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Relatório de Identificação de Oportunidade
VALE
Porto de Vitória
Eficiência Energética Industrial
Sistema de Correias Transportadoras
Vitória - ES
CLIENTE DESENVOLVIMENTO
Eficiência Energética Industrial
Relatório de Identificação de Oportunidade
TÍTULO DO DOCUMENTO
RELATÓRIO DE IDENTIFICAÇÃO DE OPORTUNIDADE
Porto de Vitória – Vitória – ES - Sistema de Correias Transportadoras
Cliente
VALE
Unidade Industrial
Porto de Vitória – ES
Referência do Documento
BR-0110/09
CONTROLE DE REVISÕESREV DATA RESPONSÁVEL DESCRIÇÃO
0 JULHO 2009 FAV EMISSÃO ORIGINAL
Preparado por
Francisco A. Vieira – Engenheiro Eletricista - MSc
Francisco Soares – Engenheiro Eletricista
Jaime Damasceno – Engenheiro Eletricista
Marcelo Perucci – Engenheiro Eletricista
Marcelo Schumacker – Engenheiro Eletricistas
Sérgio Provenzano Junior – Engenheiro Eletricista Sr
(francisco.vieira@br.abb.com)
(francisco.soares@br.abb.com) (jaime.damasceno@br.abb.com)
(marcelo.perucci@br.abb.com)
(marcelo.schumacker@br.abb.com) (sergio.provenzano@br.abb.com )
DESENVOLVIMENTO
ABB LtdaGerência de Desenvolvimento de Negócios – Eficiência EnergéticaAv. Rio Branco 1, Sala 802 – Centro20090-003 Rio de Janeiro – RJFone 21 2518 5770 / Fax: +21 2518 6551
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Relatório de Identificação de Oportunidade
ÍNDICE – SEÇÕES
1. Sumário Executivo..................................................................................4
2. Objetivo..................................................................................................6
3. O sistema do Porto de Vitória.................................................................7
4. Metodologia............................................................................................10
4.1. Desenvolvimento dos trabalhos......................................................10
4.2. Estimativa de economia e investimento..........................................11
5. Descrição do Sistema de Correias Transportadoras..............................12
5.1. Descrição Física do Sistema de Correias Transportadoras............12
5.2. Características operacionais:..........................................................13
5.3. Características Técnicas.................................................................15
6. Estimativa de Consumo de Energia.......................................................17
6.1. Desempenho energético das correias transportadoras;.................17
6.2. Dados medidos na balança do TRD13............................................19
6.3. Processo produtivo..........................................................................20
6.4. Carga típica em um navio................................................................21
6.5. Medições dos motores das correias transportadoras.....................22
6.6. Estimativa do consumo total anual..................................................24
6.7. Estimativa de redução do consumo total anual...............................26
7. Síntese das Ações Apresentadas..........................................................29
8. Avaliação Econômica.............................................................................31
8.1. Tarifas de Energia Elétrica..............................................................31
8.2. Redução de custo total....................................................................32
8.3. Análise Econômica..........................................................................33
8.4. Ganhos Técnicos e Comerciais.......................................................34
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Relatório de Identificação de Oportunidade
1. Sumário Executivo
Este Relatório de Identificação de Oportunidade apresenta o resultado dos
estudos efetuados para o sistema de correias transportadoras do Porto de Vitória
– Vitória - ES. Numa próxima etapa, serão efetuadas as medições dos motores,
para confirmação dos dados aqui elencados. Os resultados são estimados em
função dos levantamentos efetuados diretamente no processo pela ABB e VALE
além de todos os dados que foram disponibilizados pela VALE para o estudo em
questão. Foram também monitoradas pela equipe da VALE todas as respectivas
etapas de processo para o embarque do minério no Porto de Vitória.
Este estudo não tem como objetivo analisar todas as oportunidades existentes no
Porto de Vitória, sendo o mesmo um projeto piloto. O mesmo servirá também
como ferramenta de divulgação, com o objetivo de promover outros projetos para
a redução do consumo e do custo com energia elétrica em outros Portos ou
processos produtivos da VALE. Um diagnóstico energético de todos os processos
utilizados nessa planta poderá ser desenvolvido no futuro para levantamento de
todas as oportunidades existentes.
Os principais resultados deste estudo são: a indicação do potencial de energia
salva para o Sistema de Correias Transportadoras; o investimento necessário; e
a metodologia utilizada para a indicação de energia salva. Esses dados serão
utilizados para a VALE avaliar a viabilidade desse projeto de acordo com a sua
própria metodologia.
Com a implantação das ações aqui apresentadas, para o Sistema de Correias
Transportadoras, além do aumento da confiabilidade e produtividade do Porto de
Vitória, estima-se que há um potencial geral de 40% de economia de energia
elétrica e de 30% de redução da demanda de potência elétrica. A tabela 1
apresenta os principais valores de energia elétrica salva e investimento para o
projeto aqui descrito.
