Segurança e Economia no Uso da Energia

O setor industrial é responsável por aproximadamente 46% do consumo de energia elétrica no Brasil, do qual somente os motores absorvem 51% da energia consumida. Quando se trata de reduzir desperdícios e economizar energia, as principais recomendações incluem otimização do sistema motor-equipamento, substituição de motores superdimensionados, correção do fator de potência baixo e redução dos picos de demanda.
Dos diversos tipos de motores elétricos existentes, o mais significativo no mercado brasileiro é o motor de indução trifásico, que utiliza 75% do consumo total de energia elétrica para força motriz. O volume anual de venda desses motores é bastante representativo. No mercado brasileiro existem, para motores de potência até 250 CV, duas linhas distintas de fabricação: a linha padrão e a linha de alto rendimento, mais eficiente.

MOTORES

Rendimento
Em motores maiores que 30 CV a transformação de energia elétrica em energia mecânica chega a acumular uma perda de 10% no rendimento. Para um mesmo motor, o rendimento decresce com a redução da carga no eixo, assim o dimensionamento inadequado do motor pode resultar em desperdício de energia.
Muitas vezes, o superdimensionamento dos motores resulta da falta de conhecimento sobre o ciclo de carga e os coeficientes de segurança. Como exemplo: no dimensionamento de um sistema de bombeamento, o engenheiro de processo aplica um coeficiente de segurança sobre o valor da vazão necessária, o engenheiro mecânico aplica o coeficiente de segurança sobre a potência e o rendimento da bomba e o motor escolhido será aquele imediatamente superior ao calculado. Dessa forma, o motor irá trabalhar com potência real 60% inferior à potência nominal, caindo numa faixa de rendimento menor.

Fator de Potência
Quanto menor o fator de potência, maiores as correntes que irão circular desnecessariamente, não somente no motor, mas principalmente na rede, causando perdas de energia proporcionais ao dobro da corrente. O baixo fator de potência pode ser corrigido com a instalação de capacitores.

Motores Mais Eficientes
Os motores elétricos tem o seu dimensionamento otimizado para funcionamento sob tensão nominal. Embora, por norma, devam suportar variações de tensão em torno de 10%, isso não significa que, sob essas condições, os motores terão o mesmo desempenho. O aumento da tensão provoca a redução do fator de potência e, sob carga reduzida, o efeito é ainda pior. A redução da tensão aumenta o fator de potência e o rendimento, porém pode haver problemas com a partida do motor. O desequilíbrio de fases geram correntes excessivas circulando no motor, provocando perdas, elevação da temperatura e, consequentemente, redução da vida útil do equipamento. A distribuição equilibrada das cargas pode corrigir esse problema.
Em sistemas de geração própria, as quedas na freqüência de alimentação podem causar a queima de motores, que suportam, normalmente, variações de freqüência nominal em torno de 5%. Dessa maneira, aqueles projetados para 60 Hz podem queimar se ligados em 50 Hz, devido à elevação da corrente de magnetização com redução da freqüência.

Perdas Mecânicas
O sistema de transmissão mecânica deve ser adequado às características da carga a ser acionada e deve haver compatibilidade com os esforços radiais e axiais que o motor suporta. Transmissões inadequadas podem causar grandes perdas de energia, além de fadiga prematura, desgaste nos mancais e deformações anormais no eixo.

Recondicionamento
É preciso muito cuidado na hora de trocar um motor que apresentou defeito. Motores com potência pequena não devem ser recuperados pois o custo geralmente é superior ao de um motor novo. É freqüente, na recuperação de um motor danificado, a introdução de novos fatores que irão aumentar consideravelmente as perdas em relação ao original, tais como:
- Aquecimento excessivo do núcleo de ferro para retirada do enrolamento defeituoso, provocando o rompimento do isolamento interlaminar e, como conseqüência, aumentando as perdas por correntes parasitas;
- Rebobinagem em desacordo com os dados de projeto do fabricante;
- Reparos no rotor, como a usinagem no diâmetro externo, provocam um grande aumento na corrente de magnetização e, conseqüentemente, das perdas.

IMPORTANTE: Os dados originais de corrente e consumo a vazio de cada motor devem ser arquivados e comparados após cada reparo.

INSTALAÇÕES DE AR COMPRIMIDO

Para os setores de mineração, fundição, indústrias químicas e siderúrgicas, o ar comprimido é uma fonte de energia fundamental. As instalações de ar comprimido podem representar grandes oportunidades de economia desde que tenham um projeto adequado, que sejam operadas de forma correta e que ocorram manutenções eficientes.

