Relatório de percepção da engenharia
Cinco Medidas Principais de
Eficiência Energética
Relatório de percepção da engenharia
Cinco medidas principais de eficiência energética
Sua planta de processamento é única. E, identificar o local onde a energia está
sendo consumida e onde ela poderia ser economizada ainda é um desafio para
muitos gestores de energia. O uso da energia dentro de plantas industriais é
extremamente complexo. Existem milhares de processos de fabricação em
operação e não existem dois iguais, mesmo dentro da mesma organização.
No entanto, as oportunidades de economia de energia são significativas e as
compensações fazem com que quaisquer melhorias sejam importantes. Então,
a pergunta é: por onde começar?
Neste relatório identificamos cinco prioridades principais de medição a serem
consideradas por qualquer equipe de gestão da planta, visando a obtenção de uma
melhor percepção do uso de energia do processo. Para cada uma destas áreas, as
práticas de medição e o monitoramento eficaz permitirão o melhor gerenciamento
do uso da energia em toda a planta.
Aqui estão algumas das principais prioridades de medição para a melhoria da
eficiência energética, bem como o aumento da segurança e confiabilidade:

Fluidos de utilidades — medição de vazão e gestão de uso
Uma fábrica de papel na Nova Inglaterra está economizando US$ 1 milhão por ano,
monitorando mais de perto seu vapor, ar e água.

Ar comprimido — medição da vazão para identificar vazamentos e gerenciar
o uso
Na América do Sul, uma fábrica de produtos químicos está economizando
US$ 750 mil por ano, usando uma maneira melhor de medir a vazão do seu
ar comprimido.

Caldeiras — melhoria da medição do nível do tambor
Nos Estados Unidos, uma fábrica de papel minimizou os deslocamentos da caldeira
durante a ativação através de medições mais precisas do nível da caldeira.

Trocadores de calor — previsão e detecção de obstrução
As refinarias de petróleo estão usando instrumentação wireless, fornecendo aos
operadores a visibilidade sobre o desempenho do permutador de calor, para
economia de combustível e maior qualidade do produto.

Sistema de vapor — monitoramento de purgadores de vapor
Barking Power, uma planta de geração de energia no Reino Unido, encontrou um
vazamento no purgador de vapor que estava lhes custando US$ 2.200 por dia.
A seguir está uma explicação de cada exemplo, o motivo pelo qual é importante e
o que pode ser feito para economizar energia.
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Cinco medidas principais de eficiência energética
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Fluidos de utilidades — medição de vazão e gestão de uso
Os fluidos de utilidades são a força vital de sua planta. Água, ar, gás e vapor são cruciais
para suas operações. A falta de qualquer um deles poderia causar o desligamento de
sua planta. Os clientes muitas vezes nos dizem, “Claro, eu posso lhe dizer a quantidade
de gás natural que compramos em um ano, mas não tenho ideia de quanto é utilizado
em cada unidade de processo”. Toda planta é diferente, mas é razoável dizer que, para a
maioria das plantas, de 5% a 15% da energia de um site é desperdiçada na forma de
fluidos de utilidades perdidos ou mal utilizados. Esta poderia ser uma oportunidade
para economizar entre US$ 1 milhão e US$ 15 milhões por ano.
A medição da vazão de todos os fluidos de utilidades em sua planta é importante
para entender os padrões de utilização. Os medidores de vazão fornecem medições
de vazão de processo que são essenciais para a gestão da energia. A medição da
vazão em diversos locais do processo ajuda a informar as atividades importantes
para a melhoria da eficiência energética, como o equilíbrio da vazão de energia nos
pontos de utilização, detecção de vazamentos e alterações anormais no consumo,
priorização das ações para economizar energia e comunicação dos indicadores
chave de desempenho (KPIs) para o pessoal da planta.
