Uma das melhores formas de se alinhar à produção sustentável é investir em eficiência energética (EE). Levando em consideração que os três pilares dos negócios verdes são o econômico, o ambiental e o social, a EE tem forte impacto nos dois primeiros. Pode não fazer sentido, em um primeiro momento, ligar processos térmicos 4.0 à sustentabilidade, mas tenho convicção de que uniremos estes pontos nos próximos parágrafos.

A eficiência térmica de um forno industrial compara o quanto de energia se necessita teoricamente para executá-lo com o quanto efetivamente se gasta, onde 100% de eficiência representa um processo ideal e 0% representa um processo absolutamente ineficiente. Resumindo, precisamos de dois números para calcular a eficiência:

Numerador: é o consumo de energia teórico do processo, calculado a partir do peso, do tipo de material e da temperatura.

Denominador: o quanto se gastou de gás e/ou energia elétrica (vide artigo anterior) no processo, ou seja, a energia real.

A digitalização dos processos térmicos, ou seja, a aplicação dos conceitos da Internet Industrial a este mercado, permite que o valor da eficiência seja calculado continuamente, em tempo real. Além disso, permite que o processista determine as bandas ótima e aceitável da eficiência deste processo, solicitando que notificações via SMS e e-mail sejam enviadas para uma lista de destinatários quando ocorrerem desvios.

Vamos usar o exemplo de um forno de fusão de alumínio, cuja eficiência típica é de 24%. Determina-se então que a banda ótima seja de até 22% e que a banda tolerável seja de até 20%. Portanto, durante sua operação normal, a eficiência varia em torno de 24%. Imaginemos que o fim do curso do cilindro pneumático que aciona a porta tenha se deslocado e, quando a porta foi fechada, formou-se uma fresta por onde se perde calor. Automaticamente, o sistema de controle reconhecerá esta perda de energia, aumentando a potência dos queimadores a fim de compensar essa perda térmica adicional. E quanto à eficiência? Matematicamente falando, o denominador começou a aumentar e, consequentemente, a eficiência começa a cair. É nessa hora que a tecnologia 4.0 mostra sua força, avisando aos interessados que a eficiência está fora da sua faixa ótima. Desta forma, uma intervenção simples pode ser feita, restabelecendo as condições ideais do processo. Quantos milhares de reais podem ser economizados com este simples aviso? E quantas toneladas de gases de efeito estufa deixam de ser emitidos? E ainda: quanto a produtividade aumenta com a redução drástica dos tempos de parada de máquina?

São benefícios e mais benefícios, percebidos pela unidade industrial (operadores, mantenedores, processistas, gestores e acionistas) e pelo meio ambiente (menor demanda por energia e menor demanda de matérias-primas).

Por um mundo menos cinza e mais verde, digitalize seu processo térmico!

O post Menos cinza, mais verde! apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

O principal custo de um processo térmico é o energético, já que se trata de um processo energo-intensivo. Portanto, dividir o custo do gás natural ou da energia elétrica consumida pela respectiva produção, em um determinado período, acaba sendo a conta básica que a maioria faz, sendo o resultado expresso em Reais por tonelada tratada. Para aqueles que tratam somente um item em somente um forno, o custo energético acaba sendo bem preciso. Porém, para a grande maioria, acaba sendo uma arriscada generalização.

O caso mais encontrado é o de processamento de vários itens e é fácil entender que, neste caso, os custos energéticos variam por tonelada produzida, em função das seguintes variáveis:

– Temperaturas do processo;
– Tempo do processo;
– Geometria das peças;
– Geometria da carga;
– Tipo de forno (contínuo ou batelada);
– Material processado.

Percebe-se, então, que medir o consumo por equipamento é a melhor alternativa para se obter o correto custeio energético. Existem vários componentes disponíveis para a medição de consumo de energia elétrica, com custos que variam entre R$ 1.000 e R$ 3.000. A medição é feita em kWh, que pode ser convertido para Reais quando multiplicado pelo custo da energia elétrica da planta (R$/kWh).

