Dicas

O PROCEL INDÚSTRIA focaliza suas atividades em sistemas motrizes, uma vez que este uso-final é responsável por cerca de 50% do consumo de energia elétrica no setor industrial. Sistemas motrizes compreendem, predominantemente, acionamento eletro-eletrônico, motor elétrico, acoplamento motor-carga, cargas mecânicas acionadas (bombas, compressores, ventiladores, exaustores e correias transportadoras) e instalações fluido-mecânicas (transporte e consumo dos fluidos). Abordar o sistema motriz como um todo se justifica uma vez que o motor elétrico é um transdutor de energia com alta eficiência ao converter a energia elétrica em mecânica. Sendo assim, há grandes potenciais de conservação de energia a partir da ponta do eixo do motor, não fazendo sentido, portanto, diagnósticos energéticos focados somente em substituição de motores elétricos.

A seguir várias dicas para diminuição das perdas nos diversos componentes dos sistemas motrizes. Adicionalmente, serão apresentadas, também, orientações sobre elaboração de diagnósticos energéticos.

1 - INVERSOR DE FREQÜÊNCIA

- As cargas centrífugas, quer sejam bombas, ventiladores, exaustores ou compressores, são as melhores candidatas para aplicação de inversores de freqüência, uma vez que, numa análise simplificada, têm a potência requerida diretamente proporcional ao cubo da velocidade.

- Aplicações envolvendo bombas, ventiladores, exaustores, insufladores etc. freqüentemente utilizam válvulas de estrangulamento para controle de vazão. O controle de vazão dessa forma é ineficiente, sendo análogo a se controlar a corrente em um circuito elétrico através de resistores. É recomendável, dessa forma, verificar a viabilidade técnica e econômica de se utilizar inversores de freqüência nessas aplicações. Com a instalação do acionamento eletrônico as válvulas devem ser bloqueadas na posição aberta e o seu sinal de controle deve ser direcionado para o inversor de freqüência;

- Benefícios adicionais decorrentes da utilização do inversor são: eliminação da válvula (manutenção), eliminação de golpes de aríete, redução da corrente de partida do motor, diminuição do ruído, além de melhora no fator de potência;

- O Compressor alternativo ou de pistão é muito utilizado nas indústrias devido à sua alta capacidade de armazenamento e de pressão, baixo custo e alto rendimento. Porém, estes compressores apresentam baixa confiabilidade e alto custo de manutenção. Recomenda-se, então, verificar a viabilidade de substituí-lo por compressor centrífugo de alta velocidade controlado por inversor de freqüência. Essa alternativa dispensa, ainda, o uso de engrenagens, simplificando a instalação e evitando problemas de alinhamento;

- Além das aplicações apresentadas anteriormente, inversores de freqüência apresentam excelentes resultados quando aplicados aos processos industriais. Neste caso, além da redução do consumo de energia elétrica obtêm-se ganhos no controle do processo e na qualidade, além de maior flexibilização, facilitando a produção;

- É importante não esquecer que, se por um lado, os inversores de freqüência trazem grande economia e flexibilidade no controle dos motores elétricos, por outro, como modificam as formas de onda de tensão e corrente, são introduzidos harmônicos no sistema elétrico. Esses harmônicos podem provocar: maiores perdas por aquecimento nos equipamentos, torques oscilatórios, ressonâncias elétricas com conseqüentes sobre-tensões ou sobre-correntes, interferências eletromagnéticas, além de picos, corte ou flutuações de tensão na rede elétrica;

2 - MOTOR ELÉTRICO

- Conforme já mencionado, é de suma importância ter em mente que o motor elétrico é um elemento que transforma a energia da forma elétrica para a forma mecânica, ou seja, ele é simplesmente um elemento de transferência entre a rede elétrica e o sistema mecânico acionado. Equivocadamente é atribuída aos motores elétricos a expressão grande “consumidor” de energia. Na verdade isso não acontece, pois a energia que seria “consumida” está sendo, na verdade, transferida de forma mecânica para a carga que está sendo acionada. De fato, como qualquer outro conversor de energia, o motor consome uma parcela de energia relativa às suas perdas internas, mas esse valor corresponde a uma quantidade bem reduzida da quantidade de energia que é convertida da forma elétrica para mecânica. Por exemplo, um motor que solicita da rede de alimentação 100 kW de potência elétrica e transforma 94 kW para potência mecânica, ele está consumindo na realidade, somente 6 kW;