O medidor de vazão Rosemount™ 3051SFA Annubar™ é apenas um dos diversos
medidores de vazão oferecidos pela Emerson™. Cada um deles possui características
ou recursos exclusivos que os tornam adequados para os tipos específicos de fluidos
e aplicações. Por exemplo, medidores de vazão por pressão diferencial (PD)
integrada possui um custo de instalação muito menor do que alguns medidores
convencionais. Se o custo e o tempo de instalação são de grande importância,
deve-se considerar também a implementação de um sistema wireless. Instrumentos
Rosemount wireless inteligentes podem ser instalados por menos de um quarto do
custo de instrumentos com fio.
Recomendamos a medição da vazão de cada fluido de utilidades em todos os
centros de contabilidade energética — os principais consumidores de energia ou
grandes subseções da planta. Os medidores de vazão fornecem informações para
um sistema de informação de gestão de energia (EMIS, sigla em inglês), que
interpreta e analisa as informações e pode alertá-lo quanto a mudanças que
indiquem o desperdício de energia. O software Emerson Energy Advisor é um
adicional simples para o sistema de PI OSIsoft®, líder de mercado, e outras
aplicações. Com este software, você tem um sistema de informação abrangente
que lhe dá visibilidade e capacidade de decisão energética para toda a vida útil de
sua planta. Em suma, o medidor de vazão Rosemount, juntamente com o software
de EMIS, permite obter o retorno de 15% da energia desperdiçada em seus sistemas
de utilidades.
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Cinco medidas principais de eficiência energética
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Para ajudar a compensar o custo do aumento dos preços dos combustíveis, uma
fábrica de celulose e papel na Nova Inglaterra implementou um programa
abrangente de gerenciamento de energia. “Percebemos rapidamente que, para
economizar energia, era necessário medi-la”, disse o gerente de energia da fábrica.
“Nós conhecíamos o nosso uso total de energia, mas nunca havíamos medido
as áreas de energia individuais.” Depois de considerar diversas tecnologias de
medição de vazão diferentes, a fábrica instalou duas redes wireless, cada uma com
um gateway wireless inteligente, que se integra perfeitamente com o sistema de
controle DeltaV™. Um total de 60 medidores de vazão wireless Rosemount
3051SFA Annubar foi instalado nas linhas que transportam vapor, ar, água quente,
água fria e condensados. “Podemos ago ra responder por quase todo o uso de
energia dentro da fábrica”, disse o engenheiro de projetos. “A informação wireless
nos permitiu concentrar a nossa atenção sobretudo nas áreas de alta energia e
naquelas que têm o maior impacto na nossa posição de custos.” O resultado
para esta fábrica foi que o projeto se pagou em menos de oito meses, com uma
economia de bem mais de US$ 1 milhão em custos de energia no primeiro ano.
Ar comprimido — medição da vazão para identificar
vazamentos e gerenciar o uso
O sistema de ar comprimido de sua planta é um grande consumidor de energia.
Sistemas de ar comprimido geralmente têm muitos vazamentos e outros
problemas que levam ao desperdício. A medição da vazão em um sistema de ar
comprimido ajuda a identificar áreas de uso excessivo e gerenciar melhor o uso do
ar em geral. A medição do consumo de ar é melhor realizada com vários pontos de
medição de vazão ao longo do sistema de ar comprimido: Medições de vazão
podem ser feitas em cada compressor, nos coletores e em cada linha de ramificação
principal. Mais pontos de medição de vazão permitem um controle mais estrito dos
vazamentos e uma melhor gestão das condições do sistema de ar comprimido.
A medição da vazão pode ser realizada de diversas maneiras e cada tipo causará
uma perda permanente de pressão (PPP) para cada ponto de medição. Essas perdas
permanentes de pressão somam um grande desperdício da energia que está sendo
consumida pelos compressores. Por esta razão, é imprescindível contabilizar as PPP
causadas pela instalação adicional de medidores de vazão em um sistema de ar
comprimido. O medidor de vazão Rosemount 3051SFA Annubar tem um impacto
muito menor na pressão do que outros instrumentos de medição. Por exemplo,
a média é de apenas 5% da PPP de um medidor de vazão com placa de orifício
dosador, a forma mais comumente utilizada de dispositivo de medição de vazão.