Nos casos de equipamentos a gás, a solução é um pouco mais complexa e cara. Primeiro porque alguns medidores de vazão não são confiáveis. Tivemos más experiências, por exemplo, com medidores de vazão tipo turbina. Há um bom tempo temos utilizado e indicado o uso de medidores de vazão de lóbulos rotativos, os quais custam entre R$ 12.000 e R$ 25.000. Em segundo lugar, a medição se dá em metros cúbicos atuais, já que o gás (natural ou LP) é compressível, alterando seu volume com a pressão e a temperatura. Como estamos falando de custeio, o volume de gás atual precisa ser corrigido para as condições de temperatura e pressão definidos pela fornecedora do gás natural ou para kg, no caso do GLP. E esta correção atrapalha muita gente. Qual a temperatura e a pressão que deve ser usada na fórmula? A média?

Não bastassem estes desafios, ainda existe a dificuldade na coleta e armazenamento destes dados. Afinal, quem anota? Quando? Qual planilha deve ser preenchida? Onde fica esta planilha? E durante as férias do apontador?

Para superar todos estes problemas temos usado a Internet Industrial. Os sensores (medidor de energia ou vazão, temperatura e pressão do gás) são ligados a um hardware que apresenta as grandezas em uma pequena tela local e as transmite para um banco de dados na nuvem. Consequentemente, a partir de qualquer navegador conectado à Internet, se tem acesso ao consumo desde o dia da instalação do equipamento, permitindo com que o custo do processo seja facilmente conhecido.

Essa é a forma mais fácil e economicamente viável de se monitorar o custo energético dos processos térmicos. Além de ser um grande primeiro passo para a digitalização dos equipamentos térmicos, tornando-os máquinas inteligentes e conectadas, à serviço das pessoas.

O post Qual o custo energético do processo térmico? apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

Estes são os desafios dos projetistas. No entanto, logo após o funcionamento dos fornos, estas responsabilidades acabam sendo transferidas para os usuários do equipamento, os quais têm as seguintes tarefas: produção, processo e manutenção. Por mais que documentação e treinamento sejam disponibilizados aos interessados, fatores como reposicionamentos, promoções e demissões, acabam alterando o quadro de usuários e invariavelmente as informações se perdem. E as consequências não são nada agradáveis: queda na produtividade, qualidade e na disponibilidade do equipamento.

É neste ponto que a digitalização de equipamentos térmicos pode desempenhar um importante papel. Sensores são instalados no forno, gerando dados que são apresentados ao operador, tornando-se informação. Esta informação acumulada gera conhecimento, o que levará à sabedoria operacional (Fig. 1).

Vamos tomar como exemplo um forno contínuo de lâminas de aço, as quais serão temperadas no óleo. As lâminas são colocadas na mesa de carregamento que possui célula de carga, indicando o peso que está sendo carregado. Pelo peso, o forno automaticamente ajusta a sua velocidade para que aquela massa seja corretamente aquecida. Com a variação da massa e da velocidade, os sensores de temperatura alteram a carga térmica do forno evitando falta ou sobra de energia. Ao mesmo tempo, o sistema calcula qual está sendo a eficiência térmica do forno. Com todas estas informações, o processista pode comparar a eficácia do tratamento com a eficiência energética do forno, maximizando esses dois indicadores. Esta análise de causa e consequência é registrada pelo sistema, o qual agora sugerirá essa ação em futuras análises. É a inteligência artificial o ramo da ciência da computação que se propõe a elaborar dispositivos que simulem a capacidade humana de raciocinar, perceber, tomar decisões e resolver problemas, enfim, a capacidade de ser inteligente.

Além disso, o sistema monitora o comportamento das variáveis indicando o sintoma e sugerindo diagnósticos quando desvios são detectados. Por exemplo, a temperatura do lado esquerdo está maior, então provavelmente o isolamento do lado direito foi danificado. Ou a pressão diferencial através do filtro do ventilador de ar tem aumentado, indicando que o filtro deve ser trocado.

Com isso, a manutenção preditiva substitui a preventiva e a corretiva. Além do custo absoluto da preditiva ser menor, a maior vantagem está no aumento da disponibilidade do equipamento em função da redução do número de paradas.

O negócio ainda pode se beneficiar de uma outra forma. Os dados dos sistemas da internet industrial são disponibilizados de forma transparente. Com isso, dados de produção e consumo podem ser integrados ao sistema de gerenciamento do negócio (ERP), alimentando o estoque, atualizando custos, gerando os certificados de qualidade, como alguns exemplos.

