combustível como a entrega do combustível à caldeira requerem

temperaturas mais elevadas do que a temperatura ambiente para manter níveis

aceitáveis de viscosidade do combustível.

De modo a melhorar a eficiência térmica em 1%, a temperatura do ar de combustão

deve ser aumentada em 20oC. A maioria dos queimadores de gás e fuelóleo utilizados

nas caldeiras não foram concebidos para suportar temperaturas elevadas de ar pré-

aquecido e, habitualmente, só conseguem tolerar aumentos de temperatura da ordem

dos 50oC.

O pré-aquecimento do ar de combustão é habitualmente conseguido através das

seguintes fontes: recuperando calor dos gases de combustão utilizando o ar de

temperatura mais elevada da parte de cima da casa das caldeiras; ou tirando o ar que

se encontra por cima ou ao longo do isolamento da caldeira, conseguindo desta forma

recuperar parte das perdas dos tubos de fumo.

A temperatura dos gases de combustão à saída de uma caldeira moderna encontra-

se, geralmente, entre os 180oC e os 250ºC. A temperatura de saída dos gases de

combustão tem sido tradicionalmente mantida num mínimo de 180 oC, para evitar

problemas de corrosão nos pontos de condensação, uma vez que todos os

combustíveis, incluindo o gás natural, contêm algum enxofre.

Os queimadores modernos podem suportar níveis de pré-aquecimento do ar de

combustão muito mais elevados. Por conseguinte, é possível ponderar a inclusão de




um permutador de calor na saída de gases de combustão como alternativa a um

economizador.

Figura 5 - Aumento da eficiência versus ar pré-aquecido (Fonte: Horizontal Technologies (Workbook 2) –Thermie B)

Legenda da figura 5 – % efficiency improvement – % de melhoria da eficiência; increased air temperature (ºC) – aumento da temperatura do ar (ºC)

Os economizadores já são utilizados há muito tempo, tanto nas caldeiras de tubos de

fumo como nas de tubos de água. Os economizadores são habitualmente construídos

em aço. Contudo, também se utiliza ferro fundido, uma vez que é mais resistente à

corrosão ácida, que é inevitável durante o arranque e paragem. De modo a aumentar

a eficiência térmica global, o calor recuperado é utilizado para aumentar a temperatura

da água de alimentação. Em geral, por cada aumento de 1oC na temperatura da água

de alimentação, há aproximadamente uma queda de 4oC na temperatura dos gases de

combustão; desde que os níveis de caudal mássicos para as duas correntes sejam os

mesmos.

O potencial em termos de poupança de energia dependerá do tipo de caldeira

instalada e do combustível utilizado, com eficiências térmicas da ordem dos 3 a 5%.

Co-geração

Numa fábrica, a co-geração só deve ser utilizada quando existem exigências paralelas

consideráveis de calor e energia eléctrica. Só neste caso é que um sistema de co-

geração faz sentido. Contudo, a implementação de uma co-geração deverá sempre

ser decidida com base numa avaliação técnico-económica rigorosa, onde os preços do

combustível e da energia eléctrica sejam factores determinantes. Uma vez que estes

parâmetros variam muito e flutuam com o tempo, as directrizes para esta avaliação

não são fornecidas neste documento.




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




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




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.




Tecnologias da Energia Solar

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




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




chaminés. O teor de enxofre do combustível pode variar entre um mínimo de 0,01% e

um máximo de 3,5%. Durante a combustão, parte do enxofre acumula-se na cinza,

mas a maior parte é escoado para a atmosfera juntamente com os gases de

combustão. Se as emissões de SO2 não forem controladas e ultrapassarem os limites

estabelecidos, pode ser necessário mudar para um combustível com baixo teor de

enxofre ou instalar filtros de SO2 para cumprir os limites de emissões aplicáveis.