Este nível inferior de PPP é insignificante no cálculo da energia consumida no
sistema de ar comprimido.
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Cinco medidas principais de eficiência energética
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Em um caso documentado, uma fábrica de produtos químicos sul-americana
alcançou um aumento dramático na eficiência do sistema de ar comprimido e
reduziu os custos de eletricidade. Neste caso, o uso de ar comprimido foi crescendo
rapidamente, aumentando os custos operacionais e conduzindo a uma necessidade
de aumento da capacidade. Esta planta estava preocupada com o risco de escassez
de ar comprimido, o que poderia levar à falha do equipamento pneumático.
Engenheiros descobriram que medidores de vazão com placa de orifício dosador
estavam criando alta PPP no sistema de ar comprimido. A solução envolveu a
remoção do medidor de vazão com placa de orifício dosador e a instalação de
10 medidores de vazão Rosemount Annubar: nove para monitorar a saída de
cada um dos nove compressores e um para medir a vazão no coletor principal.
Estes 10 pontos de medição da vazão permitiram aos operadores identificar
antecipadamente o aumento do uso, sem a desnecessária perda de pressão do
sistema que estava sendo causada pelas placas de orifício. Como resultado da
instalação de medidores de vazão Annubar de baixa perda de pressão, essa planta
viu uma melhora de 10% na eficiência geral do sistema de ar comprimido, e uma
redução anual de custo de energia elétrica de US$ 750.000, com o benefício
adicional de uma melhor pressão de linha em locais remotos no seu sistema.
Caldeiras — melhoria da medição do nível do tambor
Nas caldeiras, o nível da água no tambor de vapor deve ser controlado precisamente,
para otimizar a produção de vapor, maximizar a eficiência da caldeira e manter a
segurança da operação. Se o nível da água estiver muito baixo, há um risco de
danificar a caldeira e o risco significativo de deslocamentos dispendiosos da caldeira.
Se o nível de água é muito alto, a água pode ser carregada com o vapor, o que
reduz a eficácia da transferência de calor e pode causar danos à turbina a jusante.
O desempenho mais eficiente do seu sistema de vapor é quando as caldeiras estão
operando de forma estável e os ciclos dispendiosos de desligamento, purga e
reinicialização são evitados. Medições confiáveis do nível do tambor são uma parte
muito importante para o atendimento dessa condição de operação desejada.
Tradicionalmente, o nível de água da caldeira de vapor tem sido medido por vários
métodos, incluindo mecanismos mecânicos simples e vários sistemas eletrônicos
de medição. O código para caldeiras e vasos de pressão (BPVC, em inglês) exige
uma indicação local e visual do nível de água do tambor. Isto é proporcionado pelo
uso de visores, indicadores de nível magnético ou sistemas, como o sistema de
medição eletrônico Emerson Hydrastep™. O BPVC também requer a medição de
nível adicional, redundante, do líquido no tambor da caldeira. Mais avançados, os
sistemas eletrônicos são usados para controlar o nível de água da caldeira. Estes
sistemas avançados para controle de nível do tambor da caldeira empregam
medições de nível PD. Estas medições podem ser ajustadas com os parâmetros
de temperatura e pressão da caldeira para compensar a densidade e alcançar
melhores cálculos de nível.
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Em algumas situações, um transmissor de radar por onda guiada (GWR, em
inglês) fornece uma alternativa para a medição do nível do tambor de vapor.
Os transmissores de radar por onda guiada podem medir o nível de maneira
completamente independente da densidade do líquido, de modo que a
complexidade de compensação de densidade não é necessária. Em uma instalação
típica, o transmissor de radar por onda guiada é montado no topo de uma câmara
externa à caldeira, com uma sonda que se prolonga a partir do GWR para toda a
profundidade da câmara. Utilizando informações sobre o nível na estratégia de
controle, o controle do nível do tambor pode ser atingido.