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Tabela 1 – Valores de Energia Salva e Investimento.
Demanda Retirada Fora da Ponta 1.782 kW
Demanda Retirada da Ponta 1.782 kW
Energia Evitada 11.770 MWh / Ano
Percentual de redução de consumo 40 %
Percentual de redução da demanda 30 %
Redução de Custo Anual MR$ 4,09
Investimento Total MR$ 7,20
Investimento Com Créd. ICMS MR$ 6,34
Pay back simples (anos) 1,76
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2. Objetivo
O objetivo deste Relatório é apresentar as oportunidades de eficientização do uso
de energia elétrica para os motores que integram o sistema de correias
transportadoras do Porto de Vitória – Vitória - ES. É apresentado também todas
as etapas de trabalhos necessárias para efetiva implantação dessas
oportunidades.
Este estudo não tem como objetivo analisar todas as oportunidades existentes no
Porto de Vitória, sendo o mesmo um projeto piloto. O mesmo servirá também
como ferramenta de divulgação, com o objetivo de promover outros projetos para
a redução do consumo e do custo com energia elétrica em outros Portos ou
unidades industriais da VALE.
O projeto aqui a ser apresentado trará junto a outros ganhos energéticos o
aumento da confiabilidade do sistema do Porto de Vitória, aumentando
sensivelmente a produtividade para o sistema como um todo.
Para efetiva implantação do projeto, faz-se necessário na sua evolução
desenvolver o projeto executivo detalhado, onde serão confirmados os custos de
implantação estimados.
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3. O sistema do Porto de Vitória
O estudo de caso aqui apresentado, trata do Píer II do Porto de Vitória da VALE.
Serão apresentados os ganhos financeiros que serão obtidos com instalação dos
Inversores de Freqüência de Média Tensão aos motores que integram o sistema
correias transportadoras de correia existentes. Serão substituídos os
acoplamentos hidráulicos existentes. A figura 1 apresenta um esquemático geral
do sistema de correias transportadoras existentes no Porto de Vitória.
Figura 1 - Sistema de Correias Transportadoras.
Com o objetivo de otimizar o processo, foram selecionados os seguintes motores
integrantes das correias transportadoras do Porto para fazerem parte deste
estudo:
TR-D11 - M1 (200HP);
TR-D12 - M1 (510HP) e M2 (510HP);
TR-D13 - M1 (1000HP), M2 (1000HP), M3 (1000HP) e M4 (600HP);
TR-D15 - M1 (410HP) e M2 (410HP);
CN3 - M1 (500HP) e M2 (600HP); e
CN4 - M1 (600HP) e M2 (600HP).
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A seleção das correias transportadoras aqui apresentadas foi função de
representarem a maior demanda por energia no Pier II. Entende-se desta forma
que este estudo engloba o caso mais conservador no que se refere à economia
de energia e payback de projeto. O potencial a ser desenvolvido pela VALE
através da extensão deste projeto a toda a unidade o Porto de vitória trará
ganhos comerciais e técnicos muito maiores dos os que estão elencados neste
relatório. Trará também modernidade ao Porto e possibilitará a apresentação do
mesmo como modelo em eficiência energética em seu segmento de mercado. A
figura 2 apresenta um esquemático da área selecionada para a aplicação do
projeto aqui apresentado. A figura 3 apresenta uma foto do Píer 2.
Figura 2 – Correias Transportadoras selecionadas para o projeto.
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Figura 3 – Navio atracado no Píer II de Vitória
Para que o sistema de correias transportadoras tenha eficiência máxima, é
imprescindível que sejam respeitadas as características projetadas para o
material transportado, tais como: tamanho, peso bruto e peso específico, ângulo
de repouso estático e dinâmico, mobilidade do material; velocidade de transporte.
Soma-se ainda a estas características, com grande importância para o
rendimento do sistema; os arranjos, perfis e desenhos de rotas. Essas infinidades
de arranjos podem aumentar ou diminuir a eficiência do sistema utilizado,
dependendo do projeto e tecnologia implantada.
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4. Metodologia
A metodologia aqui apresentada foi aplicada ao estudo desenvolvido no Porto de
Vitória.
4.1. Desenvolvimento dos trabalhos
O desenvolvimento deste trabalho seguiu a seguinte metodologia:
Visitas aos locais para conhecimento das instalações e identificação dos
equipamentos e sistemas.
Reuniões com equipe da unidade industrial para coletar informações sobre
aspectos operacionais, rotinas de utilização, manutenção e produção.
Levantamento das oportunidades de redução de consumo de energia
elétrica para o sistema analisado.
Levantamento de dados operacionais, com instrumentos de medição (será
confirmada numa próxima etapa).
Análise dos dados de operação e consumo coletados.
Análise de investimentos necessários para as oportunidades existentes e
valor total do custo de energia elétrica que poderá ser reduzido com a
implantação do projeto.
