Sustentabilidade , gerenciamento e
economia de energia no meio industrial
Raymond Schmitz
Março 2015
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Agenda
 Introdução.
 Sustentabilidade e
produção sustentavel.
 Utilidades ( WAGES)
 Gerenciamento e
economia de energia
 Controle Inteligente de
motores
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Introdução
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Missão da Rockwell Automation
Nossa missão é melhorar o padrão de vida para todos,
ao tornar o mundo mais produtivo e sustentável.
Isso é o que fazemos todos os dias
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4
O que é Energia??
 Você já procurou por “Definição de Energia” no Google??
 Incrivelmente a definição de energia ainda não é algo trivial
 Uma definição comumente aceita é “uma entidade fundamental da natureza que é
transferida entre partes de um sistema na produção de mudança física dentro do sistema
e geralmente considerada como a capacidade para fazer trabalho”
 Assim, o Gerenciamento de Energia proposto pela Rockwell visa a monitoração dos insumos
mais comumente utilizados em processos industriais no uso e transformação de energia:
Água
(Water)
Ar
(Air)
Gás
(Gas)
Eletricidade
(Electricity)
Vapor
(Steam)
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5
Desafios à atividade industrial
Globalização, Sustentabilidade, Produtividade, Inovação
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Desafios comuns a todas as Empresas
Flutuação de
custos
• Redução dos custos
• Manter vantagem
sobre a concorrência
• Acertividade de
preços
Normas Governamentais
• Redução dos poluentes e
emissão de CO2 pelas
empresas
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Escasses de
Recursos
• Alto custo de insumos
• Disponibilidade
energética limitada
Sustentabilidade
• Processos eficientes
• Valorização das
marcas
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Globalização: Entra em cena a “Economia Global”
Indice de produção industrial - % de variação anual
A dvanced eco no mies
40%
Até meados dos anos 90, diferenças nos ciclos
econômicos eram evidentes.
crescimento & declínio ocorrendo simultaneamente
30%
A recessão em 2001 -2002 apresentou
clara tendência de sincroni’zação
global, ainda com algumas economias
em crescimento
A sia-P acific
A sia-P acific Excluding Japan
Canada
Central Euro pe and B alkans
China
20%
Emerging M arkets
Emerging M arkets Euro pe
10%
EU: Euro pean Unio n
Euro pe
Euro zo ne
0%
India
Latin A merica and Caribbean
-10%
A recessão atual solidificou a interdependencia de todas as
economias.
Quase todas as economias apresentaram quedas similares.
Latin A merica and Caribbean
plus M exico
M iddle East & A frica
United States
-20%
Western Euro pe
Fonte : Global Insight World Industry Service. 2009-2011 is GI’s forecast as of 10/09
Wo rld
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
-30%
• Não parece possível compensar os ciclos econômicos com diversificação geográfica
• Vantagens regionais ainda existem...mas as diferenças estão em declínio
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Sustentabilidade e produção sustentavel
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Definição
“Sustentabilidade”
Em um contexto ecológico, sustentabilidade pode ser
definido como o habilidade de um ecossistema manter os
processos e funções ecológicas, biodiversidade e
produtividade ao longo do tempo.
Os recursos da Terra devem ser utilizados a uma
velocidade na qual seja possível repô-los.
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Definição
“Sustentabilidade”
 é prover o melhor para as pessoas e para o ambiente tanto
agora como para um futuro indefinido
 para um empreendimento humano ser sustentável, tem de
ter em vista 4 requisitos básicos. Esse empreendimento tem
de ser:
- ecologicamente correto;
- economicamente viável;
- socialmente justo; e
- culturalmente aceito
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Convergência e Corporação Conectada
Sistemas
Corporativos
Integração da
Cadeia de
Suprimentos
Fornecedores
Manufatura
Flexível
Demanda dos
Consumidores
Menor Time to Market | Menor TCO | Otimização dos Ativos | Gerenciamento de Risco
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A Sustentabilidade faz parte deste cenário…
Segurança do Produto e da Produção | Proteção Ambiental | Eficiência Energética
Sistemas
Corporativos
Integração da
Cadeia de
Suprimentos
Fornecedores
Sustentabilidade
Manufatura
Flexível
Demanda dos
Consumidores
Menor Time to Market | Menor TCO | Otimização dos Ativos | Gerenciamento de Risco
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Definição de Produção Sustentável
Produção Sustentável é ...utilizar tecnologias para transformar materiais sem emissão de gases
do efeito estufa e sem a geração de resíduos tóxicos ou não renováveis, otimizando a
produtividade e a integridade da cadeia de suprimentos.
Componentes
Montagem
Varejo
1.
2.
Uso consumidor
3.
4.
5.
6.
Materiais
Extração
Opções para fabricantes…
Reciclagem/Descarte
7.
Utilizar menos materia e energia
Substituir materiais tóxicos ou não
renováveis
Reduzir resíduo, produção mais limpa
Reciclagem e suas variantes
Energia alternativa / Cogeração
Mudar as estruturas de produção,
cadeia de fornecedores
Segurança da planta e dos produtos
Sustentabilidade impulsiona inovação ao longo do ciclo de vida
do produto.
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Desafios da Produção Sustentável Não é só energia!
Emissiões
Energia
Ambiente
Materiais
Segurança
Práticas
De
trabalho
Sociedade
Resíduo
Responsabilidade
pelo produto
Produção sustentável deve balancear os fatores social e
ambiental, além do desempenho do negócio.
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Motivador #1: Recursos – Custo do Produto
 Uso de matéria prima
 Rendimento
 Resíduo
 Uso das utilidades
 Custo WAGES (água, ar,
gases, energia, vapor)
O cenário competitivo não deixa espaço para desperdícios…
Sustentabilidade é um bom negócio
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Programas para melhoria de rendimento e
redução de resíduos
17

