Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 146 – 2009

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Eficiência energética
Indústrias incorporam iniciativas de consumo eficiente. Mas é possível fazer mais – mesmo sem reduzir produção

Foi-se o tempo em que economia de energia era sinônimo de luz apagada. Depois de enfrentar inúmeras crises – do apagão de 2001 à escalada nos preços do petróleo – a indústria aprendeu que racionalizar a utilização da energia elétrica significa redução nas contas – e de quebra uma boa imagem ambiental. Muitas práticas já foram incorporadas à rotina das indústrias – mas é possível fazer mais. E o melhor: sem que seja necessário reduzir a atividade econômica. Preparado para consumir menos? Dê uma olhada à sua volta e veja as inúmeras possibilidades.

Os novos prédios da Universidade Petrobras e do Centro de Pesquisas da petroleira adotaram a arquitetura baseada no consumo mínimo de energia elétrica – com aproveitamento da luz natural e painéis fotovoltaicos nos telhados para captar energia solar. O edifício da Universidade Petrobras recebeu a certificação Leadership in Energy and Environmental Design dada pelo United States Green Building Council - USGBC. A economia no uso do ar condicionado é responsável por 50% a 60% da energia necessária em empreendimentos desse porte: vidros proporcionam isolamento térmico e um sistema de fachadas que dirigem o calor para o alto.

Mas grandes ganhos podem vir também de lugares menos prováveis – nas refinarias da Petrobras, um programa de otimização do balanço termelétrico conectado ao software Plant Information informa à operação a melhor configuração de acionamento entre turbinas e motores.

Nos seminários organizados pelos fornecedores de instrumentos e sistemas de automação, a bola da vez é: como fazer mais consumindo menos. “Esse assunto tomou uma magnitude maior. O recado do mercado é: melhorar a operação para que, mesmo produzindo quantidades menores, a rentabilidade esteja mantida”, explica o gerente de automação da ABB, Fausto Almeida.

Melhorar a utilização da energia nem sempre foi uma prioridade para as indústrias. Mas a alta nos custos tem obrigado as empresas a pensarem de forma diferente – e buscar caminhos para eliminar defeitos de operação, trocar equipamentos ou até mesmo modificar processos inteiros na busca por reduzir o impacto desses custos.

Muitas vezes, a “descoberta promissora” será na adoção de um simples software de controle de consumo, que permita gerenciar melhor a demanda, deslocar consumos, evitar os indesejáveis picos de demanda e ter uma carga mais uniforme ao longo do dia. Uma outra área com grande potencial para reduzir o consumo de energia é a utilização de inversores de frequência para controlar os motores elétricos. “Só para ter uma idéia, nos EUA, as fábricas gastam mais de US$ 3 bilhões por ano em eletricidade, e 63% é energia para alimentar motores”, pontua o gerente de produto de potência da Rockwell Automation, Raymond Schmitz.

Às vezes a solução está na modernização dos equipamentos elétricos – principalmente nas fábricas mais antigas, onde os ganhos são mais claros com a simples substituição por equipamentos de menor consumo. Em outros casos, é na forma como os arranjos produtivos estão projetados que residem os ganhos – e as melhores práticas de operação ou o dimensionamento correto trarão ganhos ao processo.

As empresas evitam cravar índices de ganhos sem analisar as especificidades de cada planta. “É necessário um estudo prévio com os dados da instalação para fazer uma análise de ganhos específicos”, pontua Fausto Almeida.

Quem não mede...

Sensores podem ajudar a tomar decisões sobre como utilizar equipamentos com mais eficiência. Dispositivos de partida, como soft starters, oferecem controle básico de motor, ao passo que inversores de frequência podem fornecer parâmetros para detectar, medir e gerar curvas de tendências do consumo de energia, para uma operação mais eficiente. Mas a automação será a residência de toda a estratégia. É lá nos sistemas de controle que serão monitorados os consumos e controladas as operações. Por isso, um ponto fundamental é ter uma linguagem universal integrando o sistema supervisório com o monitoramento da condição dos equipamentos elétricos. “É importante que o centro de operações consiga enxergar o consumo de energia e o funcionamento das máquinas”, lembra o engenheiro responsável pelos assuntos de eficiência energética da Schneider Electric, Marcelo Caiado, dando como exemplo o protocolo TCP IP – que se utiliza de uma Intranet industrial para integrar todos os sistemas.

