Oportunidades de economia de energia na indústria de plásticos

A indústria de transformação de plásticos apresenta características singulares quando o assunto é gestão de energia. Estamos explorando várias dimensões deste assunto em uma série de conteúdos especiais para a cadeia de processamento de plásticos. Se você chegou aqui agora, no artigo passado falamos sobre as 4 práticas de gestão de energia que você não pode deixar de aplicar se está na atuando nessa indústria, dá uma olhada lá! Hoje vamos sair do campo de gestão pura e partir para uma abordagem um pouco mais técnica. O objetivo aqui é indicar quais são os sistemas que consomem energia e que precisam de uma atenção especial e são exatamente estes que detém boas oportunidades de economia de energia dentro das indústrias de plásticos.

Motores elétricos

Motores elétricos estão, em geral, entre os top 3 maiores consumidores de energia elétrica em uma indústria de transformação de plásticos. Esses equipamentos podem ficar “escondidos” dentro de outras máquinas e acabam passando batido, mas no fundo grande parte do consumo vem diretamente deles. A posição de vilão nessa história não é nova para os motores elétricos. Muitos estudos já mostraram por exemplo que os motores elétricos rodando integralmente (24/7) consomem o que custam em menos de 3 meses. Por isso, qualquer economia na hora de comprar um motor mais barato deve ser pensada com cuidado.

Esse assunto é tão importante que realmente vale a pena estabelecer uma política de gestão de motores (você vai perceber que vamos voltar nesse assunto em quase todas as seções a seguir). Essa política nada mais é do que uma lista de procedimentos para estabelecer uma rotina de compra, manutenção e descomissionamento dos motores. Os pontos importantes que uma política de gestão de motores não pode deixar escapar:

  1. Regras de reparo e substituição dos motores com base em análises de custo considerando todo o ciclo de vida daquele equipamento;
  2. Protocolo para registro de inventário de todos os motores em uso;
  3. Regras para rebobinamento (enrolamento) de motores que acabam se tornando menos eficientes depois do procedimento e são super comuns na indústria.

Depois da política de gestão desses motores também é necessário desenvolver ações práticas de eficientização desses sistemas. Separamos aqui as principais ações em uma ordem de prioridade de verificação.

1. Desligamento

Verifique se os motores estão ficando ligados “em vazio”, ou seja, sem carga ou sem necessidade de operação, além de gerar energia reativa eles podem consumir bastante energia. Aqui soluções de automação e treinamento de operadores são bem-vindas. Não se engane achando que isso é raridade. Não é incomum vermos na indústria motores que consomem de 30% – 40% em momentos que não geram valor para a empresa.

Gestor desligando tudo depois de ver a conta de energia.

2. Reduza a carga

A manutenção pode economizar de 2 a 3% do consumo do motor apenas por limpeza/lubrificação dos sistemas e verificação de caixas de transmissão, por exemplo.

3. (Re)dimensionamento

Os motores têm uma faixa de operação eficiente muito específica. É muito comum ver motores que foram dimensionados para uma carga e depois foram usados em outra. 

4. Novos motores

Hoje no mercado existem diversos fabricantes ofertando motores cada vez mais eficientes. Usualmente quando seu parque de motores está defasado, o investimento na troca se paga em poucos meses. Se você tiver problemas para cobrir os custos iniciais de troca, existem empresas que também estão dispostas a investir nesses motores para dividir a economia que eles trouxerem depois.

5. Inversores de frequência (ou soft-start)

Esses equipamentos fazem com que o motor entregue exatamente a potência que é demandada, ou seja, faz com que o motor varie a velocidade de giro conforme determinada regra. Essa elasticidade na oferta de potência pelo motor representa um dos maiores potenciais de redução no consumo de energia pelos motores, sem contar na melhoria em outros parâmetros de qualidade da rede elétrica e também de demanda contratada.

Está tudo bem, ainda dá tempo de tomar as rédeas da situação!

Ar comprimido

O ar comprimido pode ser considerado uma forma de transporte e armazenamento de energia. Em muitos livros, o ar comprimido é entendido como um vetor energético, assim como eletricidade e gás natural. Esses sistemas usualmente somam aproximadamente 10% do consumo total de uma fábrica de transformação de plásticos. A seguir vamos detalhar algumas ações possíveis nesses sistemas.

1. Busca por vazamentos

Manter um sistema 100% livre de vazamentos é muito difícil. No entanto, aqui não estamos falando de pouco vazamento. Estudos indicam que, em média, as indústrias de plástico apresentam entre 20 a 40% de vazamento de ar comprimido em relação ao ar comprimido gerado. Em conversa com um pessoal super experiente do setor de compressores eles ensinaram uma regra básica: se você está na fábrica em um momento de máquinas desligadas e consegue ouvir os vazamentos de ar comprimido, aquilo está te custando mais de R$ 1.000,00 no ano com certeza. Implementar campanhas preventivas regulares de inspeção é fundamental para manter seu sistema em dia. Se sua fábrica não pode parar e é muito barulhenta, invista em um fornecedor que tenha equipamentos ultra-sônicos para detectar vazamentos.