Para atender aos requisitos do BPVC para redundância nas aplicações de nível do
tambor da caldeira, uma medição do nível de PD pode ser usada em conjunto com
o radar de onda guiada. Juntos, esses dispositivos oferecem uma solução de baixa
manutenção que proporciona um alto grau de precisão para controle do nível do
tambor da caldeira.
Aqui está um exemplo: uma grande fábrica de papel nos Estados Unidos estava
enfrentando a perda de produção e aumento dos custos de utilidades devido aos
deslocamentos da caldeira durante as inicializações de rotina. Os deslocamentos
da caldeira eram causados por um erro na leitura do nível da caldeira de uma
transmissão PD instalada com linhas de impulso. O transmissor de nível de PD
foi calibrado para caldeiras operando com máxima pressão e temperatura. No
entanto, durante a inicialização, quando a caldeira estava fria, as diferenças de
densidade da água e da pressão nas linhas de impulso causavam erros nas leituras
de nível de PD. A solução foi complementar a medição de PD com um radar de onda
guiada Rosemount 5301, com compensação dinâmica de vapor. Com leituras de
nível mais precisas durante todas as condições do processo, desde a inicialização
até à saída completa, os deslocamentos da caldeira foram minimizados. Esta
fábrica de papel agora desfruta de aumento da eficiência da caldeira, minimização
dos desligamentos de processo não planejados e aumento da produção.
Trocadores de calor — previsão e detecção de obstrução
Plantas de processamento podem ter centenas de trocadores de calor, que podem
ser obstruídos ao longo do tempo, afetando diretamente a capacidade de produção,
os custos de manutenção e o consumo de energia. A obstrução do permutador de
calor pode ser acelerada por diversos fatores, incluindo sedimentação, corrosão,
decomposição e cristalização. No entanto, devido à dificuldade e ao alto custo de
monitoramento percebido em tempo real, muitos trocadores de calor só podem ser
verificados periodicamente, durante as rondas de campo. Os operadores, utilizando
métodos de medição visuais e manuais, são muitas vezes desafiados a identificar
sinais de contaminação e, ao longo do tempo, ocorre o acúmulo. O acúmulo impede
a transferência de calor, reduz a taxa de transferência e eleva o consumo de energia.
Os custos de energia sobem quando a obstrução exige que mais calor seja fornecido
para atender uma mudança de temperatura necessária.
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Cinco medidas principais de eficiência energética
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Não seria ótimo se você pudesse sustentar a capacidade de produção ideal e conter
as perdas de energia em até 10% a cada ano, sabendo sempre com antecedência a
hora de limpar os trocadores de calor? Ambos os resultados são possíveis com a
utilização da solução de monitoramento das condições do permutador de calor da
Emerson. Ela fornece medições de temperatura e pressão que são tendenciadas,
abordadas e analisadas para alertar os operadores sobre possíveis problemas de
obstrução ou projeto antes que eles surjam. Essas ferramentas fornecem aos seus
operadores a transferência de calor calculada, o coeficiente de transferência de calor
do trocador, fatores obstruentes e o custo de degradação; todas as informações que
seus engenheiros necessitam para manter seus trocadores de calor funcionando
com desempenho otimizado.
A solução de monitoramento da condição do permutador de calor da Emerson
é construída em torno de instrumentos e softwares prontos para o uso. Os
transmissores de pressão wireless Rosemount são utilizados para detectar o
aumento da pressão diferencial entre os lados quente ou frio do permutador de
calor, indicando que um determinado permutador necessita de limpeza. Os
medidores de vazão por PD wireless Rosemount medem a vazão através de cada
lado do permutador, para cálculos de transferência de calor e detecção de alta taxa
de obstrução. Os transmissores de temperatura wireless multiponto Rosemount
podem monitorar até quatro canais de temperatura, permitindo a medição dos
diferenciais de temperatura de entrada/saída para os lados quente e frio do
permutador. Um gateway wireless inteligente conecta redes auto-organizadas de
instrumentos aos sistemas host e aos aplicativos de dados. O pacote Emerson
AMS™: Os gráficos de ativos para operações fornecem, em tempo real, telas gráficas
que indicam o funcionamento anormal, incluindo alta taxa de obstrução ou
notificações de “limpeza necessária” do permutador.
