Edição 228 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 228 – 2017

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Eficiência energética baseada em tecnologia

A Agência Internacional de Energia - AIE afirma que os motores elétricos representam 45% do consumo de eletricidade em todo o mundo.

Ela afirma também que com modelos mais eficientes, seria possível economizar de 20% a 30% de energia. Vale a pena investir porque os resultados extrapolam o óbvio e atingem a sustentabilidade do planeta.

Por isso, para aumentar a eficiência dos motores elétricos, governos de todo o mundo introduziram os Padrões Mínimos de Desempenho Energético (MEPS), que estabelecem níveis obrigatórios de eficiência energética mínima para motores – aqui no Brasil a Aneel estimulou a troca de vários equipamentos para versões mais eficientes, incluindo motores industriais. Nesse contexto, o IEC estabeleceu quatro classes de eficiência energética para motores dentro da IEC 60034-30-1: IE1 para eficiência padrão, IE2 de alta eficiência, IE3 eficiência Premium e IE4 eficiência Super Premium. Também produziu a IEC 60034-2- 1 para testar motores elétricos. Mas processos e requisitos de testes e verificações variam de país para país. Então, a melhor maneira de inspirar confiança é aplicar padrões internacionais harmonizados. Para garantir essa eficiência, o IECEE, Sistema de Avaliação da Conformidade da IEC para Equipamentos e Componentes Eletrotécnicos, desenvolveu o Programa Global de Eficiência Energética do Motor (GMEE).

Em 2016, um membro do Comitê Consultivo em Eficiência Energética do IEC apresentou uma abordagem em que sistemas de gerenciamento de eficiência energética poderiam, suportados por normas IEC, levar a melhores resultados nas indústrias. E usou um caso de indústria automotiva que apesar de ter otimizado seus processos de fabricação, ainda notava desperdício de energia, mas que, ao combinar usinagem, limpeza e geração de vapor em um único sistema, conseguiu reduzir o consumo de energia em 80% - incluindo a substituição de uma caldeira por um permutador de calor. O estudo de caso mostrou que a substituição de equipamentos em combinação com mudanças drásticas nos processos pode levar a maior eficiência. Essa experiência fez com que o próprio IEC começasse a sugerir que seus comitês trabalhassem em conjunto para gerarem um conhecimento mais completo – que deve ser divulgado através de guias.

Na prática, além de trocar motores antigos por novos mais eficientes, o que pode ser feito quando se tem muitos motores? Próximo passo, manter motores – e todos os equipamentos – trabalhando de forma otimizada. Para isso, é preciso um controle avançado aplicado para manter a queima de combustíveis otimizada e escolher uma solução dentro do arsenal de softwares à disposição no mercado. Então, pode-se aplicar essa solução em todos os motores ou apenas numa parte deles. E necessariamente incluir aí as turbinas existentes para que o software possa avaliar em qual momento a carga deve consumir energia turbinada ou motorizada e fazer esse chaveamento, otimizando o uso de vapor e energia.

A solução deve monitorar também as emissões a partir dos dados do modelo energético da planta – o que ela faz a partir da informação sobre quais combustíveis serão consumidos e dessa forma contabilizar os gases e resíduos gerados: manter o sistema otimizado é importante para que ele não exceda os limites legais de emissões e se enquadre nos padrões ISO 50001!

Jorge Pinto, responsável pela área de Soluções Avançadas da Yokogawa no Brasil - que levanta oportunidades de melhoria de desempenho de forma geral nas plantas, identificando gargalos e “gaps” de eficiência e propondo a solução mais adequada no sentido de saná-los, implementando- as e mantendo-as ao longo do seu ciclo de vida. Comenta que, atualmente dois clientes, num total de quatro plantas, já estão colhendo os benefícios desse tipo de solução no Brasil.

A área de Soluções Avançadas da Yokogawa no Brasil foi criada em 2008 e agora, com a aquisição de empresas de importantes como KBC e Soteica, esta última incorporada à primeira, reforça seu portfólio de soluções com o software Visual MESA, ferramenta de monitoramento, gerenciamento e otimização de energia, que atua diretamente com o sistema de utilidades da planta, seja vapor, energia elétrica, combustíveis, água e emissões de gases de combustão.

“O foco das empresas vem se deslocando fortemente no sentido do uso mais eficiente de energia, com o objetivo de aumentar a competividade e reduzir seus custos operacionais. Nesse sentido, a utilização de ferramentas de gerenciamento e otimização em tempo real são de fundamental importância para a minimização do custo energético da planta. De acordo com esta demanda, a Yokogawa disponibiliza ao mercado o Visual MESA, que roda num servidor à parte, interagindo com os sistemas de controle ou conectado ao historiador da planta (PI, Exaquantum, Infoplus, etc.) através de interface OPC. Ressalto que todos os pacotes utilizados pela Yokogawa nas soluções avançadas trabalham com todas as plataformas de controle, tendo mais casos com sistemas de concorrentes no Brasil que com seus próprios sistemas”.