Ou seja, sonha em ter processos térmicos sábios? Comece com sensores e então suba a pirâmide passo a passo. Caso queira uma mãozinha, conte conosco.

O post Fornos contínuos 4.0 apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

É aqui que a Internet Industrial pode facilitar consideravelmente a vida dos vários envolvidos. Um software pode monitorar e registrar os principais parâmetros de todos os processos executados naquele equipamento. Quando em monitoramento, o software mostra todo o processo em tempo real, avisando na tela e também via aplicativo e SMS os desvios encontrados, por exemplo: “Temperatura da zona X está ultrapassando os limites desejados”.

No caso do registro, quando uma falha for identificada, se rastrearia o número do lote. Com o número do lote, um usuário habilitado entraria no site específico tendo então a oportunidade de consultar:

– Operador responsável pelo tratamento;

– Hora de entrada e saída da carga;

– Gráfico do set-point;

– Gráfico das temperaturas versus tempo de todas as zonas do forno;

– Consumo de gás e/ou de energia elétrica;

– Eficiência energética do processo.

O consumo energético é extremamente importante para o gestor do processo. Por meio deste parâmetro, sabe-se o custo energético do lote produzido em R$/batelada, e assim se pode avaliar como reduzir este custo.

A vida do mantenedor também é facilitada, já que todas as anomalias, como destravamento de porta, falta de energia, falha em bombas, falha nos queimadores ou resistências elétricas são visíveis e registradas como eventos. Tratando as informações desses registros, pode-se implementar algoritmos que elevam a manutenção preditiva a um nível superior.

Toda a base de dados coletados pode ser utilizada, atribuindo-se assim inteligência ao forno e ao próprio processo, contribuindo para um processo produtivo eficiente e rastreável.

Muitas outras funções podem ser incorporadas neste Sistema Físico Cibernético (CPS). Uma delas é a função tutorial onde o forno capacita ou recicla os conhecimentos do seu operador através de vídeos e testes práticos executados na própria interface homem-máquina.

Curiosamente, processos térmicos são operações vitais para a produção de vários materiais utilizados nos componentes eletrônicos, os quais permitem a existência e a expansão da Internet: alumínio, vidro, fibra de vidro, plástico, cobre, entre outros. E agora, tais componentes, somados à inteligência humana, estão promovendo a melhoria dos processos térmicos. É a criatura podendo colaborar com o criador.

O post Fornos 4.0 – Processo batelada apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

A Revolução Industrial transformou a vida das pessoas com acesso a grande variedade de produtos, novas formas de geração e distribuição de energia, meios de transporte mais eficientes e migração massiva das pessoas para as cidades. Recentemente, a internet encolheu o planeta e revolucionou o acesso à informação e o modo de relacionamento entre as pessoas.

Vivemos agora uma revolução tecnológica que promete transformar novamente a maneira como o mundo funciona, gerando crescimento econômico, empregos mais qualificados e elevação dos padrões de vida. A Internet Industrial já começou. Ela reúne máquinas inteligentes, análise computacional avançada e trabalho colaborativo entre pessoas conectadas para gerar profundas mudanças e trazer eficiência operacional para setores industriais diversos, tais como manufatura, transporte, energia e saúde.

Para acelerar este processo e fomentar colaboração entre os participantes desta comunidade, foi criado, nos Estados Unidos, em 2014, o Industrial Internet Consortium (IIC), que já conta com cerca de 250 associados de 30 países.

Em 10 de Agosto, foi fundada a ABII – Associação Brasileira de Internet Industrial, não por acaso, em Joinville (SC). A maior cidade de um dos Estados mais inovadores do Brasil possui duas fortalezas que favorecem tal iniciativa: manufatura de ponta (Tupy, Tigre, Embraco, Whirlpool) e avançada tecnologia da informação (Totvs, Neogrid).

Promover o crescimento e fortalecimento da Internet Industrial no Brasil, fomentar o debate entre setor privado, público e acadêmico visando a inovação e desenvolvimento do setor; promover a colaboração e o intercâmbio tecnológico e de negócios com associações, empresas e instituições internacionais que atuem na área são três dos vários objetivos da associação. Como já afirmamos no primeiro artigo, os fornos industriais não podem ficar de fora desta onda, já que estes equipamentos são fundamentais nos processos de transformação em diversas indústrias.