A implementação do monitoramento das condições do permutador de calor pode
melhorar seu planejamento de recuperação, permitindo o agendamento preciso
das limpezas dos trocadores de calor mais obstruídos, a fim de sustentar a
transferência de calor ideal e reduzir a perda de energia em até 10%.
O monitoramento das condições do permutador de calor tem produzido grandes
resultados para as refinarias de petróleo. Em cada refinaria de petróleo existem
centenas de trocadores de calor. A obstrução gradual dos trocadores de calor reduz
a transferência de calor, tornando necessária uma maior queima de combustível.
Eventualmente, o aquecedor bruto atingirá sua capacidade máxima, o que pode
limitar a produção da refinaria e reduzir a qualidade do produto. A adição de
instrumentos de pressão e temperatura wireless é econômica e de fácil
implementação, e dá visibilidade aos operadores no desempenho do permutador
de calor. Com o monitoramento das temperaturas de entrada e saída e os vazões
de processo de ambos os lados, quente e frio, os operadores podem diminuir o
uso de combustível e reduzir os custos de energia, bem como garantir a melhor
utilização da unidade e a qualidade mais consistente do produto.
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Sistema de vapor — monitoramento de purgadores
de vapor
A maioria das plantas industriais utiliza o calor do vapor para fornecer a energia
que conduz os processos. Os componentes óbvios desse sistema de vapor são as
caldeiras e as linhas de distribuição de vapor. Um componente crítico do sistema de
vapor que é frequentemente esquecido são os purgadores de vapor — as válvulas
mecânicas que deixam a água condensada fora de seu sistema, mantendo o vapor
dentro. Uma grande planta pode ter milhares de purgadores de vapor distribuídos
em todo o sistema de vapor.
Quando um purgador de vapor falha, isto pode acontecer de duas maneiras: aberto ou
fechado. Um purgador de vapor aberto permite o vazamento do vapor, desperdiçando
energia valiosa. Um purgador de vapor fechado permite que a água condensada se
acumule no tubo de vapor, criando problemas de confiabilidade e causando eventos
chamados “martelo de água” que podem danificar o sistema de vapor e qualquer
equipamento conectado à planta. Purgadores de vapor têm uma vida útil média
esperada de cerca de cinco anos, portanto, a substituição regular de purgadores
defeituosos é essencial para o bom funcionamento de seu sistema de vapor.
Os purgadores de vapor defeituosos nem sempre são evidentes. Normalmente,
eles são detectados durante rondas de inspeção manual, que são agendadas
apenas uma vez por ano, ou até com menos frequência. Uma conta de energia
elétrica típica de uma planta pode ser de US$ 20 milhões a US$ 30 milhões por ano,
de acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos(1), “Em sistemas de
vapor que não receberam manutenção por três a cinco anos, entre 15% e 30% dos
purgadores instalados pode ter falhado, permitindo o escape de vapor vivo”.
O Rosemount 708 Transmissor acústico wireless, operando em uma rede wireless
inteligente da Emerson, monitora continuamente os purgadores de vapor e
identifica os purgadores defeituosos imediatamente. O dispositivo em si é não
intrusivo e muito fácil de instalar: ele é simplesmente anexado ao tubo com cinta
de fixação de aço inoxidável, acima do purgador de vapor. Pequeno e leve, este
dispositivo pode ser facilmente instalado em locais apertados e áreas de risco.
Recomendamos o monitoramento de todos os seus purgadores críticos: aqueles
que têm alto potencial de perda de vapor, se houver falha ao abrir, e aqueles
que desempenham um papel fundamental em seu processo. Os transmissores
Rosemount 708 se auto-organizarão em uma rede que fornecerá informações
em tempo real sobre as condições de seu sistema de vapor.