- É muito comum encontrar motores elétricos superdimensionados, o que normalmente faz com que o rendimento e o fator de potência do mesmo apresente valores reduzidos, o que não é recomendável. De modo a evitar superdimensionamento ao se especificar um motor, é importante conhecer as características da carga, da rede de alimentação e ambientais, conhecer métodos para dimensionamento adequado, não exagerar na aplicação de sucessivos fatores de segurança, estar ciente da possibilidade de especificar motor com fator de serviço maior que 1,0. Uma prática comum em muitas indústrias é substituir motor que apresenta defeito por máquina de maior potência disponível no almoxarifado;

- Recomenda-se que a avaliação do carregamento do motor elétrico e conseqüente análise para substituição do mesmo seja feita depois de eliminados os desperdícios nos demais componentes do sistema motriz. É possível que com a eliminação das perdas nos diversos componentes do sistema motriz, o rendimento atinja níveis ruins (em geral, isso ocorre para carregamento abaixo de 60%), pois o motor passa a operar na região de superdimensionamento, já que a carga solicita uma potência menor. Comportamento análogo ocorre em relação ao fator de potência. Seguindo essa orientação, poderá ser recomendada substituição do motor por outro de menor potência, tornando mais atrativa economicamente a proposta comparada à substituição recomendada sem avaliação do sistema motriz como um todo;

- Caso a carga do motor seja constante, de posse das curvas do motor, a determinação do carregamento pode ser feita através da medição da corrente, da potência ou da rotação de seu eixo. Recomenda-se utilizar programa computacional para subsidiar a análise como, por exemplo, o BDMotor, de propriedade da ELETROBRÁS/CEPEL. É necessário que sejam levantados os dados de placa dos motores. O BD Motor está disponível para download do portal PROCEL INFO:

- Caso a carga seja variável, é necessária a utilização de analisadores de energia para avaliação da condição de carregamento, pois uma simples medição instantânea pode não coincidir com a carga máxima solicitada pela carga;

- É importante saber que, embora o superdimensionamento geralmente acarrete uma diminuição do rendimento, cada caso deve ser analisado, pois nem sempre isso será verdade. Em geral, para cargas entre 60 e 100% da potência nominal, o motor pode ser considerado bem dimensionado;

- Na aquisição de um novo motor, dar preferência ao motor com selo PROCEL. Especificar motor com potência adequada, verificando se suas características são adequadas às condições do ambiente onde está instalado (temperatura, atmosfera corrosível etc.). Instalar motor com ventilação adequada e em ambientes adequados;

- A substituição de um motor padrão por um de alto rendimento tende a ser mais atrativa economicamente quando a aplicação requer um uso do motor por um maior número de horas;

- Recomenda-se monitorar a tensão de alimentação dos motores elétricos, uma vez que os mesmos têm seu dimensionamento otimizado para o funcionamento sob tensão nominal. Ficar atento, principalmente, a valores de tensão acima do valor nominal;

- Verificar o balanceamento das tensões, uma vez que o desequilíbrio é um dos fatores que contribue bastante para o aumento das perdas nos motores trifásicos, gerando correntes excessivas, elevação de temperatura e consequentemente à redução da vida útil, além da redução do conjugado disponível para a carga;

- Os harmônicos também aumentam as perdas do motor, além de reduzirem o conjugado disponível para a carga e de poderem provocar a existência de conjugados pulsantes;

- Adotar rotina de limpeza e remoção de depósito de materiais que possam obstruir a refrigeração, secagem periódica das bobinas (quando aplicável), inspeção de mancais e rolamentos (ruído, vibrações e lubrificação);

- É importante na retirada de rolamentos utilizar ferramentas adequadas (saca-polias, extratores) e na troca, que a colocação seja feita por prensa com apoio na pista central ou através de dispositivo de aquecimento (por indução ou banho de óleo), evitando-se o uso de martelo ou dispositivos que provoquem pancada;

- Inspecionar periodicamente as conexões elétricas nos terminais do motor, nos contatos dos dispositivos de partida e dos elementos de comando. Conexões frouxas irão produzir perdas R I 2 que podem acarretar, além do desperdício, sérios riscos às instalações, tais como a queima do revestimento isolante, tendo como conseqüência um curto-circuito ou até incêndio nas instalações.