Fornos que informam e registram o que estão processando, avisam quais componentes estão com comportamento anormal, sugerem manutenções e que podem ser operados e monitorados a milhares de quilômetros a partir do smartphone não fazem mais parte do futuro.

É o presente, aproveite!

O post Fornos 4.0 – Continuação apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

Máquinas a vapor, eletricidade e eletrônica provocaram as três grandes revoluções industriais. E, agora, estamos convivendo com a quarta revolução industrial, a chamada Indústria 4.0, Internet Industrial, IoT (Internet das Coisas), cada um atribui um nome. O mundo físico está sendo conectado ao digital e vislumbra-se um grande potencial de benefícios à indústria.

Em pouco tempo, informaremos à geladeira da nossa casa quais produtos queremos que estejam lá, por padrão. A geladeira , então, poderá fazer pedidos aos supermercados, comparando os preços. Os estoques dos supermercados estarão conectados às fábricas que, por sua vez, produzirão os itens que estão sendo consumidos. Os fornecedores das fábricas produzirão matérias-primas a partir da utilização das mesmas pelas indústrias. E, lembre-se, tudo começará no iogurte que você retirou da sua geladeira para seu café da manhã.

Já que muitas indústrias utilizam processos térmicos em suas manufaturas e um dos principais equipamentos térmicos são os fornos industriais, quanto fornos já são 4.0?

Acabamos de fabricar um forno de tratamento térmico o qual usarei como exemplo. O forno, além de estar com os seus dispositivos trocando dados e informações, via protocolo de rede, atende a várias premissas da Indústria 4.0:

• Capacidade de operação em tempo real: os dados fornecidos por todos os dispositivos são em tempo real, garantindo, assim, a possibilidade de tomada de decisões. Qual a temperatura em um dos dezesseis pontos de controle do forno? Quanto esta temperatura está defasada do set-point? Qual o motivo da defasagem? O ciclo deve ser abortado? Qual o consumo do forno desde o começo da batelada?;

• Integração a sistemas de gerenciamento: o forno pode mudar suas características de operação em função de parâmetros externos. Por exemplo, caso o gerenciador de energia da planta note que a demanda contratada poderá ser excedida, o mesmo automaticamente ajustará a potência máxima do forno, evitando multas;

• Conectividade: vários componentes do forno são conectados via rede sem fio, evitando fadiga nos conectores e interferências. Além disso, o forno se conecta ao sistema de supervisão da planta, fornecendo dados e informações para o processo de manufatura. Por exemplo, o consumo relativo de energia pode ser constantemente avaliado (kWh/t aço);

• Operação, Supervisão e Manutenção remotas: é possível ajustar o processo, monitorar e diagnosticar falhas localmente, no supervisório ou em qualquer dispositivo conectado à Internet. Por exemplo, da nossa fábrica podemos informar ao cliente que há um desvio em uma determinada fase de uma determinada zona de controle, sugerindo uma determinada intervenção;

• Predição: o próprio forno envia e-mails à manutenção, informando, por exemplo, quantas horas tal rolamento está em operação, o que permite a sua substituição no tempo de vida previsto. Seria como o aviso que recebemos no painel do nosso carro, porém, com vários componentes envolvidos, não somente o óleo lubrificante do motor;

• Segurança de dados: todas as variáveis de controle são criptografadas e podem ser armazenadas também na nuvem, garantindo rastreabilidade mesmo em caso de sinistros. Portanto, um dano decorrente de descargas atmosféricas, por exemplo, não colocaria em risco os dados históricos de operação;

• Eficiência energética: tanto as resistências quanto os recirculadores de ar são acionados por controladores de potência variável. Portanto, a energia é consumida estritamente de acordo com a necessidade, evitando desperdícios;

• Segurança operacional: mesmo com toda esta conectividade, o operador local continua detendo a prioridade na operação do equipamento. Portanto, mesmo que haja uma instrução remota, o local continua soberano.