Cliente Procura
Melhor desempenho de produção Competitividade
• Projetos Six Sigma, Lean, etc.
KPI em cascata - Objetivo
• Desde o chão de fábrica até o
corporativo.
Análise de históricos – Inteligência
de Negócio
• Análises de causa raiz para buscar
melhoria contínua
Rockwell Automation Oferece
Serviços de engenharia
• Análises e estudos para melhoria contínua
Monitoração on line dos processos
• Utilidades (WAGES), FTBatch, Track&Trace,
para monitorar consumos e correlacionálos com a produção.
Dashboards on line
Inteligência de Negócio
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• Converter os dados em informação, em
tempo real, por linha, site e/ou
corporativo.
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Motivador #2: Legislação Ambiental /
Segurança
• Cetesb
• IBAMA
• Meio Ambiente
• Recursos Hídricos
• NR12
• ROHS
Legislação forte gera produto e produção segura.
Recalls e falhas no produto custam caro!
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Produção Sustentável – Prosperidade
Economica

19
Cliente Procura
Reduzir custos de automação
• Mais e mais automação é
necessária para se manter
competitivo.
Maximizar a eficiência do processo
• Aumentar a produção e reduzir
disperdício e downtime.
Simplificar o fluxo de informação
• Integração ERP com chão de
fábrica.
Rockwell Automation Oferece
PlantWide Automation
• Convergência de várias disciplinas de
controle em uma única plataforma.
Controle de batelada, medições de OEE
Parcerias Rockwell / Cisco / E+H
• Fluxo de dados
• Melhor controle dos ativos
Rentabilidade e
Competitividade
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Produção Sustentável – Energia e Ambiente

20
Cliente Procura
Eficiência Energética
–
–
–
–
–
Custos de energia … mercado livre / cativo
Custos de matéria prima e água
Gerenciamento de picos de carga.
Alternativas de energia renovável
Redução do consumo de ar , gás, água, …
Proteção Ambiental
–
–
–
–
Recuperar e reciclar
Redução de matéria prima
Redução e monitoramento das emissões
Produto responsável e Design da
embalagem
– Pegada de carbono
– Demandas do consumidor e comunidade
Verde está na moda.
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Rockwell Automation Oferece
• Soluções de Gerenciamento de Energias
• Lider no mercado para CCMs inteligentes
– PowerFlex and IntelliCENTER
• Controle Inteligente de motores
• Soluções Preditivas para controle de
Emissões – Pavilion
• Otimização e Controle de Multivariáveis Pavilion
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Motivador #3: Normas Corporativas, Acionistas
e Avaliação do Consumidor
 Reputação da Marca

Imagem, qualidade e segurança do produto
 Preferência do consumidor por marcas verdes, motivando
a inovação de novos produtos


Pegada de carbono no rótulo do produto
Embalagens recicláveis
 Mitigação de recall de produtos

Diversos recalls de produtos no Brasil.
 Atividade no mercado de ações

Muitos recursos em fundos de investimento “Verde”
Fabricantes são responsáveis por todo o ciclo de vida do produto.
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Produção Sustentável– Atendendo demandas