3 - ACOPLAMENTO MOTOR CARGA

Verificar cuidadosamente o alinhamento de eixos. O desalinhamento brecarrega próximos e causa consumo excessivo. Desalinhamento, sobretudo em acoplamentos plásticos, causa desgaste e diminuição da vida útil, além de influenciar na diminuição da eficiência de transmissão do conjunto acoplamento x componente;

- Verificar a lubrificação. Além do aspecto relativo à redução do atrito, a refrigeração propiciada pela lubrificação permite que as peças que compõem o acoplamento trabalhem mais livres. Esses dois fatores contribuem para a diminuição do consumo de energia elétrica;

- Verificar os valores estabelecidos em projeto para os redutores, caixas de engrenagem, corrente de transmissão e correias plana e em V., e compará-los com os valores de operação praticados;

- Correias em “V” ou sincronizadas patinam menos que as planas. Porém, melhor ainda, é a utilização de correias dentadas. Importante, também, que cada tipo de correia está associada a um tipo de polia. Observar, ainda, se as correias estão pouco ou excessivamente tensionadas.

- Manter as correias de acionamento adequadamente ajustadas, trocando-as quando desgastadas. No caso de polias com múltiplas correias, recomenda-se que no rompimento de uma, todas sejam substituídas e não só a que se rompeu;

- Verificar a viabilidade econômica de se substituir redutor de coroa e sem fim por redutor de eixos paralelos com redução dupla;

4 – SISTEMAS DE BOMBEAMENTO

Não se recomenda, enfocar aspectos relativos ao projeto, tais como cálculo de: NPSH (Net Positive Suction Head), diâmetro econômico, linhas de recirculação, rendimento da bomba, peso específico de líquido bombeado, vazão, perdas de carga, golpe de ariete etc; uma vez que grandes potenciais de redução de consumo de energia elétrica podem ser facilmente identificados na operação, manutenção e instalações, conforme apresentado a seguir.

4.1 – OPERAÇÃO

- Verificar o ponto de operação da bomba, comparando-o com o ponto de máxima eficiência fornecido pelo fabricante (curva vazão x pressão). Dessa forma, é possível verificar o quanto o ponto de operação está afastado do ponto ideal de operação e o quanto está operando fora das condições que o sistema requer e, conseqüentemente, efetuar ajustes através de válvulas de descarga ou inversores.

- Verificar se a pressão e temperatura de sucção estão próximos dos valores de projeto. Alterações na temperatura, por exemplo, tem como conseqüência perda de NPSH,causando desgaste interno e diminuição da eficiência podendo, até mesmo, danificar a bomba;

- Verificar se a bomba está operando no regime para qual ela foi projetada (permanente/intermitente, horas de operação/dia etc);

4.2 – MANUTENÇÃO

- Seguir a recomendações do fabricante quanto à manutenção preditiva e preventiva, bem como em relação ao programa de substituição e acompanhamento de itens, como sobreposta da caixa de gaxetas, está sendo seguido.

- Verificar se faz parte do programa de manutenção, em caráter periódico (conforme recomendação do fabricante), a abertura total da bomba para exame das condições de desgastes de componentes rotativos. Ao montar a bomba, devem ser mantidas as folgas estabelecidas nos manuais de operação e manutenção.

- A manutenção das folgas internas é importante, pois a vazão da bomba, a uma determinada altura manométrica, é reduzida proporcionalmente ao aumento da vazão recirculada. Isto significa um deslocamento da curva de performance da bomba, ou seja, na operação em condição de menor rendimento e também no aumento do tempo de operação para bombear um determinado volume de líquido.

- Verificar se o rotor da bomba está balanceado;

- Recomenda-se analisar a possibilidade de se substituir anéis de desgaste por anéis de compostos termoplásticos cujas folgas admissíveis são bem menores, aumentando o rendimento da bomba. Avaliar, também, a possibilidade da utilização de rolamentos do tipo híbrido ou a substituição de rolamentos lubrificados à óleo por rolamentos lubrificados à graxa (high speed grease arcanol L.35). acoplamentos antigos por novos acoplamentos flexíveis para a transmissão de elevados níveis de torque e com excelente comportamento referente à absorção de vibrações.

4.3 - INSTALAÇÃO

- Manter limpas as tubulações (internamente), de modo eliminar depósitos das mais variadas naturezas que podem restringir a vazão e aumentar a altura manométrica do sistema (head – pressão de descarga). O revestimento interno das tubulações deve ser mantido o mais liso possível. Recomenda-se, por exemplo, fazer uso de pinturas especiais (quando aplicável), que além da proteção química cria uma superfície lisa que reduz de maneira considerável a perda de carga;

- Limpar periodicamente os reservatórios e tanques de sucção, reduzindo a quantidade de sólidos suspensos. Estes sólidos causam desgastes excessivos nos componentes internos das bombas. Em algumas situações, podem ser instalados filtros;

- Verificar se as válvulas instaladas são de modelo antigo, que apresentam uma grande perda de carga interna. Nestes casos, mais cuidados operacionais devem ser aplicados ao serem efetuados ajustes nas mesmas.