Implantar inteligência no sistema elétrico não é uma coisa revolucionária, mas é o caminho mais claro para monitorar o consumo de energia. Os sistemas permitem monitorar as variações de carga no decorrer do dia – para saber quais são os momentos de maior demanda, e evitar que picos de consumo se traduzam em multas na conta. “Com um bom sistema de gerenciamento de energia, a empresa consegue monitorar o que está acontecendo, analisar os motivos e controlar – e até deslocar algumas cargas para momentos de menor consumo”, explica Raymond Schmitz.

Uma solução interessante fornecida pela Schneider Electric é o seu relé inteligente – que calcula o consumo de energia de cada motor em um centro de controle de motores. “Na forma tradicional, o controle de consumo de energia pega um grupo de motores. Com esse relé, caso um CCM apresente consumo alto, descobrimos em qual motor está o problema, e fazemos as ações corretivas”, explica Henrique Monferrari, consultor de soluções em automação da empresa.

Os maiores vilões são mesmos os motores elétricos que, pelos dados da Agência Nacional de Energia Elétrica, representam algo em torno de 55% da demanda industrial no Brasil – consumo esse que pode ser reduzido em até 80% com os acionamentos de velocidade variável – ou inversores de frequência. Mas, por conta do investimento – acionamentos custam de três a dez vezes o custo de um motor – pouco mais de 10% dos motores são controlados por acionamentos de velocidade variável.

O gerente da Rockwell Automation cita como exemplo o retorno financeiro de um motor de 25 hp que precise operar a 100% da velocidade nominal apenas durante ¼ do tempo – e a 80% da carga durante metade do tempo: o dinheiro gasto com o inversor é recuperado em seis meses.

Um estudo da Weg mostra que, com mais de 27 mil motores analisados em trabalhos de eficiência energética na indústria nacional, pode-se obter uma economia média de 8,27% no consumo de energia elétrica.

Também é possível melhorar o fator de potência e cortar o consumo para obter um melhor rendimento com a energia reativa – aquela que magnetiza o campo – e corrigir o fator de potência, de modo a evitar que picos de demanda se transformem em multa – já que o fator de potência muito baixo (próximo de zero) significa taxas extras cobradas pelas concessionárias de energia. “Os transdutores lêem os sinais elétricos e informam para os blocos de função. O sistema que faz o controle do fator de potência acionará os bancos de capacitores, até desligando a carga desses bancos”, descreve o gerente de vendas de automação da Phoenix Contact, Marcio Vaz.

Pode até ser que o tema “eficiência energética” não tenha ganhado a atenção das indústrias – ou mesmo custar mais do que o esperado, sem trazer o retorno previsto. Mas precisa ser colocada em prática – trata-se de uma questão de sobrevivência, para a empresa e para o planeta. (Flávio Bosco)

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Metodologia inédita medirá eficiência em plataformas da Petrobras
Dados do PI indicam a melhor configuração em refinarias

Os técnicos da Área de Engenharia de Produção da Petrobras estão implantando um projeto piloto na plataforma P-48 para medir a eficiência energética da unidade. Pela metodologia, as informações colhidas no Plant Information serão usadas como índices de eficiência em unidades de produção de petróleo – o teste servirá de base para um programa de acompanhamento da eficiência energética inédito no segmento de petróleo.

Nas refinarias da Petrobras, um programa de otimização do balanço termelétrico, conectado ao Plant Information, já permite obter informações sobre a configuração ótima do sistema, com foco geralmente no menor custo operacional. Como as refinarias têm alternativas de acionamento entre turbinas e motores, o sistema indica a melhor configuração para cada cenário técnico e econômico do parque.

As atividades relacionadas à extração do petróleo das profundezas da terra não têm essa temática da eficiência energética muito bem desenvolvida – não que os técnicos embarcados nas plataformas não se preocupem com a economia e o uso racional da energia. Mas os processos que transformam o petróleo em derivados já possuem indicadores mais consolidados para avaliar a eficiência energética em suas plantas. “No caso das unidades de produção, fazemos a chamada autofagia: comparamos o que a unidade de produção consome de energia elétrica, gás natural ou óleo combustível – transformado em barris de óleo equivalente – com o que ela produz”, explica o engenheiro de equipamentos da Petrobras, Marcus Vinicius Neves.