22
Tendência de mercado
Proteção da marca já é parte da
Sustentabilidade
•Segurança de máquinas e
eletricidade - Manutenção da
proteção dos trabalhadores e
Produtividade
•Processo Seguro - Atendimento à
Normas Globais e boas práticas
•Segurança do produto e qualidade
do fornecedor - Evitar / Gerenciar
recalls (impacto na rentabilidade e
valor da marca)
Proteção às pessoas e aos
lucros
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Rockwell Automation Oferece
• Mais completo portfolio de aplicações para
segurança de máquinas, energia e processo
– Incluído na Arquitetura Integrada
– Advanced Safety Networking –
CIPSafety
• Soluções de Segurança Prontas & Serviços
de Consultoria em Segurança
• Soluções FactoryTalk para Tracking / Tracing
/ Genealogia
• Equipamentos de Monitoramento de
Vibração
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3 elementos principais do Portfólio de
Sustentabilidade da Rockwell Automation
Ambiente
Segurança
Energia
• Reduzir emissões e
resíduos
• Proteger
funcionários
• Medir e reportar
resultados
• Proteger seus
produtos e clientes
• Reduzir a
dependência de
combustíveis não
renováveis
• Melhorar
desempenho
financeiro
• Preservar a
integridade de sua
marca
• Aumentar a
economia de
energia
• Minimizar
desperdício de
matéria prima
• Construir sua
vantagem
competitiva
“Nossa abordagem para produção sustentável irá ajudá-los a tornar suas operações mais
limpas, seguras, eficientes e mais competitivas."
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Utilidades ( WAGES )
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Onde procurar para economizar?
A.V.E.A.O.
A solução completa (Monitorar, Analisar & Controlar) para:
•
•
•
•
•
Água - Fluxo, Temp, Pressão
Vapor - Fluxo, Temp, Pressão
Eletricidade - kWh, FP, Corrente, Pico de Carga
Ar (Comprimido) - Fluxo, Temp, Pressão
Óleo (e gás natural) - Fluxo, Temp, Pressão
Vamos olhar cada área onde podemos ter economia
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Água
A - Água
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Porque economizar água?
Você sabe quanto custa a água que consumimos? Um real
cada mil litros;
No próximo século, a água doce será o recurso natural mais
disputado na maioria dos países. No Brasil existe água em
abundância, mas existe também o desperdício e o
comprometimento dos mananciais.
O crescimento populacional constante e o desenvolvimento
das atividades humanas, com distribuições quase sempre não
homogêneas espacialmente, e a disposição de água também
irregular, contribuem para o aumento de pressão sobre os
mananciais existentes;
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Porque economizar água?
De acordo com dados do International Hydrological Programme da
UNESCO sobre recursos hídricos, o volume total de água no planeta é
calculado em torno de 1,4 bilhões km³. Porém, 97,5% dessa água é
salgada, e está basicamente nos mares e oceanos. A água doce, que só
representa 2,5% do total, está em sua maior parte nas calotas polares,
estando apenas 0,3% desta disponível e de fácil acesso em lagos, rios e
lençóis subterrâneos pouco profundos.
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Como economizar água na indústria?
 é possível aumentar a produtividade e ao mesmo tempo
reduzir o consumo de água utilizando programas de reutilização;
 utilização de água das chuvas, para processos industriais e
sanitários;
 criar máquinas que gerem processos mais eficientes que
evitem retrabalho na utilização da água;
utilizar uma menor quantidade de água no processo;
 descobrir vazamentos
 evitar desperdícios;
 promover o “uso consciente”
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The Aral Sea 1960
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The Aral Sea Today
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Ar Comprimido
A – Ar Comprimido
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Ar Comprimido – Analisando os custos
( fonte : revista mecatrônica # 42)
 Você tem idéia do custo para produzir o ar comprimido utilizado na sua
industria ?
 Você sabe , com segurança , quanto de ar comprimido é necessário
para atender a demanda de seus equipamentos ?
 A forma de utilização dos equipamentos leva em conta os custos
energéticos ?
 Você administra o uso do ar comprimido da mesma forma que controla
o consumo das outras utilidades ( água , Vapor , etc…) ?
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Fatos importantes sobre Ar Comprimido
• 10% de toda a energia é consumida para gerar ar comprimido.
• >30% de todo ar comprimido gerado nunca é usado (vazamento, desperdício).
• Um compressor de 200kw rodando 5 dias por semana e 24horas por dia custa R$ 265.000 por ano.
• Em um sistema de ar comprimido com um furo de 1/8” em 100psig custa R$ 5.250 / ano.
$
$
PUBLIC
Quantos furos de ¼” a R$700 por mês
você acha que tem na sua instalação ?
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Exemplo real
 Cliente tem 5 compressores : 4 para suprir a produção e um para
suprir as perdas .
 IE : 20 / 25 % são perdas
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Ar Comprimido – Dicas de Energia
 São necessários 7 cv de energia elétrica para produzir 1 cv de ar
comprimido (fonte de energia com menor eficiência na industria, mas ar
comprimo pode ser facilmente armazenado) -> Produzir Ar-Comprimido
no horário de menor tarifação
 Localizar vazamentos (perdas típicas de 30-40%)
 medir produção e consumo para controlar o uso
 manter a queda de pressão menor possível (2 psi p.d. resulta em 1% de
economia)
 mantenha o sistema de pressão na menor pressão possível;
 “seque” o ar (umidade reduz a eficiência)
 troque os filtros dos compressores regularmente
 dimensione o encanamento corretamente
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Ar Comprimido
Diametro do
Furo
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Vazamento de ar
Custo por mês em
mm
inch
1
0,039
0,8
1,3
R$ 27/mês
3
0,118
7,2
12,0
R$ 250/mês
5
0,197
20
33,3
R$ 700/mês
10
0,394
80
133,3
R$ 2.812/mês
@6 barg @ 87 psig
[l/s]
[ft3/h]
@ 45 R$/Mio. BTU
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Ar Comprimido
Custos gerados em 10 anos ( fonte : revista mecatrônica # 42)
Equipamento
12%
Manutenção
12%
Eletricidade
Equipamento
Manutenção
Eletricidade
76%
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Ar Comprimido
Formas de desperdicio
Vazamento
30%
( fonte : revista mecatrônica # 42)
Uso inadequado
5%
Produção normal
Aumento de demanda
devido ao excesso de
pressão
Vazamento
Aumento de demanda
Devido ao excesso
De pressão
8%
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Uso inadequados
Produção normal
57%
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Ar comprimido - Dicas ( fonte : revista mecatrônica # 42)
 90% dos vazamentos estão proximos aos pontos de uso.
 Combatendo os vazamentos combateremos 30% do problema
 Vazamento de ar estão fora da capacidade humana de ouvi-los pois se tratam de sons
ultrassônicos.
 Recomendamos o uso de detetores de vazamento
 Ou .......................o bom e velho metodo do pincel e do sabão !!!!!!!!!!
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Ar comprimido - Dicas ( fonte : revista mecatrônica # 42)
 Excesso de pressão no sistema também tem um custo.
 Um sistema que consome 15 m3/min a 8bar irá consumir 11,3 m3/min a
5,5 bar . Isto significa uma economia de 3,7m3 /min , ou seja , cerca de
30HP de desperdicio representando uma perda de quasi 40.000R$ / ano
.
 Reduzir pressão no sistema significa maior disponibilidade no caixa para
investimento e mais competitividade.
 Usos indevidos : limpeza de peças e chão de fabrica , etc……representam
um peso significativo nos custos e devem ser eliminados
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Potencial Economia em Instalações CA
The Carbon Trust (2005): GPG385 Energy Efficient Compressed Air
Systems, London.
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Vapor
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V –Vapor
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Por que medir o vapor?
Sistemas a vapor tambem devem ser planejados com o adequado sistemas de medição, onde
seja possível rastrear para onde o vapor vai e para balancear a unidade de processo de vapor
(CIBO Energy Efficiency Handbook)
 Eficiência da Planta
 Eficiência Energética
 Controle do Processo
 Custo e Manter
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Vapor – O que Medir & Monitorar?
Temperatura da Caldeira
Pressão da Caldeira
Temperatura da Água de Entrada da Caldeira
Nível da Água de Entrada da Caldeira
Fluxo da Água de Entrada da Caldeira
Condutividade e pH da Água de Entrada da
Caldeira
 Quanto vapor sai da caldeira? Qual
qualidade?






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Vapor – Dicas de Energia: Vazamento
Canadian Industry Programs for Energy Conservation:
Energy Efficiency and Management Guide; 2002
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Eletricidade
E –Eletricidade
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Revista Setor Elétrico - Novembro 2010
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Entendendo sua conta de “Luz”
 Componentes da conta de energia
 Consumo
 Demanda
 Qualidade de energia (Fator de potência ,etc.)
 Impostos e eventuais multas
 Eventuais contribuições para programa especifico
 Tarifação depende de :
 KW , KMH usados
 Horario
 Dia da semana
 Sazonalidade
 Mercado
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Energia – uma “commodity” Gerenciável
 Preço da Energia no mundo esta subindo
 Para ser competitivo globalmente as empresas
precisam controlar os custos de energia
(Custo do produto = Custo de material + custo de MO + Energia + .....)
 Gerenciar a energia envolve uma mudança
cultural
 Aprenda as opções disponíveis (novas
tecnologias, processos, taxas, etc…)
 Controle o custo de energia antes que ele te
controle
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Organization for Economic Co-operation and Development
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Uso da Energia vs. Produção
 Tradicionalmente medimos o consumo de energia na entrada da fabrica .
 Limitações:
Dificuldade para saber o quanto de energia precisamos para nossa produção
 Dificuldade para comparar energia consumidada durante diferentes “ batches “.
 Dificuldade para saber o prorata ( rateio) de energia para um produto especifico .