Os dados técnicos referentes à utilização de energia foram obtidos através de
das características técnicas dos respectivos motores instalados no Porto de
Vitória e consumos específicos que foram disponibilizados pela VALE. Foram
também disponibilizados os dados referentes ao embarque no Porto, durante o
período de um mês.
É importante salientar que a análise quantitativa apresentada leva em
consideração os dados coletados durante o processo de aquisição de dados e,
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portanto, é baseada em dados reais de operação do Porto de Vitória. Para
melhorar ainda mais a assertividade dos dados coletados, será necessário
executar medições em campo durante um período, que será acordado entre
VALE e ABB.
4.2. Estimativa de economia e investimento
A estimativa de economia foi gerada através da metodologia descrita
anteriormente e está apresentada no item 6. Para a análise do investimento
associado a economia de energia gerada por essa ação, será considerado o
retorno simples como a relação direta entre o investimento e a economia anual,
expresso em anos.
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5. Descrição do Sistema de Correias Transportadoras
5.1. Descrição Física do Sistema de Correias Transportadoras
O sistema de correias transportadoras é utilizado para movimentar os produtos
e / ou matéria prima dentro de uma unidade industrial. Em uma unidade portuária
grande parte da energia elétrica utilizada é função da utilização deste sistema,
que transporta os produtos para carregamento e descarregamento de navios.
As principais características técnicas e operacionais para o Porto de Vitória
consideradas nos cálculos deste estudo estão elencadas a seguir:
Carregamento de 75 Mton/ano a uma taxa comercial nominal de 8.500
ton/hora;
Tempo médio entre a saída de um navio e a entrada de outro de duas
horas e meia;
Tempo de limpeza das correias (reverso) por dia: 7 minutos, porém só
ocorre quando muda o material;
Funcionamento do porto também durante o período de ponta (18 às 21h);
Funcionamento das esteiras transportadoras em média carga cerca de 20
horas / dias para um navio de médio porte de 200.000 ton;
Tempo de funcionamento das esteiras transportadoras em vazio de cerca
de 30 minutos / dias;
Partida do motores das esteiras transportadoras em média de 10 vezes
por dia;
Ocorre aproximadamente uma manutenção programada por mês, com
duração de 48 horas em média;
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Faltas de energia ocorrem cerca de 4 horas por mês.
5.2. Características operacionais:
Os motores integrantes do sistema de correias transportadoras são
supervisionados por sistemas de partidas sem controle de potência. O tipo de
partida é direto. Há correntes de partidas da ordem de 5 a 8 vezes a corrente
nominal, trazendo desta forma dificuldades para a partida desses motores com
todo o processo de carregamento em funcionamento. Há redução de
funcionamento do processo industrial para que a partida possa acontecer sem
problemas para o sistema elétrico.
Mesmo em períodos de baixa carga ocasionados por restrições no processo de
carregamento dos navios, há grandes limitações para redução das potências dos
mesmos. Não há controle de velocidade e potência disponibilizada pelos motores
as correias transportadoras.
A etapas existentes no sistema de correias transportadoras são: i) sistema em
vazio; ii) sistema com carga parcial; iii) sistema com carga total; iv) limpeza das
correiais v) parada vi) inicio de processo vii) manutenção.
A redução no consumo energético ocorrerá devido ao novo sequenciamento de
partida dos transportadores e do modelamento de carga de minério em cada
segmento de transporte, minimizando a operação em vazio dos transportadores,
adequando o consumo/velocidade de transporte em relação à carga de minério
efetivamente transportada.
Essa automatização de processo não implicará em redução dos níveis de
segurança operacionais, pelo contrário, trará mais controle e confiabilidade para
o processo.
Tradicionalmente, a partida dos transportadores de uma determinada rota de
transporte em portos é iniciada do carregamento para o pátio, ou seja, dos
carregadores de navio para as recuperadoras de minério. Este procedimento
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ocorre devido à falta de indicação do volume de minério existente em cada
segmento de transportador, o qual por questões de segurança operacional dos
equipamentos, parte sempre “esvaziando” a rota antes da entrada efetiva em
operação da recuperadora de minério para o abastecimento da mesma.
Para o estudo aqui proposto, a rota típica considerada é composta por
transportadores de diferentes comprimentos, o qual ocasiona um tempo teórico
de partida convencional de 5min e 40 seg. Fazendo uma ampliação com outras
etapas de projeto que a VALE está desenvolvendo este tempo é da ordem de
8min e 20seg. Na prática o tempo de rota “padrão” para a operação nos portos
atuais pode chegar a 15 min com a inclusão de tolerâncias de segurança.
A figura 4 apresenta o sistema de correais transportadoras ampliado.
Figura 4 - Sistema de Correias Transportadoras.
5.3. Características Técnicas
O sistema de correias transportadoras aqui estudado tem as principais
características técnicas apresentadas na tabela 2.