Do ponto de vista das emissões, o gás natural é uma excelente escolha em termos de

combustível. Embora o gás natural oriundo de algumas fontes contenha gases não

combustíveis, tais como nitrogénio e o dióxido de carbono, não tem praticamente

resíduos sólidos. A chama azul que se vê quando se acende o gás natural é um sinal

de combustão perfeita. Por não conter cinza e se misturar facilmente com o ar, a

combustão é habitualmente total. O único problema significativo que advém da

utilização de gás natural enquanto combustível para caldeiras está relacionado com a

sua composição química. O gás natural contém uma percentagem relativamente

elevada de hidrogénio (mais de 20% do peso) comparado com outros combustíveis

fósseis, tal como o petróleo e o carvão. Durante a combustão, o hidrogénio do gás

natural combina-se com o oxigénio para formar vapor de água. A formação de

quantidades relativamente grandes de vapor de água traduz-se em baixa eficiência da

caldeira. Tal como o gás natural, podem ser utilizados outros tipos de gases como

combustíveis para as caldeiras, mas os seus custos de processamento tornam-nos

geralmente demasiado dispendiosos para a maioria das aplicações de larga escala,

por exemplo, o gás de petróleo liquefeito (GPL), incluindo propano e butano.

A biomassa é uma fonte de energia obtida da matéria orgânica. A biomassa é criada a

partir da madeira, dos lixos agrícolas e outros materiais que contenham células vivas,

ou a partir de algas, excrementos e outras substâncias orgânicas. Os vários negócios

e indústrias utilizam a biomassa para diversos fins, incluindo aquecimento de áreas,

aquecimento de água e geração de electricidade. Muitas instalações industriais, tais

como as serrações, produzem obviamente lixo orgânico.

Os resíduos agrícolas e florestais, e em particular os resíduos das fábricas de papel,

são os recursos de biomassa mais comuns e são utilizados para gerar electricidade,

para processar industrialmente calor e vapor e para uma variedade de bio-produtos. O

sector industrial produz electricidade e energia térmica a partir da biomassa,

principalmente através de instalações de calor e energia eléctrica combinadas nas

indústrias de papel, químicos e processamento alimentar. As centrais eléctricas que

geram electricidade produzem calor e vapor utilizável a partir da tecnologia de calor e

energia eléctrica combinada. Utilizar este calor e vapor pode melhorar a eficiência

energética em mais de 35%.




Conservação de Energia Eléctrica

Motores e BombasMotores

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.




Os motores eléctricos são muitas vezes

sobredimensionados para a carga real

a que têm de funcionar. Nos motores, a

eficiência máxima é obtida entre os60% e os 100% de capacidade total.

Abaixo dos 40% da capacidade total,

um motor eléctrico não funciona em

condições óptimas e a eficiência cai

muito rapidamente.

Figura 7 – Retorno do investimento




Sobredimensionar demasiado um motor:

• 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




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%




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.




De modo a obter uma bombagem

eficiente, a escolha da bomba tem de

ser rigorosa em função do sistema e

tem de funcionar o mais próximo

possível do Ponto de Maior Eficiência,

tal como está indicado na figura.

Legenda da figura: head - perdas; Power-

potência; efficiency - eficiência; flow - caudal;peak efficiency flow – caudal mais eficiente;design duty; curva do projecto; NPSHR - NPSH

Estima-se que 75% dos sistemas de bombagem estão sobredimensionados, muitos

em mais de 20%

Ao escolher uma bomba, sobredimensioná-la tendo em conta o futuro não é uma

solução em termos de custos muito eficaz, uma vez que origina:

• Desperdício de energia (até 20%);

•

Aumento da manutenção por funcionar longe do Ponto de Maior Eficiência;• O custo financeiro é maior.

Quando já estão instaladas bombas sobredimensionadas, deve fazer-se uma

avaliação correcta das substituições a fazer no sistema. Pode ser necessário colocar

bombas novas; contudo, os arrancadores suaves e bombas com variadores de

velocidade variável podem ser uma alternativa. O desempenho e a eficiência da

bomba deterioram-se ao longo do tempo. Desobstruir passagens internas reduzirá o

desperdício de energia e aumentará o tempo de vida da bomba.