 No ponto de vista “Energia Eletrica ” minha fabrica se parece com um “Black Box”
.
O que realmente estou fazendo com a energia consumida ? …..não sei
 Quantos KW foram utilizados durante a produção ? …….não sei
 Como está minha qualidade de energia ? ……..não sei
 Quanta energia estou consumindo durante um pico ? …..não sei

‘Medição na entrada da fabrica’
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O quanto
Onde economizer
de energia estou
energia
gastando
sem
por
prejudicar
maquina,opor
desempenho?
produto, …?
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Uso da Energia vs. Produção –
Melhorias
 Identificar cargas altas , importantes e criticas
 Instalar Powermonitors onde necessario
 Implementar softwares de monitoração
 Implementar metodos de Prorata ( rateio) por produto
 Monitorar resultados
Utility Feeds 138 kV
Powermonitor 3000 M6
West
East
Allen-Bradley
Powermonitor 3000
L1
25.04M
WATT
Utility meter
kWh
Switchgear 12,470 V
Powermonitor 1000
Typical for 5
RS-485
EtherNet/IP
RS-485
RX
ACT
LNK
+
-
TX
STATUS
Boiler house
Substation
Mod Net
SHLD
Shipping / Receiving
Substation
Production
Substation #1
Power house
Substation
4160 V
Powermonitor 1000
Production
Substation #2
480 V
RS-485
EtherNet/IP
RS-485
RX
ACT
LNK
+
-
TX
STATUS
Powermonitor 1000
RS-485
EtherNet/IP
Mod Net
RS-485
RX
480 V
SHLD
ACT
LNK
+
-
TX
STATUS
RS-485
RX
RS-485
STATUS
480 V
RX
ACT
MCC 4
RS-485
EtherNet/IP
RS-485
EtherNet/IP
LNK
+
-
TX
Powermonitor 1000
ACT
Mod Net
LNK
+
TX
STATUS
Powermonitor 1000
Mod Net
480 V
-
SHLD
SHLD
Powermonitor 1000
Mod Net
SHLD
MCC 5
MCC 6
MCC 3
MCC 1
‘Medição na produção’
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MCC 7
MCC 9
Data
center
UPS
MCC 2
MCC 8
EtherNet/IP
R
S
-
4
8
RS-485
5
RX
ACT
LNK
+
-
TX
STATUS
Powermonitor 1000
Mod Net
SHLD
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Energia por Departamento / Planta
 Energia normalmente é alocada pelo departamento / geografia
dependendo dos medidores distribuidos na planta.
 Permitindo sub-medição e sub-faturamento.
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55
Divisão “Geográfica” da Informação
Energética
 Em geral um sistema de Eficiência Energética inicia-se nos Medidores:
 Na subestação de entrada – Para medição/tarifação geral
 Em cada Sala Elétrica Local – Para medição por áreas/processos
 Em cada ativo de grande importância – medições específicas e
confronto com produção
Não se pode gerenciar o que
Não é Medido!
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56
Como Criar um plano de Gerenciamento de
Energia
1. Definição clara, concisa, realista
das metas
2. Identifique as áreas que deseja
concentrar
Exemplo: O refeitório da empresa possui
100 lâmpadas de 100W trabalhando 24
horas por dia, quanto economizaremos se
reduzirmos para 50 lâmpadas?
0,1kW * 24horas * 30 dias * 100 lam * R$0,26 = R$ 1.872,00
0,1kW * 24horas * 30 dias * 50 lam * R$0,26 = R$ 936,00
Economia: R$ 936,00/mês !
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Criar um plano de Gerenciamento de
Energia
1. Definição clara, concisa, realista
das metas
2. Identifique as áreas que deseja
concentrar
3. Identifique as pessoas/processos
que serão afetado com o processo
de gerenciamento de energia
4. Criar um plano para implementar
as fases: Monitorar, Analisar e
Controlar
5. Revisar e modificar o plano
baseado nos resultados obtidos na
implementação
PUBLIC
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Consumo de energia + demanda de pico = energia total
kWd
A redução da área
sob a curva é
Conservação de energia
Soluções: inversores
de frequência variável,
motores com eficiência
energética, iluminação
e programação
50
40
30
20
10
2:30
2:00
1:30
1:00
12:30
12:00
0
Avaliação inicial
com VFD
com gerenciamento de demanda
PUBLIC
A eliminação deste pico é
Gerenciamento de demanda
Solução: a solução
de gerenciamento
de demanda de PEMS
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59
Gerenciamento e economia de energia
PUBLIC
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Exemplos de estrategias
PUBLIC
Consertar
vazamentos
de ar
Melhor
gerenciamento
da produçào
Corrigir fator
de potência
Atividades de
gerenciamento
de energia
Usar sistema
de iluminação
mais moderno
( EX : LED)
Instalar
inversores de
frequência em
bombas e
ventiladores
Consertar
vazamentos
de vapor
Mudança de
atitudes e
quebra de
paradigmas
Usar motores
com melhor
rendimento
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Voce sabia que…..
65% - Da energia elétrica no setor industrial é gasta para alimentar motores
30% - Da energia usada num edificio é desnecessaria ou ineficiente
50–200% - é o fator do sobre dimensionamento da maioria dos chillers
60% - É a média de Sistemas de ventilação sobredimensionados
15% - É a eficiência dos sistemas de ar comprimido
A maioria das melhorias no ponto de vista energetico no setor
industrial são devidas mais a maneira como gerenciamos a
energia e menos em função do uso de novas tecnologias.
PUBLIC
A Maioria das iniciativas para melhorar o gasto de energia
resultam numa economia de 15%!
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Gerenciamento de Energia
Organize e gerencie os dados de consumo energético e insumos de toda a planta
PUBLIC
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Como você gerencia seu consumo
energético?
Plant Management
Como evitar gastos com
demandas não
planejadas?
Quais processos
consomem mais
Scheduling
energia?
Quanto de Energia é
gasto para produzir
estes produtos?
Como construir uma
máquina mais eficiente?
Knowledge Worker
Como garantir
disponibilidade e
reduzir custos com
energia?
Fabricante de Máquina
Como produzo mais
consumindo menos
energia?
Quality
Information Technology
Automação
Operação
Planejamento e Logística
PUBLIC
Manutenção
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Conta de energia não pode ser mais
considerada simples custo fixo.
Ela é parte importante da composição
de Preços dos Produtos.
Ações simples baseadas em informação
confiável podem representar grandes melhorias
energéticas!
PUBLIC
PUBLIC - 5058-CO900H
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Gerenciamento de Energia Inteligente
É importante ter informação para tomadas de decisões.
Unir dados de Produção e Consumo Energético no nível do chão
de fábrica pode melhorar as decisões Produtivas da Empresa.
v
Dados
Energia
Tempo
Pessoal
Produção
MANUFACTURING
ASSETS
Produção
Rejeitos
PUBLIC
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66
66
Gestão Energética Eficiente
Não é possível gerenciar o que
não se pode medir!
Turbina
Refrigerador
Agitador
Trocador de
Calor
Caldeira
1. Conheça o que está sendo usado, por quem está
sendo usado e como é a utilização ao longo do tempo
2. Entenda o porque está sendo usado.
3. Entenda como o consumo energético está
contribuindo para o custo total.
PUBLIC
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FactoryTalk VantagePoint Energy
Informação de Energia para tomadas de decisão inteligentes
Gráficos de Consumo
vs. Demanda
Gráficos Dinamicos
48hr dashboard
Gráficos de Demanda
Tendencia
Relatorios Diarios
Dashboard
Analises e relatorios de
Qualidade de Energia
Telas customizáveis
Acesso em tempo real
aos Medidores
PUBLIC
Tarifação e Alocação
Relatorios de
Demanda e Consumo
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68
Alguns Fatos
 40% de toda energia elétrica mundial é consumida na industria.
 A projeção do aumento de energia na industria é de 44% ate 2030
 (U.S. Energy Information Administration)
 A projeção global de aumento de energia é de 50% ate 2030
 (International Energy Agency)
PUBLIC
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Aumentando a Economia de energia e a
eficiência.
 Usar menos energia
 Produção inteligente ( Ex: colocar maquina em “ Stand by” ou em velocidade
reduzida quando não está sendo usada)