Tabela 2 – Características Técnicas do Sistema de Correias Transportadoras.
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NAVIOD153x6011303,6160002000084CN-04
NAVIOD133x6001303,61600020000MaCN-03
CN4D13400/3001523,6160002000084D15
CN3, D15, (s9)D12-(s11)3X1000/6003323,6160002000084D13
D12D3-D6-D7-D9-
D112X500873,6160002000084D12
D12A3A-C3A-
H24200163,05140001600084D11
DESCARREGA EM
RECEBE DE
POTÊNCIA (HP)
COMPR. (m)
VELOC. (m/s)
CAPAC. NOMINA
L (t/h)
CAPAC. PROJETO
(t/h)
LARG. (POL.)
TRANSP. (TR)
NAVIOD153x6011303,6160002000084CN-04
NAVIOD133x6001303,61600020000MaCN-03
CN4D13400/3001523,6160002000084D15
CN3, D15, (s9)D12-(s11)3X1000/6003323,6160002000084D13
D12D3-D6-D7-D9-
D112X500873,6160002000084D12
D12A3A-C3A-
H24200163,05140001600084D11
DESCARREGA EM
RECEBE DE
POTÊNCIA (HP)
COMPR. (m)
VELOC. (m/s)
CAPAC. NOMINA
L (t/h)
CAPAC. PROJETO
(t/h)
LARG. (POL.)
TRANSP. (TR)
Os motores integrantes desse sistema têm as características técnicas
apresentadas na tabela 3.
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Tabela 3 – Características Técnicas dos motores elétricos.
Fabricante
Tipo de motor Motor de indução trifásico
Potência nominal
200 HP 410 HP 500 HP 510 HP 600 HP 1.000 HP
Tensão nominal 4.160 V
Corrente nominal
52,6 66 A 80 A 127 A
Fator de potência
0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
Rendimento 96,4% 96,4% 96,4% 96,4% 96,4% 96,4%
Carcaça
Frequência 60 Hz
Velocidade nomina
RPM
Número de pólos
Forma construtiva
B3D
Grau de Proteção
IP55
Classe de isolação
F
Fator de Serviço 1,0
Regime de Funcionamento
Contínuo
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6. Estimativa de Consumo de Energia
A estimativa para o consumo de energia anual para o sistema de correias
transportadoras aqui estudado será efetuada em função da combinação das
respectivas etapas de processo definidas no carregamento de um navio típico.
Todos os períodos em que não há funcionamento do processo produtivo serão
descontados do total de hora disponíveis no ano.
A estimativa será apresentada em duas etapas: i) troca de tecnologia, redutor
pelo VSD com redução das perdas e ii) redução de velocidade no processo com
redução de potência elétrica e consumo de energia.
6.1. Desempenho energético das correias transportadoras;
Diversas ações do tipo: manutenção preventiva, preditiva, lubrificação dos
sistemas mecânicos, melhoria do sistema de limpeza da correia transportadora,
melhoras na calha de carregamento e descarregamento, melhora nos rolamentos
os roletes, poderão agregar muito valor para a redução dos índices específicos
para a utilização de cada esteira transportadora. Dessa forma é de fundamental
importância a implantação de acompanhamento sistemático dos índices
específicos (kW / ton) de produtos transportados.
As ações aqui propostas fundamentam-se nas trocas dos redutores e
acoplamentos hidráulicos pelos VSD. A seguir são apresentados os rendimentos
destas formas de atuação em esteiras transportadoras.
O motor e o conjunto de acionamento utilizado, têm perdas na transmissão da
potência ssociada. Com base em Belt Conveyors For Bulk Materials: Conveyor
Equipment Manufactures Association – CEMA; Second Edition; Publishing
Company Inc., essas perdas são apresentadas na tabela 4.
Tabela 4 – Rendimentos para sistemas de transmissão.
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Transmissão Eficiência ()
Correias V e polias 0,94
Corrente e rodas dentadas s/ caixa de óleo 0,93
Corrente e rodas dentadas c/ caixa de óleo 0,95
Redução simples em redutores de engrenagens, helicoidais ou tipo espinha de peixe em moto redutores 0,95
Redução dupla, idem 0,94
Redução tripla, idem 0,93
Redução dupla em redutores "shaft-mounted" de engrenagens helicoidais
0,94
Redutores de rosca sem fim com redução até 20:1 0,90
Idem de 20:1 a 60:1 0,70
Idem de 60:1 a 100:1 0,50
Acoplamento hidráulicos 0,96 - 0,98
Queda de tensão 0,90 - 0,95
Para as esteiras transportadoras estudas, foi considerado o seguinte rendimento
total:
Onde:
1 = 0,94 (Redutor de Engrenagens)
2 = 0,97 (Acoplamento Hidráulico)
3 = 0,95 (Queda de tensão)
t = 0,93 * 0,94 * 0,97 = 0,87
De forma conservadora, foi utilizado a queda de tensão de 5 %, sendo que pode
ser utilizado o valor de 5 a 10%.