Como próximo desafio, entendemos que ainda há pouca interação do forno com o planejamento e controle de produção. Portanto, uma maior conectividade entre os equipamentos da planta e o ERP trarão ainda maiores benefícios à indústria.

O post Fornos 4.0 apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

A intenção deste artigo é auxiliar aqueles que querem avaliar o quanto o isolamento térmico do seu forno pode ser melhorado. Primeiramente, a coleta de dados. Estas quatro informações deverão ser coletadas:

1. Temperatura da face fria (carcaça) do equipamento, em regime;

2. Área externa do equipamento;

3. Custo da energia;

4. Tempo de operação do equipamento, em regime.

A temperatura pode ser avaliada por câmeras termográficas ou radiômetros. Como normalmente há variações significativas de temperatura ao longo da superfície, é importante considerar as áreas em que estas ocorrem. Ou seja, ao final do levantamento das informações 1 e 2, tem-se uma tabela com duas colunas: temperatura (em graus Celsius) e área em que acontece (em metros quadrados). A soma das áreas deve ser a área total do equipamento.

Com a ajuda do gráfico abaixo (Fig. 1.) obtêm-se as perdas térmicas relativas às temperaturas de face fria. Por exemplo, 80 ºC de face fria equivale a 615 W/m2 de perda térmica. Estas perdas térmicas formam a terceira coluna do levantamento. A quarta coluna é então calculada, multiplicando-se a perda térmica pela área em que ela ocorre. A perda térmica total do equipamento é a soma das perdas térmicas das áreas e sua unidade é W.

O próximo passo é calcular o impacto financeiro desta perda térmica, a qual é dada pela multiplicação da perda térmica total pelo custo da energia (em R$/MWh) pelo tempo de operação do equipamento.

E, finalmente, para se estimar o quanto o equipamento poderia estar gastando, sugerimos considerar a temperatura de 60 ºC como referencial (350 W/m2).

Exemplificando: um forno contínuo de tratamento térmico de aços tem 6 m x 2 m x 2 m, com duas aberturas de 0,5 m2. O custo da energia na planta é 350 R$/MWh e o forno opera 10h/dia, 240 dias/ano. A partir da termografia, do cálculo das áreas e do gráfico, se obtém a tabela ao lado.

Portanto, o custo desta perda térmica é:

Custo real = 37.785 W x 350 R$/MWh x 10 h/dia x 240 dias/ano = R$ 317.394/ano.

Considerando um isolamento bem dimensionado em perfeito estado de conservação, teríamos face fria de 60 ºC (350 W/m2), ou seja:

Custo previsto = 350 W/m2 x 55 m2 x 350 R$/MWh x 10 h/dia x 240 dias/ano = R$ 161.700/ano

Ou seja, uma economia percentual de aproximadamente 50% e absoluta de R$ 155.694/ano.

Considerando que o isolamento deste forno custa R$110.000, e que o isolamento durará no mínimo 5 anos, tem-se um excelente retorno sobre o investimento.

O post Economia para melhorar o isolamento térmico apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

Mas como “caro” e “barato” são conceitos subjetivos, não absolutos, estamos comparando com algo. Então, que tal compararmos com dados reais e atuais? Afinal, não adianta apenas compararmos com o passado, já que as tecnologias evoluem, assim como as demandas. O Sistema FIRJAN (Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro), que acompanha de forma permanente a evolução da economia brasileira, gerou um estudo bastante profundo sobre as nossas duas principais fontes energéticas: energia elétrica e gás natural. Ambos são apresentados nos seguintes websites: www.quantocustaenergia.com.br e www.quantocustaogasnatural.com.br.

No caso da energia elétrica, o usuário pode, por exemplo, comparar entre distribuidoras, entre estados e entre países. Então, que tal nos compararmos com China, Estados Unidos e Alemanha?

Humilhamos nossos concorrentes, não é mesmo? Se fosse o caso de quanto maior, melhor! Mas não é. Somos caros. Mais do que o dobro do que a média internacional. Os EUA são um caso à parte, retratado mais profundamente no artigo “Made in USA” do economista Ricardo Amorim: http://ricamconsultoria.com.br/news/artigos/made_in_usa_brazil.

