Como reaproveitar água e calor no processo de compressão de ar e melhorar a eficiência energética na indústria?
Depois do agronegócio, o setor industrial é o que mais consome água no Brasil e por isso é constantemente desafiado a adotar boas práticas. Além de poupar os reservatórios, a economia de recursos hídricos se traduz em uma conta de luz mais barata e na melhoria da eficiência energética na indústria.
Quando comprimido, o ar atmosférico traz consigo a umidade relativa do ambiente para dentro do compressor. Inicialmente, quando o ar é comprimido, sua temperatura aumentada. Posteriormente, ela é reduzida por um processo interno de resfriamento, ao entrar em contato com trocadores de calor. A umidade, que até então existia apenas na forma de vapor, se liquefaz em temperaturas mais baixas. É a formação do chamado “condensado”, que é eliminado do processo de compressão pelos drenos.
Já houve o tempo em que a água do condensado costumava ser totalmente descartada, mas a necessidade do uso sustentável do recurso aos poucos foi mudando a mentalidade da indústria, que passou a reaproveitá-la.
Compressores isentos de óleo ajudaram a estimular o reuso. O fato de essas máquinas não possuírem nenhum contaminante de óleo dentro do processo de compressão permite o reuso de água destilada.
O reaproveitamento da água do condensado vale para qualquer situação de reuso, como limpeza da fábrica, regar plantas e descarga em banheiros. Ela também pode ser utilizada como água de reposição em torre de resfriamento e recalque de caldeiras.
***Reaproveitando o calor
Estima-se que até 90% da energia consumida pelo compressor é transformada em calor. Unidades de recuperação de energia podem ser instaladas para reaproveitar o calor gerado na compressão do ar, que é direcionado para o aquecimento da água, geralmente vinda torre de resfriamento. Assim, a mesma quantidade de energia é utilizada para duas finalidades diferentes.
***Reaproveitando a água do compressor
A Unidade de Recuperação de Energia modifica o circuito de água do equipamento. Ela continua passando por dentro do compressor para resfriá-lo, mas com o circuito modificado, é possível aumentar sua temperatura na saída.
Assim, a água aquecida pelo calor da compressão pode chegar a uma temperatura de até 90°C e ser usada de diversas maneiras. As indústrias, de maneira geral, demandam água quente em diferentes situações: em caldeiras, no pré-aquecimento de moldes, no processo produtivo em geral, além de ser possível utiliza-lá em cozinhas, chuveiros, etc.
O reaproveitamento da água e do calor no processo de compressão é bom para o seu bolso e para a natureza. A otimização do uso da energia elétrica contribui com a sustentabilidade dos recursos hídricos, que ultimamente andam bem escassos.
Na indústria, quando um equipamento quebra, não é só dos custos de conserto que estamos falando. Também deve-se considerar os gastos acarretados pela parada não programada: mão de obra ociosa, deslocamento da equipe de reparos e, obviamente, o faturamento que deixa de existir. É claro que pode-se reparar o que for necessário e voltar à atividade. Mas, sem realizar a análise da causa raiz da falha, é bem provável que, em pouco tempo, você enfrente este problema novamente.
Ruídos, vibrações e falta de precisão dos equipamentos podem indicar problemas muito mais graves que aquele que está sendo percebido. É preciso investigar a causa raiz da falha e entender como evitá-la no futuro. Para isso, existe a i da Causa Raiz (ou RCA, sigla em inglês para Root Cause Analysis), que se baseia em encontrar, corrigir e documentar as falhas primárias, de modo a auxiliar na correta manutenção dos ativos.
Este método é importante, especialmente, para o setor de manutenção, uma vez que direciona os esforços das rotinas preditivas e preventivas. Neste artigo, selecionamos alguns métodos que podem ajudar os profissionais desta área a encontrarem a real causa raiz da falha e, assim, atuar com efetividade na prevenção de colapsos futuros. Acompanhe e entenda como fazer.
Causa raiz da falha: os principais métodos de análise
Embora gestores possam optar por diferentes métodos de análise, o objetivo deles é um só: encontrar a causa raiz do problema. E ela deve ser reduzida a uma só! Não importa se a forma de análise escolhida foi a Espinha de Peixe ou Os 5 Porquês ― que falaremos mais detalhadamente nos parágrafos abaixo ―, a metodologia deve ser certeira na detecção da falha inicial. Apenas com a certeza de lidar com o problema certo é que será possível encontrar a solução mais adequada.
Você irá perceber que muitas hipóteses serão levantadas durante a procura pela causa raiz da falha. Mas, é imprescindível que apenas uma delas seja apontada como a catalisadora dos eventos posteriores.