O lay-out das tubagens determina o desempenho da bomba. Ao evitar as curvas e as

válvulas em T, etc., as perdas por atrito serão reduzidas e consequentemente reduzir-

se-á a energia absorvida. Esta perda é proporcional ao quadrado do caudal. Ao

aumentar o diâmetro da tubagem, reduzirá automaticamente a energia necessária

para bombear o fluido ao longo do sistema.

A aplicação de um bomba pode necessitar de vários pontos obrigatórios, dos quais o

caudal e/ou perdas determinaram o nível de funcionamento da bomba. A existência de

um sistema de controlo/regulação é muito importante num sistema de bombagem,




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




Poupança Energética Potencial

• 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




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




desempenho regulam a pressão dentro de intervalos ainda mais pequenos. Num típico

sistema industrial, onde a maioria das ferramentas requerem ar a 6 bar, e contando

com uma descida de pressão de 1/2 bar no sistema de distribuição, traduz-se num

intervalo de controlo de 6,5 bar a 6,8 ou 7,0 bar.

Recuperação de calor: Só aproximadamente 5% da energia fornecida a um

compressor através de um eixo é necessária para o aumento efectivo da pressão.

Pode conseguir-se uma poupança energética significativa com a utilização de um

sistema optimizado de recuperação de calor. O calor está, maioritariamente, disponível

de 50º a 60°C para dispositivos arrefecidos a ar e até 90°C para dispositivos

arrefecidos a água. Este sistema pode ser utilizado em processos de secagem, no pré-

aquecimento do ar para combustão, no pré-aquecimento de água, no aquecimento de

ar para armazéns e áreas produtivas, etc.

Cargas variáveis: A regulação para carga/sem carga ou para para/arranca despende

dinheiro. Um compressor sem carga consome tipicamente 40% da energia eléctrica na

carga máxima. Os ciclos para/arranca frequentes desgastam os componentes

mecânicos. Algumas soluções para satisfazer necessidades variáveis de ar

comprimido incluem:

• Aparelhos mecânicos (dependendo do tipo de compressor e de fabricante) que

reduzem o consumo energético de cargas parciais;

• Em muitas centrais com compressores, podem juntar-se controlos “inteligentes”às máquinas de diferentes tamanhos para reduzir a ocorrência de ciclos;

• Controlos electrónicos para ajustar a velocidade e a saída do ar.

Ajustar o funcionamento da central: uma queda de pressão de 0,5 bar devido a filtros

entupidos aumenta o consumo energético em 7%. Mudar regularmente os filtros, com

a ajuda de equipamento de detecção automática de quedas de pressão, pode poupar

dinheiro. Para além disso, a filtragem excessiva, ou seja, a filtragem que ultrapassa as

necessidades, provoca maiores quedas de pressão e entupimento mais rápido dos

filtros.

Substituição de um dos principais componentes da central (compressor, secador). Há

uma ampla escolha de tipos de compressor e de fabricantes. Para dispositivos com

ciclos de alto rendimento (talvez acima das 3000 horas por ano), os compressores de

2 estágios (ou andares) são 15% mais eficientes. Se as exigências de ar comprimido

variam consideravelmente, escolha um tipo de compressor optimizado para

funcionamento com cargas variáveis. O ar deve ser filtrado e seco até ao nível exigido

pelo processo produtivo e condições climáticas. Certificar-se que a actual central

satisfaz este critério antes de substituir parte da central de ar condicionado. Ter




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




poucos aparelhos, em alternativa, considerar compressores com

intensificadores locais.

• Rede de distribuição. Escolher uma topologia principal em anel, que reduz a

queda na distribuição de pressão. Dimensionar o sistema de distribuição de

forma a limitar a queda de pressão para 0,5 bar.

• Ar condicionado. O ar deve ser filtrado e seco aos níveis exigidos pelo

processo produtivo e condições climáticas.