De uma forma geral, a capacidade de projeto é 20 % superior à capacidade
nominal desejada. Desta forma, pode ser considerado, de que em todas as
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correias transportadoras existe um potencial maior do que o aqui indicado. Não
foi considerado essa condição para que haja margem para ajustes do potencial
no futuro.
6.2. Dados medidos na balança do TRD13.
A média utilizada de produto embarcado, conforme apresentado na figura XXX é
de 8.500 on / h. Esta medição da balança mostra que a utilização das esteiras
transportadoras ocorre abaixo das capacidades nominais das mesmas. Assim Em
média são de 8.000 t/h, concluímos que o motor remanescente tem reserva de
potência suficiente para tracioná-lo.
A carga da Balança da TR-D13 é apresentada na figura 5 onde está apresentada
a carga média e os máximos e mínimos utilizados durante uma carga típica de
navio.
Período analisado: 01/04/09 de 08:57 às 10:57 h.
Navio: com carga típica.
Minério: não disponibilizado.
Carga média: 8.500 ton / h
Carga máxima: 17.000 ton / h
Carga mínima:.1.000 ton / h
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Figura 5 – Gráfico da Balança TR13.
6.3. Processo produtivo
O processo produtivo do Porto de Vitória foi referenciado conforme informações
levantadas junto à equipe de produção dessa unidade. A unidade funciona, em
regime normal, de forma contínua 24 h / dia.
A tabela 5 apresentada as referidas condições de funcionamento dos fornos para
as rotinas diárias.
Tabela 5 – Condições de funcionamento dos fornos.
Tempo de operação dos fornos (h)
Rotina diária
2ª-feira a 6ª-feira 24
Sábado 24
Domingo 24
O total máximo de uso anual é 8760 h.
TM = 8.760 h
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A tabela 6 apresentada todas as manutenções e paradas programadas para um
ano típico dentro da unidade do Porto de Vitória.
Tabela 6 – Manutenções e paradas programadas.
Tempo (h)
Manutenções e paradas programadas
Manutenção mensal 48
Manutenção anual 72
Paradas de produção 72
O total de horas anual do sistema com paradas ou manutenção é:
TM = (48 x 12) + 72 + 72 = 720 h
O total de horas em que o sistema de correias transportadoras está em funcionamento no ano é:
TS = 8.760 – 720 = 8.040 h
6.4. Carga típica em um navio
Para a apuração do consumo de energia correspondente ao processo de
carregamento efetuado pelo sistema de correias transportadoras, foram
considerados os seguintes tempos de referência: tempo de carregamento médio
do navio é de 20 horas, junto com o intervalo entre saída de um navio e entrada
de outro de 2:30 hs.
6.5. Medições dos motores das correias transportadoras
As medições serão apresentadas numa próxima etapa. Sua execução está
planejada para ocorrer entre final de julho e início de agosto de 2009.
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6.5.1. Regime de utilização
Todas as correias transportadoras (exceto CN3 ou CN4 que não operam em
conjunto) funcionam simultaneamente no processo de carregaemtno dos navios
no Porto de Vitória.
Para o cálculo do consumo de energia das correias transportadoras aqui
estudadas, com o sistema atual sem variação de velocidades e no futuro com
controle através de inversores de frequência, será utilizada a tabela 7, onde estão
indicados todos os valores estimados para a utilização do processo de
carregamento dos navios. As medições atuais (ex-ante) serão efetuadas in loco,
pela ABB e as medições posteriores (ex-post), serão medidas de acordo com as
mesmas condições.
Tabela 7 – Utilização de Potencia Elétrica (redução de velocidade).
CondiçãoAntes (kW)
Depois (kW)
Red. (kW)
Carregam. Navios 100% 100% nom. 4.567 4.033 534Carregam. Navios 80% 80% nom. 3.654 2.581 1.073Carregam. Navios 70% 70% nom. 3.197 1.976 1.221Carregam. Navios 60% 60% nom. 2.740 1.452 1.288Func. sem Produção 30% nom. 2.420 1.136 1.283Retomadas Produção 30% nom. 2.420 1.136 1.283Intervalo entre Navios 30% nom. 2.420 1.136 1.283Limpeza das Correias 30% nom. 2.420 1.136 1.283
Dem. Máx. (15 min) 5275 4033 1.242
Tabela 8 – Utilização de Energia Elétrica (redução de velocidade).
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Tempo (horas)
Consumo Antes (kWh)
Consumo Depois (kWh)
Red. (kWh)
Carregam. Navios 100% 5 22.837 20.166 2.671Carregam. Navios 80% 3 10.962 7.744 3.218Carregam. Navios 70% 2 6.394 3.953 2.442Carregam. Navios 60% 10 27.405 14.520 12.885Func. sem Produção 0,5 1.210 568 642Retomadas Produção 1 2.420 1.136 1.283Intervalo entre Navios 2,5 6.050 2.841 3.209Limpeza das Correias 0,12 282 133 150
Total 24,12 77.560 51.061 26.499
Tabela 9 – Utilização de Potencia Elétrica (redução das perdas).