Técnica dos 5 porquês
Antes de começar, é bom ressaltar que o “5” citado é apenas uma referência. O número de “porquês” pode ir bem além deste que consta no título. O motivo é bem simples: encontrar a causa raiz da falha pode ser um trabalho bastante complexo e que envolve muitas variáveis.
A técnica consiste em fazer com que a falha apresentada sirva de base para questionamentos que, a medida que se aprofundam, revelam a causa raiz. Para ficar mais claro, imagine que o dente de uma engrenagem de um trator quebrou. Isso, claro, ocasionou a parada total do equipamento. Ao aplicar o método dos “5 porquês”, o raciocínio aplicado seria:
Por que o dente quebrou? Porque haviam fendas na superfície metálica.
Por que haviam essas fendas? Porque os micropittings que a causaram não foram detectados.
Por que os micropittings surgiram? Porque o óleo lubrificante utilizado tinha ação antiespumante e fez com que o filme de proteção se rompesse, causando atrito entre as faces metálicas.
Por que houve a compra equivocada do insumo? Porque não havia respaldo técnico na hora de realizar a cotação com os fornecedores.
Desta forma, um problema, literalmente, minúsculo como o micropitting (eles, comumente, possuem entre 10 e 20 µm de profundidade e largura, enquanto o comprimento varia de 25 a 100 µm) acarretou um efeito dominó que culminou na parada não programada do equipamento.
Entretanto, a causa raiz da falha é uma só: a falta de sincronia entre setores tão importantes para manter a competitividade da indústria.
Método Espinha de Peixe
Esta abordagem é mais visual. Embora seja parecida com a dos “5 Porquês”, trabalha um pouco mais na subcategorização dos problemas adjacentes. Para começar, você deve traçar uma linha horizontal (a “espinha do peixe”) e ramificações que partem deste esqueleto (as “costelas do peixe”). Cada ramificação corresponde a uma categoria que deve ser avaliada, sendo que estas também podem ser divididas em subcategorias.
Ainda considerando o exemplo anterior, onde há a quebra do dente da engrenagem do motor, ao utilizar o Método Espinha de Peixe (também conhecido como Diagrama de Ishikawa), a análise ocorreria da seguinte maneira:
Nas ramificações, surgem as categorias que podem ter influência na causa raiz do problema. A cada subcategorização, é possível ver claramente quais segmentos podem ser descartados, quais inconformidades podem ser correlacionadas e quais são as verdadeiras causas raiz do problema.
O que fazer após identificar a causa raiz da falha
Diagnosticar a causa raiz da falha tem um papel fundamental para manter a competitividade INDUSTRIAL . Apenas conhecendo os pontos de atenção das máquinas é que se podem traçar estratégias para mitigar os danos. Todavia, é preciso que as informações obtidas nas análises sirvam de base para evitar novos colapsos.
Para isso, atue seguindo estes 5 passos:
1. Identifique quais ações corretivas capazes de evitar a recorrência das falhas. Analise se essas atitudes reduziriam ou evitariam o colapso, caso tivessem sido implementadas previamente;
2. Categorize as ações corretivas em:
2.1 as que impediriam a recorrência com razoável certeza;
2.2 aquelas que estão dentro do seu controle;
2.3 que atendem as metas e objetivos;
2.4 as que não criam nem suscitam outros imprevistos.
3. Implemente as ações na causa raiz;
4. Acompanhe o desempenho dessas ações e garanta que estão atendendo as expectativas;
5. Detecte e aborde também as situações correlacionadas à causa raiz da falha.
Todas essas informações servem de base para a equipe de manutenção industrial. Em posse delas, o setor pode agir de modo a evitar novos problemas, gerar economia para a indústria e manter a disponibilidade dos ativos industriais, diminuindo até mesmo a sua depreciação.
Agora que você já sabe como identificar corretamente a causa raiz da falha;Continue acompanhando para mais novidades e artigos sobre a indústria
Com o avanço da tecnologia da Eletrônica
de Potência, a cada dia surgem novos equipamentos,
destinados a modernizar as técnicas convencionais
de acionamento de motores de indução trifásicos.
Dentre estes, existem equipamentos providos de
tiristores conectados em anti-paralelo, que através do
controle do ângulo de disparo desses tiristores,
consegue-se uma redução do valor RMS da tensão
aplicada aos bornes do motor, possibilitando desta
forma partidas e paradas suaves.