• Escolha de compressor. Existe uma ampla escolha de compressores. Para

dispositivos com ciclos de rendimento elevados (talvez acima das 3000 horas

por ano), os compressores de 2 estágios (ou andares) são 15% mais

eficientes. Se as necessidades de ar comprimido variarem consideravelmente,

escolher um tipo de compressor optimizado para o funcionamento a cargas

variáveis.• Recuperação de calor. Se a área produtiva utilizar calor a uma temperatura não

muito alta, poder-se-á recuperar o calor pelo compressor. Todas as opções

devem ser avaliadas tendo como base o ciclo de vida.

Anotar as especificações do sistema. Sempre que for pertinente, incluir as

especificações sobre o consumo de energia. Deve tomar-se especial atenção a:

• Pressão do sistema. Especificar os sistemas de controlo de elevado

desempenho, capazes de regular a pressão dentro de um intervalo de controlo

de não mais do que 0,5 bar.• Rede de distribuição. Especificar os componentes de elevado desempenho,

com e perdas de atrito reduzidas e não os aparelhos de escoamento de

condensado de perdas de ar. Incluir válvulas de fecho para isolar máquinas ou

zonas da rede não utilizadas. Especificar ligações de bloqueio rápido e

mangueiras flexíveis de alta qualidade.

• Ar condicionado. Atenção ao tipo de secador de ar, dado que o seu consumo

energético é muito variável.

•

Medição. Considerar a inclusão de equipamento de medição (consumo deelectricidade, caudal de ar, incluindo aparelhos de registo) de modo a que

possa ser capaz de detectar a eficiência energética da central.

Comprar e Construir o Sistema

Supervisionar a instalação. Certificar-se que os procedimentos de adjudicação e

compra entram em linha de conta com o custo energético, por exemplo, através de

procedimentos vinculados ao ciclo de vida. Se a central for construída por pessoal

interno, recorrer aos serviços de um consultor qualificado para supervisionar a




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;




• 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




isto um ciclo economizador. Muitos sistemas não têm um ciclo economizador e não

tiram partido do seu potencial em termos de poupança. Um ciclo economizador

eliminará ou reduzirá o arrefecimento mecânico quando o ar exterior é mais fresco do

que o ar reintroduzido. Quando o ar exterior é mais quente do que as condições do ar

reintroduzido, só é utilizada a quantidade mínima de ar exterior exigida em termos de

ar fresco.

Minimizar a Quantidade de Ar de Compensação e de Ar Extraído

A quantidade de ar de compensação depende da maior necessidade decorrente do

seguinte:

• Ventilação para pessoas;

• Satisfação de ar extraído;

• Ultrapassar as infiltrações.

Em muitas centrais, a soma dos itens n.º 2 e 3 dita a quantidade de ar de

compensação necessária. Quando é este o caso, a quantidade de ar que é extraído

deve ser revista para determinar se é excessiva. Minimizar infiltrações requer que

todas as aberturas entre os espaços condicionados e não condicionados estejam

fechadas e que as portas e janelas não tenham frestas. Também no caso de fugas

excessivas na válvula, o resultado pode corresponder a uma quantidade excessiva de

ar de compensação.

Minimizar a Quantidade de Ar Libertada para um Espaço Condicionado

A quantidade de ar libertada para um espaço condicionado é determinada por um ou

mais dos itens seguintes:

• Carga de aquecimento e/ou arrefecimento;

• Temperatura a que o ar é libertado;

• Requisitos de ventilação (expulsão-pessoas-infiltração);

• Circulação de ar (mudanças de ar).

O projecto das centrais de ar condicionado, tanto dos modelos direccionados para o

conforto como para muitos dos modelos industriais, deve ter-se em conta, para uma

boa circulação de ar, uma renovação de ar a cada 5 a 10 minutos na quantidade de ar

fornecido. O projecto de muitas centrais está feito para que se realize uma renovação

a cada 6 a 7 minutos. Reduzir o caudal de ar reduzirá a potência do ventilador. O

método utilizado para reduzir o caudal de ar da central tem uma grande influência na

quantidade de energia que se poupa. Existem três métodos que normalmente são




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:




• Os aquecedores e os outros equipamentos da fábrica que dependem da

corrente de ar natural não conseguem funcionar adequadamente quando há

pressão negativa e a sua eficiência em termos de combustão desce;

• Correntes de ar de cima para baixo podem provocar condensação e corrosão.