5 – SISTEMAS DE VENTILAÇÃO E EXAUSTÃO

- Além de selecionar ventilador com o melhor rendimento, é necessário, também, que o conjunto girante seja devidamente instalado e operado, devendo ainda sofrer uma manutenção conveniente;

- Não exagerar na definição da margem de segurança dos ventiladores e exaustores, uma vez que o sobredimensionamento é uma das maiores causas de consumo de energia em excesso nessas máquinas;

- Rotores fechados proporcionam melhores rendimentos se comparados com os abertos, que possuem muitas perdas por fugas;

- Rotores de pás curvadas para trás e com perfil aerodinâmico, possuem maior rendimento comparado aos rotores de pás retas ou pás curvadas para frente;

- Verificar a viabilidade econômica de se substituir sistema com velocidade constante e controle de vazão via estrangulamento de válvula por sistemas com inversor de freqüência. Uma outra solução, algumas vezes adotada, é a utilização de dois ou três ventiladores operando em paralelo, para tender as variações da instalação. Os três operariam para suprir a maior capacidade do sistema e, quando fosse solicitada uma vazão menor, apenas uma máquina operaria, consumindo bem menos energia que no primeiro caso.

- Monitorar a diferença de pressão (DP) entre a sucção e descarga, uma vez que esse valor influencia no rendimento do ventilador.

- Verificar o ponto de operação do ventilador, comparando-o com o ponto de máxima eficiência fornecido pelo fabricante (curva vazão x pressão). Dessa forma, é possível verificar o quanto o ponto de operação está afastado do ponto ideal de operação e o quanto está operando fora das condições que o sistema requer e, conseqüentemente, efetuar ajustes através de dampers ou inversores.

- Verificar se o ventilador está operando no regime para qual ela foi projetada (permanente/intermitente, horas de operação/dia etc);

6 - SISTEMAS DE AR-COMPRIMIDO

As principais causas de perdas de eficiência em sistemas de ar comprimido (compressor, distribuição do ar e carga) são vazamentos, operação com pressão elevada e altas temperaturas na captação do ar, conforme apresentado a seguir:

VAZAMENTOS

- É importante ter consciência de que qualquer sistema de ar comprimido apresenta vazamentos em maior ou menor escala. Uma prática incorreta, muito comum em algumas indústrias, é em vez de se procurar, identificar e minimizar vazamentos, aumentar a pressão, o que faz aumentar mais ainda as perdas nos vazamentos. A maneira mais simples de detecção de vazamentos em tubulações de ar comprimido consiste em passar água com sabão ao longo das mesmas, marcando os pontos de bolhas, para posterior correção pela manutenção. Uma forma mais sofisticada é através de detector ultrassônico de vazamentos. Em situações críticas, é possível ouvir ruídos causados pelos vazamentos;

- Utilizar válvulas de bloqueio acionadas por solenóides junto aos equipamentos que operem intermitentemente. O objetivo é evitar que durante as paralisações ocorram fugas do ar pelo equipamento;

- Desligar o compressor de ar à noite, quando não há produção, pois neste período o compressor trabalha somente para cobrir perdas por vazamento (essa é uma ação óbvia, mas é comum sua não observância);

- Por meio de campanhas internas, institucionalizar o uso de marcadores (fitas, adesivos etc.) afixados em pontos de vazamentos detectados pelos funcionários, para posterior correção pela manutenção;

- Sempre que possível ilustrar, com alguns números, já calculados, a importância de controle de vazamentos nas instalações. Por exemplo: uma fuga de ar comprimido, a 6 bar, através de um orifício de 1 mm corresponde ao consumo de 3 lâmpadas de 100W. O vazamento por um orifício de 3 mm, a 6 bar, corresponde a um consumo de 5 ferros de passar roupa. A perda devida a um orifício de 5mm, a 6 bar, é equivalente ao consumo de um martelete pneumático para perfuração de rochas.