Melhoria no processo
Melhoria no maquinario
 Usar energia mais barata
 Gerenciar onde , como e quando a energia é usada .
 Optimização do uso da energia
 Energia faz parte do custo do produto
PUBLIC
(Confidential – For Internal Use Only)
70
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Aumentando a Economia de energia e a
eficiência. .
 Projeto mecânico
 Folgas
 Inercia do sistema
 Desgaste mecânico
 Atrite / falta de lubrificação
 Calor
 Ruído acústico / Vibração
 Vazamentos de Ar / Oleo
PUBLIC
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Caminho para aumentar a eficiênça do
maquinario
 Melhorar a parte de potência elétrica :
 Usar motores com inversores de frequência ( melhorar o fator de
potência)
 Usar motores de imã permanente vs. motores de indução
 Atuadores elétricos lineares vs. atuadores pneumaticos
 Melhorar o sistema de distribuição elétrico
 Frenagem regenerativo
Motoring
Power
AC Power
Line
Active Front End
To Multiple
Inverters
3-Phase
480VAC
PowerFlex AFE
L1
DC+
Regenerative
Power
L2
DCL3
DC+ BR1 BR2 DC-

Barramento CC comum
DC+ BR1 BR2 DC-
DC+ BR1 BR2 DC-
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L2
L3
L3
PowerFlex 700
PUBLIC
DC+ BR1 BR2 DC-
L3
PowerFlex 700
L3
PowerFlex 700
PowerFlex 700
M
Copyright © 2010 Rockwell Automation, Inc. All rights
reserved. M Copyright ©M2015 RockwellM Automation, Inc. All Rights Reserved. 72
Caminho para aumentar a eficiênça do
maquinario
 Melhorar o projeto mecânico
 Reduzir folgas e atrite
 Reduzir a inercia do sistema ( Ex : cilindro de aluminio vs cilindro
de aço )
 Utilizar motores com velocidades apropriadas
 Substituir componentes velhos e desgastados
 Estabelecer programa de manutenção preventive ( EX : PowerFlex750 )
PUBLIC
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Portifólio de Gerenciamento de Energia
Power Monitors
Power Control
Informação
Soluções
PMW250
PM 500
PowerFlex Drives Intelligent Motor Control
EnergyMetrix
Energy Assessment
PM 3000
Energy Accelerator Toolkit
Pavilion
HVAC -R
Central Utilities
Asset Management
Training
Ferramentas
PUBLIC
PM 5000
Power Control Components
VantagePoint
Energy Info. Electrical Load Mgt
Serviços
PM 1000
CCBB Energy
Energy Savings Calc
Energy Evaluator
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74
Dispositivos de Controle de Motores
MT
857
Motor & Feeder
Protection Relay
Save Torque Off e Torque
proof
BT
E300
Overload
Relay
Partida Direta
Partida Suave
-Tensão Plena
-Tensão Reduzida
-Velocidade fixa
-Velocidade fixa
PUBLIC