Condição Antes (kW) Depois (kW)
Red. (kW)
Carregam. Navios 100% 100% nom. 611 121 490Carregam. Navios 80% 80% nom. 489 77 411Carregam. Navios 70% 70% nom. 428 59 368Carregam. Navios 60% 60% nom. 367 44 323Func. sem Produção 30% nom. 324 34 290Retomadas Produção 30% nom. 324 34 290Intervalo entre Navios 30% nom. 324 34 290Limpeza das Correias 30% nom. 324 34 290
Dem. Máx. (15 min) 706 121 585
Tabela 10 – Utilização de Potencia Elétrica (redução das perdas).
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Tempo (horas)
Consumo Antes (kWh)
Consumo Depois (kWh)
Red. (kWh)
Carregam. Navios 100% 5 3.055 605 2.450Carregam. Navios 80% 3 1.467 232 1.234Carregam. Navios 70% 2 856 119 737Carregam. Navios 60% 10 3.666 436 3.231Func. sem Produção 0,5 162 17 145Retomadas Produção 1 324 34 290Intervalo entre Navios 2,5 809 85 724Limpeza das Correias 0,12 38 4 34
Total 24,12 10.377 1.532 8.845
6.6. Estimativa do consumo total anual
6.6.1. Sistema existente (sem controle de velocidade)
Não há controle de velocidade para as correias transportadoras utilizadas no
Porto de Vitória.
Levando em consideração que o tempo de duração médio de um carregamento
de navio de 24,12 horas, e o número de horas de funcionamento da produção no
ano é de 8.040, têm-se os seguintes resultados:
Nº de Navios carregados por ano = 8.040 / 24,12 = 333
Demanda
Para cálculo da demanda máxima utilizada para o sistema, tem-se:
Dem. = carregamento do navio 100% + func. simultâneo de CN3 ou CN4
Dem. = 4.567 + 708 = 5.275 kW
6.6.2. Sistema proposto - VSD
O controle proposto para o sistema de correias transportadoras é o VSD
(Variable Speed Drive). O ajuste para o sistema será efetuado em função da
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carga ótima para o funcionamento da balança. Assim a carga carregada no navio
será ajustada através das velocidades dos motores das respectivas esteiras. As
esteiras terão velocidades variáveis em função da carga recebida ou a ser
entregue.
A partida suave é responsável por diminuir significativamente o desgaste
mecânico de motores, redutores, correias e outros equipamentos mecânicos
envolvidos no acionamento da carga, também elimina os efeitos danosos que
uma partida direta gera no sistema elétrico, como quedas de tensão e aumento
da demanda que, em horários de demanda máxima, pode resultar em
penalidades para o usuário frente à concessionária de energia.
O estado da arte no controle de velocidade e torque proporcionado pelo VSD
permite controle absoluto do processo produtivo, permitindo ajustes minuciosos e
o máximo desempenho no uso dos equipamentos elétricos. A emissão de
relatórios e informações on-line com sistemas de automação (PLC / SDCD)
permite melhores diagnósticos, reduz a quantidade de paradas não programadas
e facilitam a intervenção humana no processo produtivo com significativa
diminuição de riscos ao operador.
Unidos, o arranque suave e o estado da arte no controle de motores
proporcionados por um VSD, aumentam a disponibilidade do processo em função
da redução do tempo de manutenção nos equipamentos elétricos e mecânicos e
da maior precisão no controle do sistema de acionamento, além do uso racional
de energia.
Os motores das esteiras transportadoras poderão ser controlados através dos
diferentes torques exigidos ao longo do carregamento de um navio. No futuro,
poderá ser utilizado o sistema de controle por processo (início da cadeia de
pilhas ao descarregamento).
Demanda
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O sistema de controle com VSD permitirá não partir o sistema de CN3 e CN4 de
forma simultânea. Isso ocorrerá devido ao controle preciso dos inversores,
permitindo partir em rampa e controlar as potências e velocidades de partidas
dos motores elétricos.
Para cálculo da demanda máxima utilizada para o sistema, tem-se:
Dem. = carregamento do navio 100% = 3.494 kW
6.7. Estimativa de redução do consumo total anual
A estimativa do carregamento médio anual no Porto de Vitória está apresentadas
na tabela 9.
Tabela 11 – Número de cargas por ano.
Horas de duração por ano
Duração Carregament
o Navios + intervalos
entre entrada e saída de
navios
Número de cargas por
ano
PIER 2 8040 24,12 333
333Total
Multiplicando o número de cargas por ano pela energia salva por carregamento
típico de um navio, temos a energia anual salva. As tabelas 12 e 13 apresentam
os valores.