Quando o motor opera com carga reduzida,
o mesmo apresenta fator de potência abaixo do
nominal, o Soft Starter otimiza o ponto de trabalho,
minimizando as perdas por reativos e fornecendo
somente potência ativa necessária para manter a
rotação nominal com carga parcial, ou seja o valor
médio da tensão é reduzido ceifando-se parte do
ciclo da onda senoidal, conseguindo-se desta forma
uma otimização do fator de potência e uma
consequente economia de energia.
Existem várias topologias para diversas
aplicações, nas quais o Soft Starter pode ser usado.
SEGUE ABAIXO UM MANUAL COMPLETO DO SOFT STARTER WEG.
Hoje as alternativas para partidas controladas de motores elétricos são 100% eficientes para cada tipo de aplicação devido aos diversas possibilidades oferecidas pelos inversores de frequência. Através dos inversores é possível controlar diversos parâmetros para total acionamento, controle e monitoramento do desempenho de motores elétricos trifásicos.
Hoje o inversor de frequência está presente nos mais variados ramos indústrias como principal alternativa aos tradicionais métodos de partida de motores abaixo:
- Partida direta é o método de acionamento de motores de corrente alternada, na qual o motor é conectado diretamente a rede elétrica. Ou seja, ela se dá quando aplicamos a tensão nominal sobre os enrolamentos do estator do motor, de maneira direta.
Neste tipo de partida, a corrente de pico (Ip) pode variar de 4 a 12 vezes a corrente nominal do motor, sendo a forma mais simples de partir um motor. Comumente, a vantagem principal é o custo, pois não é necessário nenhum outro dispostivo de suporte que auxilie a suavizar as amplitudes de corrente durante a partida.
Há inúmeras desvantagens com relação a outros métodos de partida, como por exemplo, um transiente de corrente e torque durante a partida. A corrente variando entre 4 e 12 vezes a nominal, obriga o projetista do sistema elétrico a superdimensionar o sistema de alimentação, disjuntores, fusíveis, que fazem parte do circuito de elétrico que alimenta o motor. Dependendo dos valores de pico de corrente, a tensão do sistema pode sofrer quedas. O Transiente de torque, faz com que os componentes mecânicos associados ao eixo do motor, sofram desgaste prematuro. A situação piora à medida que a potência elétrica do motor aumenta. Métodos alternativos que suavizam a partida direta, podem ser obtidos com contatores e temporizadores (partida Estrela-Triângulo), autotransformadores ou sistemas eletrônicos como os Soft Starters.
- Partida compensadora ou chave compensadora é utilizada para partidas sob cargas de motores de indução trifásicos com rotor em curto-circuito, onde a chave estrela-triângulo é inadequada. A norma prevê a utilização desta chave para motores, cuja potência seja maior ou igual a 15 CV. Esta chave reduz a corrente de arranque, evitando sobrecarregar a linha de alimentação. Deixa, porém, o motor com conjugado suficiente para a partida.
A tensão na chave compensadora é reduzida através de um autotransformador trifásico que possui geralmente taps de 50%, 65 % e 80% da tensão nominal.
Durante a partida alimenta-se com a tensão nominal o primário do autotransformador trifásico conectado em estrela e do seu secundário é retirada à alimentação para o circuito do estator do motor.
A passagem para o regime permanente faz-se desligando o autotransformador do circuito e conectando diretamente a rede de alimentação o motor trifásico.
Este tipo de partida normalmente é indicado para motores de potência elevada, acionando cargas com alto índice de atrito, tais como, como acionadores de compressores, grandes ventiladores, laminadores, moinhos, bombas helicoidais e axiais (poço artesiano), britadores, calandros, máquinas acionadas por correias, etc.
- Partida estrela-triângulo é um método de partida de motores elétricos trifásicos, que utiliza uma chave de mesmo nome. Esta chave, que pode ser manual ou automática, é interligada aos enrolamentos do motor, que devem estar acessíveis em 6 terminais.
Neste método o motor parte em configuração estrela que proporciona uma maior impedância e menor tensão nas bobinas diminuindo assim a corrente de partida o que ocasionará uma perda considerável do conjugado (torque) de partida.
Através desta manobra o motor realizará uma partida mais suave, reduzindo sua corrente de partida a aproximadamente 1/3 da que seria se acionado em partida direta.
A Partida Estrela-triângulo não pode ser utilizada em qualquer situação. É necessário que o motor tenha disponível pelo menos seis terminais dos enrolamentos e que a tensão nominal (tensão da concessionária) seja igual à tensão de triângulo do motor.