Também pode acontecer que os fumos exteriores sejam atraídos para dentroda fábrica, afectando a saúde e eficácia dos trabalhadores;

• Se não houver expulsão de ar adequada, a estagnação do ar cria

concentrações de fumos ou odores. Pode até haver condensação de ar morno

e húmido em cima dos produtos manufacturados ou em cima de equipamento

mecânico e eléctrico;

• Os trabalhadores que se encontrem no perímetro do edifício podem estar

sujeitos a correntes de ar à medida que o diferencial de pressão entre o interior

e o exterior atrai o ar frio para portas e janelas. Também podem criar-secorrentes de ar de cima para baixo à volta das chaminés de ventilação que

estão temporariamente inactivas. Aumentar o termóstato faz com que os

trabalhadores que se encontram no meio do edifício "assem" e não ajuda

quase nada aqueles que se encontram junto das paredes;

• Os ventiladores de extracção não conseguem trabalhar à capacidade

estipulada sob pressão negativa, o que faz aumentar o pó, a sujidade e os

agentes contaminantes dentro da fábrica. Os custos com manutenção, limpeza

e funcionamento aumentam e o equipamento desgasta-se muito mais

rapidamente. Se se adicionar novos ventiladores de extracção sem que hajauma capacidade de ar de compensação equivalente, a eficiência do

equipamento é afectada;

• Os caudais de ar extraído são normalmente estabelecidos para as condições

de Inverno mais exigentes, altura em que podem existir pressões negativas.

Consequentemente, não havendo um ajuste no sistema de extracção durante a

estação do ano em que não é necessário aquecimento e em que a pressão do

edifício está equilibrada com o ar exterior, a taxa de extracção será mais

elevada. Nos casos em que não se faz aquecimento para fins de processo,

haver uma taxa de extracção elevada no Verão não constitui um problema.Contudo, quando se faz aquecimento para fins de processo, essa mesma taxa

de extracção elevada aumentará a perda de calor.

Perdas

Nos edifícios, as perdas de ar são inevitáveis. O ar que foi aquecido vai-se escapando

lentamente por frestas à volta das janelas, portas e condutas. É um fenómeno que tem

de ser encarado. Por outro lado, a eliminação de fugas de ar seria não só

proibitivamente dispendiosa, mas poderia também provocar uma situação de

desequilíbrio em termos de condensação e/ou pressão face ao exterior.




Extracção de Ar de Altas Temperaturas

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:




• As taxas de extracção podem ter sido estabelecidas com uma grande margem

de segurança quando os custos energéticos não eram um factor significativo;

• A taxa de extracção pode ter sido aumentada numa dada altura para resolver

algum problema temporário que já não existe;

• As taxas podem ser estabelecidas para satisfazer as necessidades mais

extremas, que podem ser excessivas face ao funcionamento normal.

No primeiro caso, pode ser suficiente fazer-se um simples ajuste nas definições da

válvula de forma a reduzir o caudal. Quando as cargas de produção flutuam, sempre

que for praticável as definições da válvula podem ser alteradas em relação à carga.

Melhorar a Estrutura das Chaminés

Frequentemente, uma das formas mais fácil e directa de reduzir o volume de ar

extraído é ter uma chaminé com uma estrutura adequada. Em muitos casos, pode ser

fornecida ventilação igualmente eficiente com menos extracção de ar melhorando a

estrutura/projecto das chaminés de extracção. O resultado é uma redução no consumo

energético dos ventiladores e uma redução na perda de calor. Em geral, as estruturas

das chaminés mais eficazes são aquelas que envolvem totalmente a fonte emissora e

que têm uma quantidade mínima de aberturas para a área circundante. A seguir

apresentam-se algumas directrizes para uma estrutura óptima da chaminé.