“Vários componentes compõem o preço da energia elétrica, portanto, uma análise é necessária para se entender onde o custo pode ser reduzido”

No caso do gás natural, nossa posição muda. Somos mais competitivos que a China e estamos 10% acima da média internacional, empatados com a Alemanha. Novamente, os EUA são um ponto fora da curva, sendo o gás natural praticamente 4 vezes mais barato lá!

Portanto, macroeconomicamente, estes dois websites podem ajudar os gestores nas suas análises. Mas e quanto à sua realidade, ao micro, ao dia a dia?

Quanto à energia elétrica, o primeiro passo é determinar qual o custo da mesma para a planta, em R$/MWh. Para uma conta rápida, vale pegar o valor pago com impostos (R$) e dividir pela energia consumida (em MWh). O website também informa o valor sem tributos quando se compara entre os estados, por exemplo: 391,45 R$/MWh de média nacional, sendo o Espírito Santo o estado mais caro (444,30), e Roraima o mais barato (222,99). Vários componentes compõem o preço da energia elétrica, portanto, uma análise mais profunda é necessária para se entender onde o custo pode ser reduzido. Alguns exemplos: horário de ponta, demanda contratada, carga reativa.

Quanto ao gás natural, através da conta do mesmo poderá ser obtido o valor em R$ e o consumo em m3. Dividindo um pelo outro, tem-se o valor com tributos em R$/m3, o qual servirá para várias comparações como, por exemplo, entre estados. Caso queira saber quão caro ou barato está o gás natural da sua planta em relação aos outros países, basta multiplicar o valor em R$/m3 por 15,1 para obtê-lo em US$/MMBtu, dentro da metodologia proposta pela FIRJAN. Ou seja, se o seu gás natural tem custado 1,50 R$/m3, isto equivale a 22,65 US$/MMBtu. Ou seja, mais caro que na Alemanha.

Caso sua planta utilize GLP, você pode comparar equivalendo o preço deste combustível com o do gás natural. Para tanto, divida o valor do GLP em R$/kg por 1,26. Ou seja, se seu preço é de 1,89 R$/kg isso equivale a 1,50 R$/m3 de gás natural ou 22,65 US$/MMBtu.

Portanto, estas informações facilitam consideravelmente a avaliação do quanto a energia que a sua planta consome é cara ou barata em relação a outros estados, distribuidoras e países. Além disso, permite uma análise prática da viabilidade econômica da mudança de matriz energética. Por exemplo, converter fornos elétricos para gás natural, assunto que trataremos em outro artigo.

Apenas a fim de introduzir este assunto, sugiro que equivalha as unidades, transformando o preço do gás natural em R$/MWh. Para tanto, multiplique o preço do gás natural por 97,75 ou do GLP por 77,48. Ou seja, 1,50 R$/m3 de gás natural ou 1,89 R$/kg de GLP equivalem a 146 R$/MWh. Isso quer dizer que sua energia elétrica deve estar na faixa entre 336 e 438 R$/MWh. Se a energia elétrica estiver abaixo de 336, significa que sua energia elétrica está barata em relação ao gás. Por outro lado, se estiver acima de 438 quer dizer que seu gás está barato em relação a sua energia elétrica.

O post Quão cara é a energia da sua empresa? apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

Quando falamos de eficiência energética total é importante lembrar que esta é composta de dois fatores: eficiência da combustão e eficiência do reator (forno). Ou seja, um forno ideal, 100% eficiente, teria os gases de combustão saindo da câmara a temperatura ambiente e nenhuma perda pelas paredes, aberturas, sistemas de transporte, etc. Neste caso, toda a energia gerada pela combustão do gás seria transferida única e exclusivamente para a carga. No mundo real isso é impossível e cabe a nós aproximarmos o valor da eficiência a 1 (100%).

A eficiência de combustão leva em consideração apenas duas variáveis: o quanto entra de combustível e o quanto sai de energia pela chaminé. Se estas variáveis foram analisadas individualmente, nota-se que esta eficiência é primeiramente determinada pela temperatura e vazão dos gases de exaustão, sendo a temperatura medida e a vazão dos gases determinada pelo tipo de combustível e pela vazão de ar de combustão fornecida. Importante notar que o pré-aquecimento do ar de combustão através dos gases de exaustão do forno levam a um considerável aumento na eficiência de combustão. É, portanto, aconselhável incorporar o pré-aquecimento de ar sempre que possível. Por exemplo: pré-aquecer o ar de combustão de 20 para 200ºC, aumenta a eficiência de combustão de 61,7% para 67,6% (considerando gases de exaustão a 700ºC, 10% de excesso de ar e gás natural como combustível). Isso equivale a uma economia de energia de 8,7%.