Um ponto importantíssimo em relação a este tipo de partida de motor elétrico trifásico, é que o fechamento para triângulo só deverá ser feito quando o motor atingir pelos menos noventa por cento da rotação nominal. Logo, o ajuste de tempo de mudança estrela-triângulo deverá estar baseado neste fato. O uso de um tacômetro é essencial nesta tarefa na primeira vez que for testar o sistema com carga. A mudança da configuração para triângulo sem que o motor tenha atingido este percentual de rotação provocaria pico de corrente praticamente igual ao que teria se usasse partida direta. Se o motor em questão não preenche este quesito por conta da carga instalada, é conveniente que seja usado outro tipo de partida como: Chave compensadora, Soft-starter ou até mesmo um Inversor de frequência nesta função.
- Partida em série-paralelo é um método na engenharia para efetuar a partida de um motor. Nela é necessário que o motor elétrico seja ajustável para duas tensões, a menor delas igual a da rede e a outra duas vezes maior. Este tipo de ligação exige nove terminais do motor elétrico e que este seja ajustável para quatro níveis de tensão (220/380/440/760 volts, por exemplo). A tensão nominal mais comum é 220/440 volts, ou seja, durante a partida o motor é ligado na configuração série (440 volts), até atingir sua rotação nominal e, então, comuta para ligação em paralelo (220 volts).
Na partida série-paralelo o pico de corrente elétrica é reduzido a 1/4 porém, o conjugado de partida do motor também se reduz na mesma proporção e, portanto, ele precisa partir praticamente em vazio (sem carga).
ABAIXO LINK DO UM DOS VÁRIOS TIPOS INVERSOR DE FREQUENCIA WEG COM EXPLICAÇÃO DETALHADA,ESQUEMA DE LIGAÇÃO:
Esse tipo de relê, como dispositivo de proteção, controle ou comando do circuito
elétrico, atua por efeito térmico provocado pela corrente elétrica. O elemento básico dos
reles térmicos e Bimetálicos.
O bimetal é um conjunto formado por duas lâminas de metais diferentes Ferro
(normalmente e níquel), sobrepostas e soldadas.
Esses dois metais, de coeficientes de dilatação diferentes, metálico formam um par. por
causa da diferença de coeficiente de dilatação, se o par metálico submetido a uma
temperatura elevada, vai fazer um dos metais do par se dilatar mais que o outro.
Por estarem unidos fortemente, o metal de menor coeficiente de dilatação provoca o
encurvamento do conjunto para o seu lado, afastando o conjunto de um determinado
ponto. Causando assim o desarme do mesmo.
Basicamente, existem dois tipos de contatores:
Contatores para motores (de potência);
Contatores auxiliares.
Esses dois tipos de contatores são semelhantes. O que os diferencia são algumas
características mecânicas e elétricas.
Assim, os contatores para motores caracterizam-se por apresentar:
* Dois tipos de contatos com capacidade de carga diferentes chamados
principais(potência) e auxiliares; *Maior robustez de construção;
*Possibilidade de receberem relés de proteção;
*Câmara de extinção de arco Voltaico;
*Variação de potência da bobina do eletroímã de acordo com o tipo do contator,
*Tamanho físico de acordo com uma potência um ser comandada;
*Possibilidade de ter uma bobina do secundário com eletroímã.
Os contatores auxiliares são usados para:
Aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores de motores, comandar
contatores de elevado consumo na bobina, evitar repique e para sinalização.
Esses contatores apresentar caracterizam-se por:
* Tamanho físico variável conforme o número de contatos;
* Potência do eletroímã praticamente constante;
* Corrente nominal de carga máxima de 10 A para todos os contatos;
* Ausência de necessidade de relê de proteção e de câmara de extinção.
Hoje em dia a preocupação com a Qualidade da Energia tem aumentado muito. Entende-se por
Qualidade de Energia o grau no qual tanto a utilização quanto a distribuição de energia elétrica afetam
o desempenho dos equipamentos elétricos. Qualquer variação na amplitude, forma de onda ou
freqüência, em relação aos valores ideais da tensão senoidal, podem ser considerados como distúrbios
na Qualidade da Energia.
Em países como Estados Unidos e também na Europa já existem normas que visam melhorar a
Qualidade da Energia estabelecendo limites para o consumo de Energia Reativa e também limitando a
Distorção Harmônica que as cargas podem produzir na rede elétrica. Com isso, é possível obter uma
série de benefícios, como por exemplo, a diminuição de perdas, redução no stress de transformadores
devido ao aquecimento excessivo, redução da interferência nos sistemas de telefonia, entre outros.
Acesse o link abaixo na qual achei interessante colocar por ser bem completo e didático de forma clara ao companheiros da elétrica/automação.