É uma tendência a utilização desse tipo de solução, especialmente nas plantas de processo com uso intensivo de energia, como indústrias químicas, petroquímicas, refino, etanol, celulose e siderurgia. Um cenário que potencializa os ganhos com a utilização desse tipo de solução é aquele em que a planta é consumidora e ao mesmo tempo fornecedora de energia às concessionárias, determinando em tempo real o perfil de geração/consumo de energia na sua interação com a concessionária, com o objetivo minimizar os custos de energia da planta. Numa planta de etanol, por exemplo, isso se torna especialmente interessante porque as usinas continuam a ter receita vendendo energia depois da safra, com a usina já parada. É um grande negócio, tanto que cerca de 17% da energia consumida no país vem dessa fonte – e isso poderia aumentar se o setor tivesse acesso ao grid nacional.

Ao escolher um pacote para otimização e gerenciamento de utilidades industriais é preciso atentar para que lide com sistema de utilidades da planta (vapor, emissões, combustíveis, condensados, água, energia, etc). É desejável que ele atue nos diferentes níveis de pressão e monitore o desempenho de cada componente, como por exemplo, em caldeiras – ele deve monitorar o desempenho de cada caldeira, determinar qual a melhor distribuição de carga em função do desempenho de cada uma em cada momento, mas também indicar através dos KPIs, o nível de comprometimento de eficiência energética de cada uma de tal forma que mantenha o sistema otimizado mesmo com baixo desempenho de cada componente, ou seja, mantenha a planta no seu melhor. “O Visual MESA está sempre otimizando o sistema, independe do quadro de deterioração da planta. A ferramenta possui duas modalidades de implementação: em malha aberta ou fechada. Na primeira indica ao operador os set points a serem manualmente estabelecidos para as variáveis de otimização; em malha fechada, ele envia ao sistema de controle os set points para cada variável otimizável. A redução de custo de energia, tipicamente, com a implantação da solução pode variar de 3% a 8% em malha aberta e de 6% a 15% em malha fechada. Adicionalmente, através do monitoramento de eficiência do sistema, utilizando-se os KPIs de energia, entre 1% e 3%”, comenta Jorge. É desejável também que o software escolhido incorpore os contratos de fornecimento de insumos – combustíveis, água, energia, etc. – para que de fato se consiga, a cada ciclo de otimização, detectar qual a situação de menor custo de energia da planta. É preciso incorporar à ferramenta escolhida todos os contratos e suas sazonalidades. Bons exemplos são as variações ao longo do dia dos diferentes custos de energia elétrica e períodos de seca onde a energia é mais cara em geral; tudo vai para o software para decidir qual a configuração ideal – do ponto de vista energético – do modelo de massa de energia da planta.

“O Visual MESA é um simulador baseado em modelos rigorosos do sistema de utilidades. Em primeiro lugar, executa o balanço de massa e energia da planta e, a seguir, roda seu ciclo de otimização. É amigável na sua configuração, na geração dos modelos. Em geral, basta parametrizar-se os modelos pré-existentes de equipamentos – caldeiras, trocadores de calor, turbinas, geradores, motores, etc. – e incorporar as curvas de cada um deles. Além disso a ferramenta incorpora todos os contratos de fornecimento de para que possa, a cada ciclo de fechamento do balanço de massa e energia da planta e posterior ciclo de otimização, detectar qual a situação de menor custo de energia da mesma”, afirma Jorge.

O que pode acontecer eventualmente é que o usuário não quer – ou não pode – fazer um projeto de otimização completo. Mas os softwares à disposição no mercado possibilitam essas melhorias por partes oferecendo suítes só de monitoração ou gerenciamento do sistema de energia. Porque, com certeza, os usuários buscam saber como está o sistema como um todo, quer auditar e monitorar, saber o que está com baixo desempenho, o que precisa priorizar.

Vale lembrar que a eficiência energética inclui não apenas os processos industriais, mas também os edifícios – edifícios comerciais e residenciais representam cerca de 40% do consumo de energia primária em muitos países. Esta energia é utilizada para alimentar sistemas de iluminação, aquecimento, ventilação e ar condicionado, bem como para acionamento de elevadores, escadas rolantes, máquinas e eletrodomésticos. Um bom exemplo vem dos esforços europeus para melhorar o uso de energia aí: os novos edifícios consomem 50% menos energia do que na década de 1980 e a indústria na União Europeia reduziu o consumo de energia em quase 19% entre 2001 e 2011.

Atente que, para cada 1% de melhoria na eficiência energética, a União Europeia pode reduzir as importações de gás em 2,6%. Como efeitos benéficos, a qualidade do ar também é melhorada e como a indústria alemã é altamente inovadora, a construção de equipamentos mais eficientes agrega novos empregos e oportunidades. Não faltam bons motivos e tecnologias.