Inversor de
Frequência
Centro de Controle de
Motores
-
Velocidade variável
-
BT ate 2000HP
-Partidas agrupadas em
um painel
-75 MT ate 34000HP
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A Rockwell Automation possui uma gama completa
de soluções para Acionamento e Proteção de Motores...
Concessionaria
115 – 500 kV
Alta Tensão
13.8 kV
8,000 HP +
Relé 857
OneGear SMC
PowerFlex 6000
Média Tensão
2.3 – 6.9 kV
200 – 8,000 HP
OneGear MCC
PowerFlex 7000
Baixa Tensão
380 – 690V
<1 – 800 HP
PowerFlex / SMC-Flex / E3+
PUBLIC
76
Centerline 2500
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Melhorar seu sistema elétrico
PUBLIC
PUBLIC - 5058-CO900H
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Cuidado com a qualidade da sua energia elétrica
1. Consumo
tensão
Corrente
2. Power
Outage
5. Power Sag
(if to low this may cause
under voltage faults)
6. Power Swell
4. Flutuação de frequência
3. Transientes (Geralmente em gerador )
de linha
(Podem causar trips
indesejaveis)
7. Fator de potência 8. Ruídos elétricos
(if high enough may cause over voltage
Faults) or Diode front-ends failures
9. Harmônicas
Line
Started
Motor
Stop
No load
flux current
PUBLIC
Full Load
Amps
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Cuidado com motores sobre
dimensionados
79
PUBLIC
(Confidential
– For Internal
Use Only)
Copyright © 2015 Rockwell Automation,
Inc. All Rights
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Potência (Energia em função do tempo)
 Potência ativa (kW = “kilo-Watts”)
Que produz trabalho.
 Potência reativa (kvar = “kilo-vars”)
Que magnetiza transformadores
e motores.
 Potência aparente (kVA = “kilo-Volt-Amperes”)
É a energia que voce paga
Usada para dimensionar seu
Sistema elétrico.
PUBLIC
Q
Potência
reativa(KVAR)
Potência ativa (KW)
P

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8
Fator de Potência
 Relação da potência ativa e da potência aparente
Potência ativa (P)
PF =
Potência aparente (S)
 Fator de Potência minimo exigido por normas : 0,92
PUBLIC
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Melhor analogia...........
PUBLIC
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Partida Direta
Partida com Inversor
FP: 0,1 – 0,89
Rend : 94,4 %
FP:0,96
Rend : 98%
62 KVA
89,5 A
65,5 KVA
94,5 A
55KW @ 400V
94,5 A
Rend : 94,4 %
FP : 0,1 – 0,89
Potência
Elétrica:58,3 KW
M
PUBLIC
Potência Mecanica :
55KW
M
55KW
@
400V
94,5 A
Rend :
94,4 %
FP :
0,1 –
0,89
(Confidential
– For Internal
Use Only)
83
Copyright © 2015 Rockwell Automation,
Inc. All Rights
Reserved.
Motor 55KW ( potência mecanica) ,400V,
Rendimento :94,4 % , FP : 0,89
84
 Partida direta : Potência elétrica = 55KW / 0,944 = 58,3 KW

KVA = KW / FP = 58,3 KW / 0,89 = 65,5 KVA

Corrente = 94,5 A
 Partida c/ Inversor :




PUBLIC
Saída do Inversor : 58,3KW @ 94,5A
Rendimento do inversor = 98% , FP = 0,96
KW de entrada = 58,3 / 0,98 = 59,5 KW
KVA de entrada = kW /FP = 59,5KW/0,96 = 62 KVA
Corrente de entrada = 89,5 A
(Confidential
– For Internal
Use Only)
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Inc. All Rights
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Perdas em Watts
85
 Podemos ver que na partida com inversor a corrente é menor ( 5A)
 A quantidade de corrente e a resistência total do cabo tem um impacto
2
sobre as perdas em watts - Watts Loss = I R
 Perdas em Watts diminuem proporcionalmente com o aumento da
bitola do cabo (isto é bom )
 Perdas em Watts aumentam com o quadrado do aumento da
corrente (isto é muito ruim)
 Minimizando a corrente teremos um impacto positivo sobre o
rendimento do sistema.
PUBLIC
(Confidential
– For Internal
Use Only)
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Inc. All Rights
Reserved.
Harmônicas
86
Iharm = 30.83A
Ifund = 70.71A
Itotal = 77.14A
I(THD) = 43.6%
= Iharm / Ifund
Harmonic Frequency Amplitude Amplitude Amplitude
Number
Hz
Peak
RMS
RMS^2
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
DC
60
180
300
420
540
660
780
900
1020
1140
1260
1380
1500
1620
1740
Sum of 3rd to 29th
Square Root of Sum
Sum of 1st to 29th
Square Root of Sum
PUBLIC
0.00
100.00
0.00
39.56
15.34
0.00
7.84
3.95
0.00
3.59
2.04
0.00
1.94
1.29
0.00
1.11
0.00
70.71
0.00
27.97
10.85
0.00
5.54
2.79
0.00
2.54
1.45
0.00
1.37
0.91
0.00
0.78
Phase
Angle
0.00
5000.00
0.00
782.50
117.67
0.00
30.74
7.79
0.00
6.44
2.09
0.00
1.88
0.84
0.00
0.61
0
357
0
153
282
0
0
81
0
189
246
0
10
58
0
185
950.56
30.83 Iharm
5950.56
77.14 Itotal
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Harmônicas
PUBLIC
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Reduzindo o Custo da Energia com Inversores
de Freqüência
PUBLIC
PUBLIC - 5058-CO900H
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Economia de Energia –
Tecnologias/Aplicações
 Uma forma de reduzir o consumo de
energia e melhorar o fator de potência
é instalar Inversores de Freqüência
(Drives) em aplicações específicas.
PUBLIC
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Partida Direta ( Velocidade Fixa)
Tensão e Frequência Fixas
=
Velocidade Fixa
M
PUBLIC
(Confidential
– For Internal
Use Only)
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Motor de Gaiola - Partida Direta
600
%Corrente
Torque Máximo(Breakdown/Peak running)
400
RPM com Torque
Nominal(Full Load) e
Corrente Nominal
%Torque
Rotação
Síncrona
200
100
Pullup or Accelerating
Torque
0
500
900
1800 RPM
1725
Rotação (RPM)
PUBLIC
1750
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Conseqüência da partida direta dos
motores
 Uma corrente típica de partida direta pode chegar até a 600%, 700% x In;
 Acarreta desgaste mecânico do maquinário;
 Acarreta impacto no sistema elétrico;



PUBLIC
enfraquecimento das luzes;
picos de tensão;
aumento do consumo de energia;
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Inversor - Definição
 De forma simples podemos dizer que os inversores de frequência
são equipamentos eletrônicos que permitem variar / controlar a
velocidade de um motor de indução trifásico
 Entrada : tensão e frequência fixas ( ex: 440V e 60Hz).
 Saida : tensão e frequência variaveis ( ex: 440V e 60Hz , 220V e
30Hz , 110V e 15Hz)
Tensão e Frequência Fixas
Tensão e Frequência Variaveis