Para a avaliação da eficiência do reator (forno), por outro lado, o cálculo leva em consideração a energia que foi absorvida pela carga e a energia que é perdida pelas paredes, aberturas, sistemas de transporte, etc. Aqui é onde o problema da baixa produção tem grande influência. Por exemplo, um forno contínuo de processamento de aço com carga nominal de 2,5 t/h requer 400 kW para tratamento da carga e 700 kW para perdas. Em ritmo máximo, a eficiência do reator é de 36%. A 2/3 de produção a eficiência cai para 27%. E quando o ritmo é de apenas 1/3 de produção, a eficiência cai drasticamente para 16%. Ou seja, o custo energético mais do que dobrará.

Por ordem de prioridade, estas seriam as ações macros a serem consideradas para o aumento da eficiência energética total:

1. Otimizar os parâmetros do processo (sem investimentos);

2. Uso do calor desperdiçado para o mesmo processo (com investimentos);

3. Uso do calor desperdiçado na mesma planta;

4. Uso do calor desperdiçado em outros locais.

As alternativas acima geram uma grande lista de medidas que podem ser implementadas, as quais devem ser investigadas quanto à sua viabilidade e retorno sobre o investimento. Para exemplificar, listamos abaixo algumas medidas:

• Aumento da transferência de calor através do aumento das condições de radiação e convecção;

• Relação ar/gás ideal;

• Melhoria ou implantação de sistema de controle de pressão no forno e minimização de vazamentos;

• Redução das perdas pelas paredes e calor armazenado;

• Minimização do calor armazenado e/ou calor transportado para o ambiente devido a sistemas de movimentação tais como esteiras, correntes, vagonetas;

• Minimização das perdas causadas por gases de proteção em atmosferas controladas;

• Minimização das perdas devido a aberturas, portas, água de resfriamento, carregadores, etc.;

• Pré-aquecimento da carga;

• Pré-aquecimento do ar de combustão;

• Caldeira a partir dos gases de saída;

• Modelos computacionais;

• Queimadores a oxigênio;

• Otimização da distribuição da carga nas zonas do forno;

• Otimização do programa de produção;

• Minimização das paradas e de cargas parciais;

• Uso do calor desperdiçado para aquecimento dos tanques de desengraxe, etc.

Portanto, sugerimos fortemente que esta análise seja feita nos fornos industriais, começando pelos maiores e contínuos. O primeiro passo é a modelagem matemática do processo e poucos investimentos são necessários para tal. A partir daí, determinar o impacto e a viabilidade técnica e econômica das possíveis melhorias. Lembramos que estas ações podem ser feitas utilizando a metodologia da ISO 50001, trazendo o benefício da certificação para a organização.

O post Eficiência energética de fornos industriais a gás apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.

O tema eficiência energética tem cada vez mais feito parte do discurso dos governos e das organizações industriais, pois é muito fácil compreender os benefícios de se produzir mais com menos energia. Porém, a prática é muito diferente da teoria. Eficiência energética exige, no mínimo, conhecimento das melhores técnicas, acesso aos melhores equipamentos, capital e manutenção contínua.

Utilizando a metodologia da ISO 50001, o primeiro passo seria fazer a Revisão Energética, com a qual se deve identificar as fontes energéticas e avaliar o uso e consumo de energia atual e passado (Fig. 1). Depois, com base na análise de uso e consumo, identificar as áreas de uso significativo de energia. Aqui entra a especificidade da análise proposta neste artigo, já que consideraremos a área dos fornos como a área de uso significativo, mesmo que o setor de tratamento térmico não seja tão relevante, como é o caso de algumas fundições. Feito isso, segue-se para a identificação das oportunidades para melhoria no desempenho energético. Estas oportunidades podem ser, inclusive, relacionadas à troca de matriz energética.