Tabela 12 – Energia Anual Salva (redução de velocidade).
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Ind. kWh / Navio Atual 77.560
Ind. kWh / Navio VSD 51.061
Energia Anual Salva - Estimada (MWh) 8.824
Tabela 13 – Energia Anual Salva (redução de perdas).
Ind. kWh / Navio Atual 10.377
Ind. kWh / Navio VSD 1.532
Energia Anual Salva - Estimada (MWh) 2.945
O total de energia anual salva é:
Energia Anual Salva = 8.824 + 2.945 = 11.770 MWh.
A implantação do projeto aqui apresentado proporcionará uma economia de
energia. Esta redução de consumo é em média igual a 40% do consumo total
típico para carregamento de um navio, sendo iguais tanto no horário de ponta
quanto no horário fora de ponta. Portanto, as economias com redução do
consumo de energia são as apresentadas na tabela 16.
Tabela 14 – Reduções de demanda e consumo de energia elétrica.
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Demanda de potência elétrica (kW) 1827Redução de consumo de energia elétrica / navio (kWh) 35344Redução de consumo de energia elétrica / dia (kWh) 35.173Redução de consumo de energia elétrica / ano (MWh) 11.770
As reduções previstas são de 40% para o consumo de energia elétrica e de 30%
para a demanda de potência elétrica.
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7. Síntese das Ações Apresentadas
São aqui propostas ações de eficiência energética para o sistema de correias
transportadoras. As ações referem-se, tanto ao nível do sistema, como ao nível
dos equipamentos, que proporcionarão relevante possibilidade de redução de
demanda e consumo de energia elétrica para o sistema.
O principal objetivo é redução do consumo de energia elétrica e
consequentemente redução dos custos associados, além do aumento da
confiabilidade de produtividade do Porto de Vitória.
Dentro das ações aqui descritas, a proposta técnica apresentada pela ABB, tem
como principais materiais, equipamentos e serviços propostos a seguir, para os
motores que acionam as esteiras TR-D11, TR-D12, TR-D13, TR-D15, CN3 e
CN4:
Painéis de Média Tensão, incluindo disjuntor principal para proteção do
conjunto Transformador + Inversor + Motor;
Transformadores isoladores a óleo com duplo secundário, 12 pulsos, com
secundários defasados de forma que a rede “enxergue” um sistema de 24
pulsos, alimentação de entrada 4,16kV e tensão de saída 2x 2305V;
Painéis inversores de freqüência de Média Tensão, 12 pulsos com
alimentação de entrada 2x 2305 V (+10/-5%) / 60Hz e tensão de saída
4,0kV;
Softwares especiais para o controle e manutenção dos acionamentos;
Interfaces digitais de operação instalados nas portas dos painéis;
Engenharia de aplicação (Hardware e Software) incluindo documentação a
ser fornecida ao cliente;
Supervisão de Instalação dos Equipamentos fornecidos;
Comissionamento e start-up do sistema ofertado;
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Acompanhamento de produção após start-up, incluindo assistência à
operação;
Treinamento de operação e manutenção para operadores do cliente;
Materiais e serviços de instalação;
Em função da existência de um Filtro Senoidal na saída dos Inversores de Média
Tensão da ABB, não será necessário a troca dos motores existente de 4,16kV
por novos motores com isolação especial para suportar os transientes de
corrente e tensão gerados pelo chaveamento dos semicondutores dos
inversores. Os motores não sofrerão nenhum estresse adicional em decorrência
desta mudança de acionamento. E mais, serão poupados em termos de sobre-
aquecimento e correntes de partida, uma vez que a plataforma de controle dos
inversores da ABB utiliza um método de Controle Direto de Torque que reduz
significativamente o estresse nos motores, além de prover a partida suave para a
rede elétrica.
Os cabos de média tensão também poderão ser reaproveitados em decorrência
do Filtro Senoidal dos Inversores, minimizando o tempo de parada para
instalação dos novos equipamentos. Desta forma, serão eliminados os custos
associados à aquisição de novos cabos com blindagem especial.
As propostas técnica e comercial estão anexadas ao estudo aqui apresentado.
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8. Avaliação Econômica
Neste item é apresentada a avaliação econômica do investimento, para a
implantação do projeto aqui apresentado.
8.1. Tarifas de Energia Elétrica
Foram considerados, na avaliação dos custos atuais e das medidas propostas, os
valores para energia elétrica apresentados na tabela 15. Estes valores foram
informados pela VALE.
Tabela 15 – Custos de transporte de energia elétrica para o Porto de Vitória.
Demanda de potência elétrica na ponta R$ 27,17 / kW
Demanda de potência elétrica fora da ponta R$ 4,25 / kW
consumo de energia elétrica na ponta R$ 28,20 / MWh
consumo de energia elétrica fora da ponta R$ 28,20 / MWh
Obs.: Aos preços de energia indicados estão inclusos os custos de transporte.