PUBLIC
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Partida com Inversor
( Velocidade Variavel )
Tensão e Frequência Fixas
Tensão e Frequência Variaveis
=
Velocidade Variavel
PUBLIC
Inversor
(Confidential
– For Internal
Use Only)
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Inc. All Rights
Reserved.
Custos Energéticos
 Nos Estados Unidos, as fábricas
gastam mais de USD $33
bilhões por ano em eletricidade.
 Motores Elétricos, no setor
industrial, consomem 63% da
energia total, mais da metade
rodam bombas & ventiladores
Ciclo de Vida do Custo de uma
Bomba Industrial
(fonte “US Industrial motor systems market opportunities
assessment” Dez 1998 por DOE)
 Bombas consomem 20% da
energia elétrica demandada no
mundo
Source:
PUBLIC
Custo Inicial
Custo de Manutenção
Custo de Energia
Outros Custos
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Inversores de Freqüência - Fatos
 Menos de 10% dos motores elétricos
instalados utilizam inversores.
 No mínimo 25% dos motores são
candidatos para usar inversores.
 Em um período de 10 anos o custo de
energia consumido por um motor pode
chegar a 100 vezes o seu valor de compra
PUBLIC
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Benefícios dos Inversores de
Freqüência









Reduz a Corrente de Partida (Elimina o pico na demanda)
Reduz o consumo de energia.
Reduz Golpe de Ariete
Melhora o controle do Processo
Controle de ruído acustico
Reduz o desgaste mecânico
Melhora a manutenção do Sistema
Controle Multi Motor
Suporta Prédios Verdes
 LEED Green Building rating ; pré-requisito é atender a norma
ASHRAE 90.1 2004
o
PUBLIC
Ventiladores individuais de ar com motor igual ou maior de 15hp tem que
usar inversor de freqüência.
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Motores Elétricos
Bomba
Trafo
Ventilador
Drive
Motor
Compressor
Motores eletricos =
60+% da Eletricidade
consumida na industria
Energy Efficient Family
PUBLIC
Outros
6
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Dispositivos de Controle de Motore
MT
857
Motor & Feeder
Protection Relay
Save Torque Off e Torque
proof
BT
E300
Overload
Relay
Partida Direta
Partida Suave
-Tensão Plena
-Tensão Reduzida
-Velocidade fixa
-Velocidade fixa
PUBLIC

Inversor de
Frequência
Centro de Controle de
Motores
-
Velocidade variável
-
BT ate 2000HP
-Partidas agrupadas em
um painel
-99 MT ate 34000HP
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Economia de Energia em Cargas
Centrífugas
PUBLIC
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Lei de Afinidade
 A Lei de Afinidade é aplicada a todos os dispositivos
centrífugos (Bombas ou Ventiladores)
Reduzir
Velocidade dePressão
100% para
Vazãoa(Q)
(P) é80% em um ventilador/bomba
Potência (HP) é
de 25HP
Varia
proporcional ao
proporcional ao cubo
Linearmente quadrado da velocidade da velocidade (N) ou
3
3
com
a
(N)
ou
Fluxo
(Q)
HP2   N 2 
velocidade
 HP2   80  Fluxo (Q)




 
(N)
1 
 25   100 
 HP
 N1 
Q2
Q1
PUBLIC

N2
P2
N1
P1
HP2 2 12.5
 N2 
 

 N 
1
HP 2
HP 1
 N2 
 

 N 
1
3
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Controle em velocidade variável
 Ao reduzir a velocidade em uma aplicação de torque variável em apenas 20% pode-se
economizar até 50% em consumo de energia
 O maior potencial está na substituição de sistemas de controle tradicionais por
motores com variadores de frequência
PUBLIC
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Lembre -se