Cobertura

Quanto mais completa for a cobertura, menos ar extraído é necessário. As chaminés

de extracção estão geralmente localizadas a uma distância considerável da superfície

de um tanque. Consequentemente, o ar ambiente é extraído juntamente com os

fumos. As taxas de extracção também aumentam se o controlo for perturbado por

correntes de ar cruzadas na área. Os passos seguintes podem ajudar a conseguir uma

cobertura mais completa. Estender a chaminé verticalmente num ou mais lados. Esta

abordagem pode ser feita em sítios onde o acesso não seja necessário de todos os

lados. Colocar um pano ou fitas de plástico à frente, de modo a permitir o acessosempre que necessário sem que haja interferências desnecessárias no

funcionamento.

Distância da Fonte

Se cobrir a fonte com painéis paralelos não for prático, a chaminé deve estar o mais

próximo possível da fonte e moldada de forma a controlar a área de contaminação. O

volume requerido varia em função da esquadria da distância da fonte.




Adicionar Frisos

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.




A utilização efectiva de luz deve sempre assegurar a criação de condições de trabalho

seguras e eficientes, através da escolha correcta de lâmpadas, fontes de luz e

esquema de distribuição, juntamente com a aplicação de controlos adequados para

assegurar que os custos iniciais e futuros são mantidos em níveis mínimos. Para além

disso, as soluções de iluminação devem ser compatíveis com as leis e regulamentos

de construção.

Controlar a Iluminação

Os sistemas de controlo são uma parte importante de qualquer instalação de

iluminação. Podem tomar muitas formas, variando desde o simples interruptor de

parede aos sofisticados sistemas de gestão de edifícios controlados por

microprocessadores. Seja qual for o método utilizado, o objectivo é assegurar que a

iluminação só está a funcionar quando é necessário e que, quando ligada, esteja afuncionar segundo as exigências.

Os sistemas de controlo variam a luz fornecida à instalação, seja ligando/desligando

as lâmpadas, seja controlando a sua intensidade, reduzindo assim o consumo de

energia. Um objectivo essencial do controlo da iluminação é encorajar ao máximo a

utilização da luz natural sempre que esta esteja disponível e evitar a utilização

desnecessária de iluminação eléctrica durante os períodos em que há luz natural

suficiente.

Os quatro métodos básicos para controlar a iluminação são:

• Controle por tempo

• Controle de luminosidade

• Controle por ocupação

• Interruptores localizados

Os aparelhos de controlo incluem interruptores manuais, transmissores e detectores

de infravermelhos, relógios, detectores de infravermelhos passivos e sensores de

luminosidade.




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.




Controlos baseados no Tempo

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




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.




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




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




problemas no sistema, incluindo correntes de ressonância prejudiciais para os

condensadores. Por esta razão, o assunto a seguir analisado será a distorção

harmónica e a sua redução.

Distorção Harmónica

Olhando para as formas curvilíneas da figura seguinte, podemos ver que cada uma

delas está próxima de ser uma curva seno perfeita e que a corrente é proporcional à

tensão (embora a corrente esteja atrasada em relação à tensão). Isto representa uma

carga linear e não contém qualquer tipo de distorção harmónica. Por definição, uma

curva seno perfeita não tem harmónica mas antes uma componente fundamental a

uma frequência. As formas curvilíneas da figura 9 são curvas seno à frequência de 60

Hz.