O problema é que esse índice não retrata, fielmente, o nível de eficiência de uma plataforma – não é raro encontrar unidades com processos de injeção de água, ou que extraem óleos pesados, e por isso demandam mais energia térmica do que as unidades que produzem óleo leve. Nessa metodologia desenvolvida pelos técnicos da Petrobras, essas diferenças já estão consideradas – por isso será possível comparar com mais congruência o consumo de energia das várias plataformas, e propor planos para as unidades que apresentarem índices abaixo da média, seja a substituição de equipamentos ou o redesenho de processos.

Através das informações que o Plant Information apanha no software supervisório, os índices de eficiência energética são conhecidos. “A monitoração remota está implantada em praticamente todas as unidades, usando o Plant Information. Estamos tirando vantagem de uma estrutura já existente para fazer o piloto de monitoração de eficiência energética”, explica o engenheiro Carlos Henrique Wildhagen Moura, consultor para a área de engenharia de E&P.

Essa metodologia já é utiliza nos novos projetos de desenvolvimento – na prancheta, os técnicos comparam as alternativas para decidir pela mais eficiente do ponto de vista energético. Processos que demandam menos energia térmica, por exemplo, dispensam ao mesmo tempo a compra de fornos e o consumo de gás natural ou óleo combustível.

Em plataformas, não obstante as restrições de espaço e peso, a dinâmica de extração e processamento – em que a produção de petróleo e gás chega a seu pico em curto espaço, para declinar gradativamente ao longo da vida útil da unidade acompanhada por um aumento também gradual da produção de água – exigem uma tecnologia com flexibilidade totalmente diferente de um sistema adotado em uma refinaria. “Outro aspecto desafiador é a questão da segurança: implantar um ciclo combinado em uma unidade marítima, que seria o primor de eficiência, traz um risco e uma dificuldade operacional maior”, ressalta Marcus Vinicius.

Refino

Uma refinaria é um sistema todo interligado, com demandas de trabalho – acionamentos – aquecimento e de processo em vários níveis de pressão e temperatura – constituindo-se em uma demanda energética naturalmente atendida por processos de cogeração. Os processos estão baseados exclusivamente em ciclo Rankine, com geração de vapor em caldeiras convencionais e extrações em turbo-geradores a vapor – que são os mais antigos – ou também os novos sistemas baseados em óleo combustível e coque de petróleo, como também em ciclo combinado – que são os novos sistemas baseados em turbo-geradores a gás, caldeiras recuperadoras de calor e turbo-geradores a vapor, onde há disponibilidade de gás natural.

Essa cogeração é automatizada em nível local – e otimizada globalmente. Nos equipamentos, há controle automatizado da combustão dos geradores a vapor e turbinas a gás, com foco na segurança e no desempenho energético e ambiental. Também são controlados localmente a rotação e a geração de energia elétrica nas turbinas a vapor, a pressão dos coletores de vapor de alta, média e baixa pressão – onde se situam os consumidores de acionamento (turbinas), de aquecimento (trocadores de calor, “tracers” e serpentinas) e de processo (vácuo e retificação) – e o aproveitamento de condensado, buscando minimização da captação de água de reposição. Em nível global, está o programa de otimização do balanço termelétrico.

A gestão energética do parque de refino da Petrobras é baseada no Índice de Intensidade Energética – IIE, calculado pela consultoria Solomon Associates, especializada em benchmarks para indicadores de desempenho de refinarias. Este indicador é calculado pela relação entre o consumo medido da refinaria e o consumo padrão.

Os esforços internos de gestão podem ser resumidos nos planos de medição para gestão estratificada do IIE em cada refinaria, pelo estabelecimento de meta anual do índice para cada refinaria – e de metas específicas de desempenho energético para os equipamentos críticos – definição de um plano padrão de redução de custos e consumo com energia para cada refinaria, e análise crítica dos resultados.

A empresa vem observando uma redução “assintótica” do IIE calculado para as refinarias – que indica uma boa evolução do desempenho energético do parque, considerando que o processo de refino cada vez mais energo-intensivo.

 
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