OPERAÇÃO COM PRESSÃO ELEVADA

- Conforme já mencionado, uma prática comum em algumas indústrias, é em vez de se procurar, identificar e minimizar vazamentos, aumentar a pressão, o que faz aumentar mais ainda as perdas nos vazamentos;

- Verificar se os compressores operam com valores de pressão superiores a necessidade do sistema, o que causa um prejuízo considerável em termos de eficiência energética. Uma simples regulagem traz benefícios surpreendentes, sem custos;

- Verificar se o reservatório (pulmão) de ar está bem dimensionado. Quando sub-dimensionados, o compressor entra em operação um maior número de vezes, acarretando em maior consumo de energia energia elétrica;

6.3 - ALTAS TEMPERATURAS NA CAPTAÇÃO DO AR

- Sempre que possível, a tomada de ar deve ser externa, não devendo, entretanto, estar exposta diretamente ao sol;

- O compressor deve ser instalado em área bem ventilada, de modo que o mesmo capte o ar mais frio possível;

- Quando o compressor não estiver instalado em ambiente arejado, deve-se adequar a instalação no que diz respeito a tomada de ar, que deve ser em local sombreado (normalmente é uma pequena modificação de projeto, com baixo custo, que traz um retorno considerável);

GERAL

- Efetuar a drenagem de condensados dos pontos de menor cota em redes sem óleo e aplicar o sistema de purga em redes com óleo;

- Verificar periodicamente as condições físicas dos compressores. Compressores com vazamentos internos, desgaste excessivo em anéis de segmento, válvulas etc. consomem mais energia e produzem menores quantidades de ar que a sua capacidade nominal;

- Fazer limpeza periódica ou trocar os filtros de ar;

- Fazer a limpeza de filtros separadores de óleo no caso de compressores de parafuso;

- Evitar tubulações de diâmetro variado e curvas desnecessárias nos trajetos entre a geração e o reservatório de distribuição;

- Evitar, sempre que possível, estação redutora de pressão centralizada. A redução de pressão deve ser efetuada em local próximo ao equipamento utilizado;

- Realizar, periodicamente, drenagem do reservatório central;

- Inspecionar tubulações, válvulas e elementos de ligação quanto a vazamentos de água de arrefecimento das unidades compressoras, condensadores dos sistemas de desumidificação e resfriadores intermediário e posterior;

- Tratar a água de resfriamento das unidades compressoras periodicamente, utilizando os meios adequados;

- Utilizar, sempre que possível, circuitos de arrefecimento regenerativos;

- Manter limpas as superfícies dos trocadores de calor (intercoolers);

- Retirar da rede de distribuição todos os ramais secundários desativados ou inoperantes, no sentido de evitar acúmulos de condensado, perda de carga excessiva e vazamentos;

- Utilizar válvulas de controle de fluxo junto aos equipamentos utilizadores, no sentido de manter o fluxo de ar compatível com as necessidades operacionais de cada um;

- Efetuar tomadas de ar para ramais secundários sempre por cima da tubulação principal para evitar arraste de condensado;

- Efetuar as tomadas de ar dos ramais secundários sempre próximas dos equipamentos, evitando, sempre que possível, longos trajetos para os ramais secundários;

- Utilizar os diversos tipos de válvulas de acordo com a sua aplicação específica. Evitar, por exemplo, o uso de registro de bloqueio para regulagem de fluxo e vice-versa;

- Conforme já mencionado no item 1, o compressor alternativo ou de pistão é muito utilizado nas indústrias devido à sua alta capacidade de armazenamento e de pressão, baixo custo e alto rendimento. Porém, este compressor apresentam baixa confiabilidade e alto custo de manutenção. Recomenda-se, então, verificar a viabilidade de substituí-lo por compressor centrífugo de alta velocidade controlado por inversor de freqüência.

7 – CORREIAS TRANSPORTADORAS

- Estabelecer metodologia de manutenção preventiva e preditiva. Além de aumentar a vida útil dos equipamentos essas medidas são importantes, também, sob o ponto de vista energético;

- Verificar o estado dos rolamentos dos roletes. A lubrificação muitas vezes é negligenciada, uma vez que os roletes ficam em lugares altos, de acesso complicado.

- Verificar sempre se a correia/esteira parte sem carga. É comum desligar o sistema com a correia carregada. Quando reinicia, parte-se o sistema com carga adicional desnecessária, o que leva ao aumento do consumo de energia.

- Verificar se pode ser melhorado o sistema de limpeza da correia transportadora;

- Caso a carga caia verticalmente sobre a correia, colocar uma chapa de desvio de modo a se obter algum componente de velocidade na direção do movimento, aproveitando-se a força da gravidade;

- Na medida do possível, ocupar toda seção da correia transportadora;

- Verificar a lubrificação. O movimento relativo das peças que o compõem o acoplamento deve trabalhar o mais livre possível, o que diminui e muito o consumo de energia;