Potência = Torque x Velocidade
Potência = Pressão x Vazão
Vazão varia linearmente com a Velocidade
Pressão varia com o quadrado da Velocidade
 CONSEQUENTEMENTE
 A Potência varia com o cubo da velocidade
PUBLIC
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Lei de afinidade
% VELOC.
100
80
60
50
40
30
PUBLIC
% VAZÃO
100
80
60
50
40
30
%POTÊNCIA
100
51
22
13
6
3
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Quando aplicamos os Inversores de
Freqüência:
 A Potência varia com o cubo da velocidade. Desta forma, quando
reduzimos a velocidade, podemos notar uma redução substancial na
potência consumida.
PUBLIC
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Leis de afinidade
 Relaciona as grandezas mecânicas e elétricas do sistema de
bombeamento em relação à rotação da carga
 Para a potência elétrica, deve-se levar em consideração todos os
rendimentos
PUBLIC
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Potências
Hidráulica
bomba
Eixo da Bomba
(BHP)
acoplamento
Eixo do Motor
motor
PUBLIC
Elétrica
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Economia de Energia em Cargas
Centrífugas
 Bombas, Ventiladores, Exaustores, etc.
PUBLIC
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Ventiladores
PUBLIC
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Ar condicionado
PUBLIC
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Lei de afinidade
% VELOC.
100
80
60
50
40
30
PUBLIC
% VAZÃO
100
80
60
50
40
30
%POTÊNCIA
100
51
22
13
6
3
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Ciclo Típico de Trabalho
12
11
10
9
% Tempo de
operação
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% Vazão -CFM
PUBLIC
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Comparação do Consumo :
Damper x Inversor de Freqüência
PUBLIC
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Calculo de Economia de Energia Exemplo
Um ventilador de 25 HP precisa fornecer ar durante 10 horas por dia durante 300 dias por
ano.
O custo do ventilador rodando na velocidade nominal, por todo ano será:
25HP x 0.746 kW/HP x 3000 hrs x R$0,26kW/hr= R$ 14.547
Assumindo que o ventilador não trabalhe na velocidade/fluxo nominal todo o tempo:
•25% do tempo a 100% Fluxo /velocidade;
•50% do tempo a 80% Fluxo /velocidade;
•25% do tempo a 60% Fluxo /velocidade;
O custo de rodar um ventilador com um inversor de frequência será:
25 HP x 0,746 kW/hp x 750 hrs x 0,26/kWhr x (1.00)3 = R$ 3.636,75
25 HP x 0,746 kW/hp x 1500 hrs x 0,26/kWhr x (0.80)3 = R$ 3.724,03
25 HP x 0,746 kW/hp x 750 hrs x 0,26/kWhr x (0.60)3 = R$ 785,54
Total = R$ 8.146,32
Economina Anual: R$ 14.547 – R$ 8.146,32 = R$ 6.400,68
Custo de inversor de 25cv: R$ 2.800,00 -> Retorno de investimento: < 6meses
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Exemplo de cálculo
 Ventilador acionado por um motor de 100 Hp.
 Trabalhando 5000 horas por ano numa vazão media de 60%.
 Custo do KWH : 0,26 R$
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Exemplo de cálculo
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Exemplo de cálculo
 Custo de energia anual c/ Damper: R$82.000
 Custo de energia anual c/ Inversor: R$21.000
 Economia: R$61.000/ano
R$5.083/mês
 Preço de um inversor de 100 HP: R$ 8.000
 Retorno sobre o investimento: 2 meses
 Lembrando:
 Diminuir 50 lâmpadas gera uma economia de: R$ 936,00/mês
 Onde é melhor focar os esforços?
R$ 5.083 x R$ 936,00
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Bombas – Métodos de controle de Fluxo
 Throttling
 On Off
 Bypass (Recirculação)
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Comparação: Sistema c/ Válvula vs
Sistema c/inversor
Vazão (GPM)HP (Válvula)
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HP (inversor)
1200
25
25
960
23
12.8
720
21
5.4
480
19
1.6
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Para mais informações, visite discover.rockwellautomation.com/energy
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www.rockwellautomation.com
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http://www.ab.com/drives/energy_savings/index.html
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Mobile Apps
Calcular
Sua Economia
de Energia
http://www.rockwellenergycalc.com
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Energy Management
Accelerator Toolkit
http://www.rockwellautomation.com/go/iatools
Energy
Management
Accelerator Toolkit
Energy
Management
Accelerator
Toolkit
Or Order Energy Management Accelerator Toolkit CD – IASIMP-SP014
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123
Energy Management Accelerator Toolkit
Preconfigured Energy Data
Collection & Demand
Simplified Wiring
Management Logic
Quick Start Manual
Energy
Reports & Dashboards
Preconfigured Faceplates
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Controle Inteligente de Motores Integrado
ao Controle de Processo
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Vantagens do Controle inteligente de
Motores
Otimizar o uso dos ativos
Reduz paradas não programadas
Reduz MTTR
Manutenção centralizada
Reduzir o tempo para o
mercado
Reduz tempo de desenvolvimento
Reduz tempo de comissionamento
Experiência do usuário comum
Reduzir Custo Total de
Propriedade
Gerenciamento e economia de energia
Reduz custos de instalação e manutenção
Mitigar riscos operacionais
Diagnosticos preventivos
Segurança do pessoal e do maquinario
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Por quê integrar Potência e Automação ?
Nas indústrias investimentos significativos são feitos em
ativos mecânicos
 Para otimizar o custos do ciclo de vida destes ativos, as estratégias
de manutenção, segurança e gerenciamento de energia precisam
ser integradas ao sistema de controle
 Esta integração pressupõe a disponibilidade de uma infra-estrutura
de comunicação robusta. Hoje, a rede EtherNet/IP é a que
apresenta melhor custo-benefício para a integração dos dispositivos
inteligentes ao sistema de controle
 Permite aos clientes implementar simultaneamente o
gerenciamento de energia, segurança, e estratégias de manutenção
para garantir o máximo de retorno de investimentos dos ativos da
planta
“No mercado de hoje, somos desafiados a controlar a performance, reduzir o
tempo de planta parada, aumentar a produtividade, tudo isso sem abrir mão
da segurança. Com a combinação de tecnologias avançadas em dispositivos
de controle e proteção de motores com a capacidade de comunicação em rede
e diagnósticos da Arquitetura Integrada™ da Rockwell Automation, você tem
uma ferramenta poderosa para lhe ajudar a atingir estes objetivos.”
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Por quê integrar Potência e Automação ?
Com a Arquitetura Integrada™ da Rockwell Automation aliada às
soluções de Controle Inteligente de Motores™, você poderá
conseguir...
A melhor performance dos seus motores com controle e proteção
inteligentes e conectados em rede
 Integração das operações de manufatura às redes corporativas,
reduzindo os custos de manutenção
 Consumo de energia reduzido e eficiência aumentada
 Mais informações, para otimizar o sistema de gestão de ativos da planta
 Tempos de “start-up” minimizados e melhor disponibilidade da planta
 Tempos de parada reduzidos e solução de problemas simplificada
(alarmes em antecipação às falhas)
 Alarmes em avanço, dados de diagnóstico e gráficos de tendência –
quando e onde preciso
 Melhores funcionalidades de segurança, para protejer o seu processo,
pessoal e equipamentos
 Instalação e integração mais rápidas quando comparadas a E/S físicas
 Rede Industrial Ethernet/IP, 100% padrão

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Controle Inteligente de Motores
PlantPAx
A abordagem atual
Controle
Visualização
Informação
Motor Control
CIP
EtherNet/IP
Controle, Configuração e Aquisição de dados simultânea e em tempo real
Arquitetura Integrada de Automação e Controle de Motor
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Controle Inteligente de Motores
Proposta de Valor
Otimizar o uso
dos ativos
Reduzir Custo
Total de
Propriedade
Mitigar riscos
operacionais
Reduzir o tempo
para o mercado
PUBLIC
•
•
•
•
Diagnósticos incorporados
Monitoração remota
Configuração automática de dispositivos
Assitentes de análise de falhas
• Reduz paradas não-programadas
•
Controle de velocidade variável
• Economia de energia
•
Inteligência energética
• Gerenciamento de energia
•
Monitoração Remota
•
Prevenção de choque elétrico
•
ArcShield™
•
Eliminação de erros de endereçamento
• Reduz tempo de desenvolvimento
•
Configuração “plug-n-play”
• Reduz tempo de comissionamento
•
IHM e código pré-engenheirados
• Experiência do usuário comum
• Reduz o MTTR
• Manutenção centralizda
• Segurança Pessoal
• Proteção contra arco elétrico
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