Segue-se, então, para a definição das linhas de base energética, as quais advêm da compilação dos dados de uso e consumo de energia em um certo período, ou seja, linhas históricas. Em seguida são definidos os IDEs – Indicadores de Desempenho Energético. Estes índices serão monitorados, medidos, registrados e comparados com a linha de base energética. Então, definem-se os objetivos e metas energéticas, levando em consideração as condições financeiras, operacionais, comerciais e tecnológicas da organização.

Com a clara visão da situação atual e do desejado futuro, definem-se os planos de ação para o cumprimento dos objetivos e metas energéticas. Só assim o processo de planejamento energético se conclui e pode-se seguir para os próximos passos: Implementação e Operação e Verificação.

O último passo do ciclo se dá com a Análise Crítica feita a partir da Verificação, ou seja: a) monitoração, medição e análises; b) não conformidades, correção, ação corretiva e preventiva; e c) auditoria interna do sistema de gestão de energia.

Para exemplificar esta metodologia, imaginemos que uma metalúrgica tenha 20 fornos de tratamento térmico tipo batelada com atmosfera controlada, sendo 12 fornos elétricos e 8 fornos a gás natural e que as cargas sejam similares, ou seja, pode-se descartar a variável montagem da carga. Por premissa, o tratamento térmico é a área de uso significativo de energia, portanto, podemos passar para o próximo passo da Revisão Energética, ou seja, identificar oportunidades para melhoria do desempenho energético. Podemos considerar aqui uma nova tecnologia disponível no mercado. Neste caso, vamos considerar a disponibilidade dos tubos radiantes feitos a partir da metalurgia do pó, tecnologia relativamente recente em relação à construção dos fornos do estudo. Estes tubos radiantes oferecem uma maior dissipação de calor, garantindo tempos de aquecimento mais curtos, reduzindo o consumo energético e aumentando a produtividade.

Os medidores de vazão de gás natural e de energia elétrica, além dos apontamentos de produção dos fornos, informam que nos últimos doze meses os consumos energéticos médios por quilo de aço tratado foram os seguintes:

Fornos EL: 260 W.h/kg

Fornos GN: 400 W.h/kg

Portanto, estas são as linhas de base energética. Também definimos que W.h/kg (energia/massa) será nosso IDE, visto estar diretamente vinculado ao consumo de energia por quantidade de aço tratado. Nas metas e objetivos energéticos consideraremos que a diretoria definiu que se busca a redução de 10% do IDE em três anos. Para finalizarmos o planejamento energético, o qual apresenta o passado, presente e futuro desejado, definimos o plano de ação.

Como cada retrofit exigirá tempo, capital e recursos humanos, definiu-se que os orçamentos e colocação de pedidos tomarão as primeiras 16 semanas e, a partir daí, a cada 7 semanas um forno será reformado, totalizando 36 semanas.

Aqui é importante salientar que o critério para a tomada das decisões pode ser financeiro em função dos retornos de capital investido. Neste caso, parece óbvio que a redução de 10% no consumo energético deveria começar nos fornos a gás, já que 40 > 26 W.h/kg. No entanto, ao se analisar o custo da energia em ambos os casos, vemos que cargas tratadas no forno elétrico tem um custo de R$65/t enquanto que no a gás, R$50/t. Ou seja, contrariando a lógica, o investimento seria iniciado pelos fornos elétricos, já que traria um melhor retorno. Determina-se, então, as responsabilidades e métodos e se coloca o plano em execução. Depois disso, monitora-se o Sistema de Gestão Energética a fim de se encontrar oportunidades para a melhoria contínua.

Entendemos que a grande vantagem da certificação é a obrigatoriedade da execução e registro dos passos que são fundamentais para a melhoria contínua, tais como o monitoramento e a análise crítica. Em contraponto, o que vemos no dia-a-dia são ações bem- intencionadas, porém decididas, a partir de poucos dados e com nenhum acompanhamento de desempenho para comparação com a expectativa.

Para auxiliar a implementação desta norma, normas auxiliares e complementares estão sendo escritas. São elas: 50002, 50003, 50004, 50006 e 50015.

O post A ISO 50001 aplicada a tratamento térmico apareceu primeiro em Portal Aquecimento Industrial.