Figura 9 - Linha de entrada a 60Hz para tensão neutra (a vermelho) e corrente de entrada (a azul) na faseA de uma carga linear

Contudo, cargas não lineares, como as dos transformadores de corrente alternada

para corrente contínua, produzem formas curvilíneas distorcidas. A harmónica está

presente nas formas curvilíneas que não são curvas seno perfeitas devido a distorção

das cargas não lineares. Uma forma curvilínea distorcida pode ser representada como

uma série de curvas seno, sendo cada uma um número inteiro múltiplo da frequência

fundamental e cada uma com uma magnitude específica. Por exemplo, a 5ª harmónica

num sistema com forma curvilínea fundamental de 60 Hz teria uma frequência de 5

vezes 60 Hz, ou seja, 300 Hz. Estas formas curvilíneas de ordem superior são

chamadas “harmónicas”. A soma conjunta da frequência fundamental e de cada

harmónica é chamada uma série de Fourier . Esta série pode ser vista como uma

análise espectral, onde a frequência fundamental e cada componente harmónico estão

dispostos graficamente num gráfico de barras, tal como mostra a figura 10.




Figura 10 – Componentes harmónicos

Legenda da figura 10 – Harmonic componentes – componentes harmónicos; Fundamental - frequênciada harmónica fundamental

Para obter uma corrente total, cada componente é somado como um vector de 90º. Ou

seja, a corrente total é a raiz quadrada da soma dos quadrados de cada componente.

Deixando de lado as representações matemáticas, podemos dizer alguma coisa sobre

o conteúdo harmónico olhando simplesmente para as curvas. Quanto mais se

parecem com curvas seno, menor é o conteúdo harmónico. Se uma curva for uma

curva de quadrado perfeita, conterá todas as harmónicas de números ímpares até

infinito.

A harmónica de números pares pode ser detectada quando se verifica uma falta de

simetria com o eixo das abcissas. Se a parte de cima e de baixo da forma curvilínea

não parecerem idênticas, estamos perante uma harmónica par. Tradicionalmente, uma

ligação não dará origem a uma harmónica par. As fontes da maioria das harmónicas

pares são os fornos de arco voltaico, algumas luzes fluorescentes, soldadoras e todos

os aparelhos que se alimentem de corrente de forma aparentemente aleatória. Outro

aspecto digno de referência é o facto de cargas trifásicas equilibradas do tipo

transformador (tais como uma ligação de corrente alternada) não produzirem um

terceiro componente harmónico, nem produzirem qualquer tipo de componente

harmónico que tenha o número três como múltiplo (3º, 9º, 15º, 21º, etc.). Estes últimos

são conhecidos como harmónicas triplas e não estão presentes na maioria das

ligações de corrente alternada. Na figura acima, não existem harmónicas pares nem

triplas.

A 11ª harmónica, ou superior, é um ponto onde a magnitude diminui para um nível

muito baixo. Ficamos então com a 5ª e a 7ª ordem. Estas são as harmónicas

“problemáticas” das ligações de corrente alternada. Se conseguirmos reduzir estes

dois componentes harmónicos, faremos grandes progressos no sentido de ir ao

encontro de qualquer especificação harmónica para as ligações de corrente alternada.

Os valores da distorção harmónica são normalmente indicados pela “Distorção

Harmónica Total” ou DHT. A DHT define a distorção harmónica em termos da correntefundamental que a carga vai buscar:




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




queda de tensão I^2*R, ou o efeito carga nos transformadores e nas linhas eléctricas,

só ocorre nos picos. Uma combinação de impedância alta na fonte e de correntes

harmónicas podem provocar um efeito de “achatamento do topo da curva” na linha de

tensão. Uma fonte com impedância alta é conhecida como uma fonte “maleável”, uma

vez que a tensão pode ser facilmente distorcida; pelo contrário, uma fonte com

impedância baixa é conhecida como uma fonte “rígido”. Por exemplo, um gerador é

uma fonte “maleável” com tensão achatada no topo da curva. A linha de tensão

distorcida pode então introduzir correntes harmónicas noutras cargas lineares, tais

como motores. A corrente harmónica num motor não contribui para o movimento de

rotação do eixo, mas faz aumentar o calor e pode fazer aumentar a temperatura de

funcionamento de um motor.