Na Barking Power, uma planta de geração de energia no Reino Unido, 35 transmissores
acústicos foram instalados nos purgadores de vapor. Na primeira semana de operação,
esta nova tecnologia identificou um vazamento a partir de um purgador de vapor do
superaquecedor de alta pressão. O custo desse vazamento foi estimado em mais de
€ 1.400 (US$ 2.200) para cada 24 horas de operação. “Estes dispositivos nos dão um
1.
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Departamento de Energia dos Estados Unidos. Escritório de manutenção avançada. Eficiência energética e energia renovável. Ponta de vapor folha nº 1.
DOE/GO-102012-3401. Janeiro de 2012. Arquivo PDF.
Cinco medidas principais de eficiência energética
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retrato melhor do que está acontecendo”, disse Tony Turp, engenheiro sênior de
controle. Ele também observou que a planta é agora mais capaz de usar seus recursos
de manutenção, planejando reparos com antecedência. “No geral, temos melhorado
a eficiência da planta, reduzido as perdas de vapor e melhorado a segurança e a
produtividade do nosso pessoal”, disse Turp.
A empresa petroquímica sul-africana Sasol Technology instalou transmissores
acústicos em 20 purgadores de vapor críticos, obtendo uma economia de custos
de cerca de US$ 42.000 anuais. E, devido ao fato das inspeções manuais nesses
purgadores estarem agora reduzidas a umas poucas por ano, a empresa também
obteve uma economia de US$ 15.627 em custos anuais de manutenção. “Com o
monitoramento acústico on-line, a usina agora recebe antecipadamente um aviso
quando houver falha nos purgadores de vapor”, disse o Dr. André Joubert, gerente
de sistemas de controle e instrumentação da Sasol. “No geral, os transmissores
acústicos inteligentes são compensados em menos de três meses.”
Você não pode gerenciar o que não mede
Acima estão vários casos em que as plantas industriais usaram melhores
tecnologias de medição para economizar energia e, posteriormente, reduzir os
custos operacionais. Uma fábrica de papel na Nova Inglaterra está economizando
US$ 1 milhão por ano, acompanhando mais de perto o uso de vapor, ar e água.
Na América do Sul, uma fábrica de produtos químicos está economizando
US$ 750 mil por ano, usando uma maneira melhor de medir a vazão do seu
ar comprimido. Nos Estados Unidos, uma fábrica de papel minimizou os
deslocamentos da caldeira durante a ativação através de medições mais precisas
do nível da caldeira. As refinarias de petróleo estão usando instrumentação
wireless, fornecendo aos operadores a visibilidade sobre o desempenho do
permutador de calor, para economia de combustível e maior qualidade do produto.
Uma planta de geração de energia encontrou um vazamento no purgador de vapor
que estava lhes custando US$ 2.200 por dia. E uma empresa petroquímica
sul-africana economizou em torno de US$ 42.000 anualmente em custos de vapor
instalando transmissores acústicos. A sua situação é única, mas a implementação
de qualquer uma dessas cinco estratégias de medição levará você a economizar
energia em sua planta.
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Relatório de percepção da engenharia
Para recursos adicionais sobre a utilização de medidas para aumentar
a eficiência energética e confiabilidade em toda a planta, visite
www.EmersonProcess.com/Rosemount-energy
Sede global
Emerson Process Management
6021 Innovation Blvd.
Shakopee, MN 55379, EUA
+1 800 999 9307 ou +1 952 906 8888
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Os Termos e condições de Venda padrão podem ser encontrados em
www.Emerson.com/en-us/pages/Terms-of-Use.aspx
O logotipo da Emerson é uma marca comercial e uma marca de serviços
da Emerson Electric Co.
Rosemount e o logotipo da Rosemount são marcas comerciais da Rosemount Inc.
Annubar e Hydrastep são marcas comerciais da Rosemount Inc.
DeltaV é uma marca comercial da Emerson Process Management.
AMS é uma marca comercial da Emerson Electric Co.
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