Tabela 16 – Custos de energia elétrica para o Porto de Vitória.
consumo de energia elétrica na ponta R$ 103,03 / MWh
consumo de energia elétrica fora da ponta R$ 103,03 / MWh
A energia que será economizada coma implantação do projeto poderá ser
comercializada no mercado Spot. O valor aqui considerado foi a média realizada
na Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) durante os últimos
doze meses: R$ 80,80 / MWh.
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8.2. Redução de custo total
A tabela 17 apresenta as reduções de custos com demanda e energia elétrica
com aplicação desse projeto. A demanda de ponta foi considerada uma redução
de 4.000 kW. Esta redução poderá ser pleiteada junto a concessionária de
energia local. Projetos de eficiência energética têm direito a redução de demanda
contrata de forma obrigatória. Como o Porto de Vitória tem uma demanda da
ordem de 17.000 kW, poderá pleitear a redução dos 4.000 kW.
Tabela 17 – Redução anual dos custos de energia elétrica na VALE.
Demanda de potência elétrica na ponta (R$/kW) R$ 1.304.160Demanda de potência elétrica fora da ponta (R$/kW) R$ 93.170Redução de consumo de energia elétrica ponta seco (R$/MWh) R$ 86.399Redução de consumo de energia elétrica ponta úmido (R$/MWh) R$ 61.713Redução de consumo de energia elétrica f. ponta seco (R$/MWh) R$ 814.570Redução de consumo de energia elétrica f. ponta úmido (R$/MWh) R$ 581.836
Total R$ 2.941.848
Custos de Aquisição de Energia Elétrica no Ano
Tabela 18 – Venda de energia salva no mercado SPOT.
Preço de Liquidação das Diferenças no SPOT (média 12 meses)
R$ 80,80
Energia salva / ano 11.770 MWh
Total 950.950
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8.3. Análise Econômica
A tabela 19 apresenta a consolidação das economias estimadas, os
investimentos previstos e o retorno simples do investimento.
Tabela 20 – Análise econômica do projeto.
Demanda Retirada F. Ponta 1.782 kW R$ 93.170Demanda Retirada da Ponta 4.000 kW R$ 1.304.160Energia Salva Anual 11770 MWh / Ano R$ 1.544.518Custo Energia SPOT R$ 950.950Custo Anual Evitado de Energia e Demanda
R$ 3.892.798
Redução de custo de Manutenção anual
R$ 200.000
Redução de custo anual R$ 4.092.798
Investimento (total e s/ ICMS) R$ 7.200.000 R$ 6.336.000
Pay Back simples (anos) 1,76 1,55
Aumento de Produtividade (ton/ano) 0 0%
As ações analisadas foram realizadas através de algumas considerações. Isto
pode trazer uma margem de erro para as condições aqui apresentadas, seja na
questão de economia de energia, quanto para os investimentos associados. Será
efetuado um projeto de engenharia, onde será confirmado as adequações do
projeto aqui apresentado.
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8.4. Ganhos Técnicos e Comerciais
A proposta aqui apresentada trará superioridade técnica para o funcionamento
das correias transportadoras do Porto de Vitória, frente às atuais condições
desse sistema.
Abaixo são indicadas algumas das vantagens que a VALE poderá beneficiar-se:
Aumento de confiabilidade do processo;
Melhor eficiência do processo;
Possibilidade de trabalho da balança em seu ponto de operação otimizado
(maior exatidão);
Redução da parada do sistema por quebra de embreagens;
Possibilidade de redução compulsória pela concessionária de energia
elétrica da demanda contratada;
Possibilidade de interligação dos inversores ao controlador de demanda do
Porto de Vitória;
Possibilidade ajuste da demanda na ponta pelo funcionamento do Pier 2
na demanda de ponta contratada no futuro (atual 17.500 kW para 5.000
kW);
Redução do Consumo de Energia Elétrica;
Redução dos Custos Operacionais dos para os sistemas transportadores;
Redução das correntes de partida dos motores;
Possibilidade de partida dos motores, mesmo com produção em
funcionamento (partida em rampa);
Baixo índice de manutenção do sistema elétrico;
Redução de manutenção do sistema mecânico (suavidade para partidas e
reduções de funcionamento em condições extremas);
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Prolongação de vida útil do motor elétrico (redução de carga térmica -
suavidade para partidas e reduções de funcionamento em condições
extremas);
Fator de potência acima de 0,95.
Resposta rápida dos inversores para ajuste do sistema de correias
transportadoras;
Extinção dos acopladores hidráulicos e simplificação do lay out da
unidade;
Possibilidade futura de funcionamento de todo o sistema de correias
transportadoras com rota reversa (reduzindo perda de energia elétrica do
processo de carregameto do minério);
Aumento da produtividade;
Aumento da capacidade de embarque no Porto;
Redução de desgaste das correias transportadoras pelas forças de tração
na partida; e
Crédito de ICMS (compra inicial dos equipamentos).