Soluções

Uma das soluções mais simples para reduzir harmónicas é juntar um reactor no lado

de entrada da linha ou na ligação à corrente contínua. Este reactor ou indutor não

deixará que a corrente mude rapidamente. Força o condensador a carregar a um ritmo

mais baixo, indo buscar corrente durante um período de tempo mais longo. Incluir este

componente pode reduzir os níveis típicos de distorção de mais de 80% para menos

de 20%. A maioria dos fabricantes de motores inclui estes reactores em grandes

motores. O facto de se certificar de que todos os grandes motores (com 10 cavalos

(horsepower ) ou mais) têm um reactor pode ser uma grande ajuda para reduzir aharmónica numa dada instalação fabril.

Na maioria dos casos, para além da inclusão de um reactor, são necessárias técnicas

de abrandamento da harmónica. Se forem realmente precisas, existem muitas opções,

entre as quais: conversores de impulso 12 ou 18, filtros passivos, filtros activos e

entradas activas.

As Soluções de Impulso 12 e 18 têm por base dois ou três sistemas trifásicos, cada

um dos quais alimentando um díodo ou uma ligação de um SCR (rectificador

controlado de silício). A corrente contínua de saída é então combinada para alimentar

o condensador de corrente contínua. Há uma mudança de fase de 60 graus/n em cada

uma das secções de entrada trifásicas, onde n é o número de entradas trifásicas.

Assim, um sistema de impulso 18 que exija três entradas trifásicas separadas

apresentaria uma mudança de fase de 20º (60º /3). Este tipo de sistema é eficaz se

todas as entradas trifásicas tiverem tensão equilibrada. Também requer uma secção

rectificadora por cada entrada trifásica e um transformador especial para produzir as

múltiplas saídas secundárias em que houve mudança de fase.




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”.




Referências

1. Good Practice Guide 002 – Energy saving with motors and drives: Energy

Efficiency Enquiries Bureau (ETSU)

2. Good Practice Guide 168 – Cutting your energy costs – A guide for the textile

dyeing and finishing industry: Energy Efficiency Enquiries Bureau (ETSU)

3. Good Practice Guide 197 – Energy efficient heat distribution: Energy Efficiency

Enquiries Bureau (ETSU)

4. Lighting Guide 006 – The Lighting of Warehouses and Storage Areas: Action

Energy – Carbon Trust

5. Straight Talk About PWM AC Drive Harmonic Problems and Solutions:

Rockwell Automation Mequon WI

6. Promot Project: http://spinel.semafor.ch/promot

7. Motor Challenge Project: http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int/motorchallenge/

8. Efficient Textile Production – E Solutions : http://www.e-textile.org/

9. Esti – Energy Savings in textile Industry SAVE II – Final report

10. Boiler Efficiency Facts (www.cleaver-brooks.com)

11. C-B Packaged Boiller Systemes – Energy Tips (www.cbboilers.com/energy)

12. Improving Energy Performance – Thermie B, (Workbooks 2 & 3)13. Test Boiler Efficiency (www.energybooks.com/pdf/4453.pdf )

14. American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers,

Handbook of Fundamentals, 2005

15. Reay, D.A., Industrial Energy Conservation, Pergamon Press, 2001

16. Turner W., Energy Managers’ Handbook, The Fairmont Press, 2003

17. Modern Industrial Assessment, DOE, 2000

18. Victoria Best Practice Design, Technology and Management, 2002.19. KOENIG A.G., Energy and Ecology Enginnering (www.koenigag.ch)

20. Brueckner Textile Technologies (www.brueckner-tm.de)


http://spinel.semafor.ch/promot

http://energyefficiency.jrc.cec.eu.int/motorchallenge/


http://www.e-textile.org/

http://www.cleaver-brooks.com/


http://www.energybooks.com/pdf/4453.pdf



http://www.brueckner-tm.de/

http://spinel.semafor.ch/promot


http://www.e-textile.org/

http://www.cleaver-brooks.com/


http://www.energybooks.com/pdf/4453.pdf


http://www.brueckner-tm.de/

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