O Projeto
Algumas medidas adotadas durante o projeto implicam em poucos investimentos e significam um bom aproveitamento do sistema, com redução no consumo de energia ao longo da vida útil da instalação.
Assim, o ponto de captação do ar comprimido, por exemplo, deve estar em local de baixa incidência de calor. Um aumento de 5ºC na temperatura do ar aspirado implica aumento do consumo de energia na ordem de 1%. A escolha do tipo de compressor mais adequado às necessidades do processo produtivo é outro aspecto importante a ser considerado. Deve-se contemplar, por exemplo, a possibilidade de utilizar compressores com múltiplos estágios de compressão.
Ao projetar uma nova instalação, reformar ou ampliar uma instalação, é preciso adotar tubulações com diâmetro 10% maior acima do calculado. Essa medida trará uma redução de 32% na perda da carga.
Também é possível prever, ainda no projeto, um sistema de recuperação do calor gerado pelo aquecimento dos compressores, permitindo o aproveitamento de até 90% do calor gerado.

A Operação
O custo de operação de uma instalação de ar comprimido depende de um grande número de fatores como, por exemplo, o consumo de energia elétrica, o consumo de água no resfriamento, a manutenção da segurança na operação e a necessidade de sistemas de supervisão.
Outra forma de reduzir desperdícios é evitar o uso desnecessário do ar comprimido para limpar máquinas ou locais de trabalho.

A Manutenção
Os vazamentos são os grandes responsáveis pelos desperdícios de energia encontrados nas instalações de ar comprimido. O uso racional de energia na manutenção deve prever uma inspeção completa três ou quatro vezes ao ano, em toda a linha de distribuição e em equipamentos que utilizam ar comprimido, dando atenção aos cilindros pneumáticos e válvulas de controle. É importante quantificar a perda total de ar no sistema, pelo menos uma vez ao ano.

SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO

Os sistemas de refrigeração ou ar condicionado estão entre aqueles que consomem grandes quantidades de energia, quer pelas características dos processos físicos envolvidos, quer pelo uso contínuo a que são submetidos durante longos períodos.
Algumas medidas podem ajudam a reduzir o consumo de energia desses sistemas:

• Regule as fontes internas de calor (ou de frio), otimizando o funcionamento de equipamentos e instalações como motores elétricos, fornos, iluminação e outros, procedendo ao isolamento térmico de tubulações e depósitos de substâncias aquecidas (ou refrigeradas);
• Substitua o ar ambiente pelo ar frio da madrugada para diminuir a carga térmica da edificação;
• Utilize somente as torres de refrigeração, bombas e outros equipamentos que forem essenciais à operação do sistema;
• Reduza o fluxo de ar ao mínimo adequado a cada área;
• Instale recuperadores de ar, resfriando o ar externo através do ar de exaustão, quando o processo exigir a troca de todo o ar interno por ar externo;
• Faça manutenção periódica em todo o sistema, eliminando vazamentos e limpando aparelhos de janela e torres de refrigeração;
• Regule o sistema para que ele opere em torno da maior temperatura da zona de conforto indicada pelo projetista ou conforme os padrões da ABNT;
• Instale equipamentos de controle de rotação dos motores das bombas de sistemas que usam água gelada para adaptar a vazão às necessidades momentâneas do sistema, reduzindo assim o consumo de energia no bombeamento;
• Use um sistema de aeração natural para desligar o sistema de ar condicionado, sempre que as condições permitirem.

TRANSFORMADORES

Os transformadores são equipamentos estáticos que transferem energia elétrica de um circuito para outro, variando os valores de corrente e tensão. Nessa transferência de energia ocorrem perdas que decorrem da construção do transformador e do regime de funcionamento. O rendimento dos transformadores é, em geral, elevado, principalmente se o equipamento é de boa qualidade. O conjunto de suas perdas pode parecer desprezível, mas se for considerada a sua potência nominal, torna-se significativo.
Apesar de o transformador ser projetado para operar adequadamente em condições de carga nominal, é evidente que quanto maior a carga do transformador, maior será o aquecimento do equipamento, provocando redução da vida útil. Por isso, pode-se utilizá-lo com carregamento de 30 a 80% da potência nominal determinada.
Para obter melhor rendimento dos transformadores, pode-se tomar as seguintes medidas:

• Elimine progressivamente os transformadores muito antigos, substituindo-os por outros mais modernos, quando ocorrer problemas;
• Durante prazos relativamente curtos, inferiores a uma semana, deixe os transformadores desligados da rede quando não estiverem em serviço, evitando problemas decorrentes da absorção de umidade;
• Quando existem diversos transformadores para alimentar a mesma instalação, teoricamente seria econômico ajustar a carga em funcionamento, alterando o uso dos transformadores quando cabível, limitando assim as perdas em vazio nas horas de baixa carga ou nos horários em que a indústria não esteja funcionando;
• Em muitos casos, pode ser uma boa opção ter um transformador menor, exclusivo para a alimentação da iluminação, de modo que ela fique ligada durante o serviço de limpeza, vigilância e nos horários em que a empresa não esteja efetivamente funcionando;
• Faça manutenções preventivas nos transformadores para eliminar a necessidade de paradas de emergência para manutenção corretiva;
• A manutenção dos transformadores é relativamente simples e trata basicamente da detecção de vazamentos, ensaio de rigidez dielétrica do óleo, inspeção das partes metálicas, testes de isolamento e limpeza geral.

IMPORTANTE: Compre sempre equipamentos de boa qualidade, observando as normas brasileiras.