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Pessoal da manutenção sobre as linhas de ar comprimido.

2. Reduzir o uso

O ar comprimido é uma das formas de armazenar e transportar energia mais ineficientes que existe. Por isso, toda forma de evitar seu uso é bem vinda e ele tem de estar nessa lista de oportunidades de economia de energia para a indústria de plásticos (e muitas outras). Três áreas para se considerar a extinção do uso de ar comprimido são:

  1. Robôs que usam ar comprimido para produzir vácuo;
  2. Utilização de ar comprimido para movimentar produto;
  3. Ferramentas que usam ar comprimido para gerar torque (que acabam custando 10 vezes mais para operar quando comparadas à ferramentas elétricas).

3. Otimização da geração

Existem algumas possibilidades de tornar seu compressor mais eficiente, duas delas podem ser facilmente aplicáveis.

  1. Posicione a admissão de ar em algum local em que o ar possa estar mais frio. O ar frio já é mais denso que o ar quente, pode parecer besteira, mas uma variação decimal na temperatura já pode fazer uma baita diferença no final do mês;
  2. Considere a mesma dica dos motores sobre equipamentos de velocidade variável. Um compressor que tem velocidade variável pode ser significativamente mais econômico que um tradicional.

Sistema de água gelada

Os sistemas de água gelada (estamos falando de torres de arrefecimento (saída entre 16 e 30℃) e chillers/”geladeiras” (saída entre 5 e 16℃)) estão fundamentalmente conectados ao processamento do material que precisa perder temperatura de forma rápida, porém controlada. Esses sistemas podem somar até 15% do consumo elétrico de uma planta industrial de transformação de plásticos. Vamos aos principais pontos para ficar atento com esses sistemas.

1. Redução de ganho de calor

Muitos especialistas dizem que quando você entende o processo fica fácil entender os sinais que eles dão sobre o que está se passando. Aqui não é diferente. Um sinal claro de que um sistema de água gelada tem problema de isolamento é a condensação nas tubulações. Isso é notável principalmente naqueles dias quentes e úmidos. Usualmente projetos de isolamento de tubulação tem um payback de menos de 12 meses.

2. Configuração do sistema

Muitas vezes encontramos sistemas que foram comissionados há anos e desde então ninguém mais mexeu nas configurações. Como as matérias primas, máquinas e processos mudam e é importante sempre testar qual é a temperatura máxima admissível para se trabalhar. Isso porque qualquer variação na temperatura de saída da água tem uma influência grande no consumo. Por exemplo, uma variação de 4℃ usualmente provoca uma redução de aproximadamente 10% no custo de energia dos chillers.

3. Otimização de consumo

Nas torres de arrefecimento ou em chillers, o uso (de novo) de inversores de frequência e motores de velocidade variável são métodos muito bons de se começar a otimizar o uso de carga do sistema. Mas também é possível acoplar uma torre de arrefecimento ao retorno de um chiller por exemplo para reduzir o gradiente de temperatura necessário no chiller. Nas regiões mais ao sul do Brasil e nos meses mais frios é possível até que a torre de arrefecimento sozinha chegue bem próxima à temperatura de configuração dos processos.

4. Distribuição de água

O sistema de água gelada não tem consumo apenas dos chillers e torres. Também temos as bombas de água que fazem esse sistema circular. Motores de velocidade variável aqui podem ser aplicados em conjunto com uma automação simples que aumenta a vazão quando a temperatura de retorno já está perto do ponto ótimo e reduz a vazão quando a temperatura de retorno está muito alta. Em geral essas implementações apresentam paybacks de até 6 meses.

Sistema de bombeamento sustentável.

Oportunidades de economia de energia na indústria de plásticos focadas em processos específicos na próxima publicação

No próximo artigo vamos falar das oportunidades de economia no processo em si, ou seja, você que está pensando no seu processo em específico de injeção, extrusão e sopro, vai se encontrar por lá. Envie esse post pra galera da equipe de manutenção e fique ligado na próxima semana no penúltimo artigo da série sobre plásticos.

Se você chegou agora e ainda não sabe, mas esse post é uma parte de 5 conteúdos do segmento de plásticos.

Para acessar os outros posts dessa série focada em energia na indústria de plásticos e oportunidades de economia:

Ricardo Dias

Engenheiro ambiental e urbano pela UFABC e mestre em Sistemas Sustentáveis com ênfase em Energia pelo Rochester Institute of Technology. É co-fundador da CUBi e atualmente CEO.

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