Universidade Federal de Santa Catarina
Centro Tecnológico
Departamento de Engenharia Mecânica
Coordenadoria de Estágio do Curso de
Engenharia Mecânica
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RELATÓRIO DE ESTÁGIO – 2/3
Período: de 24/março/2009 a 18/maio/2009
2009
Cia. Hering
Nome do aluno: André Filipe Obenaus
Nome do supervisor: Ewerson Lombardi
Nome do orientador: Acires Dias
Blumenau 6 de maio de 2009
Blumenau,
1
Sumário
1 – Apresentação das Atividades Realizadas Durante o Período ............................................ 3
1.1 – Projeto: Substituição dos Motores das Máquinas de Corte............................................. 3
1.1.1 – Objetivo ..................................................................................................................... 3
1.1.2 – Situação Atual............................................................................................................ 3
1.1.3 – Situação Futura ......................................................................................................... 3
1.1.4 – Viabilidade Econômica .............................................................................................. 4
1.1.4 – Considerações ........................................................................................................... 4
1.2 – Projeto de Viabilidade e Implantação: Máquina Rama .................................................... 4
1.2.1 – Objetivos ................................................................................................................... 5
1.2.2 – Dados Técnicos .......................................................................................................... 5
1.2.3 – Adequação e Instalação ............................................................................................ 6
1.3 – Projeto de Viabilidade e Implantação: Máquina Abrideira .............................................. 6
1.3.1 – Objetivos ................................................................................................................... 6
1.3.2 – Dados Técnicos .......................................................................................................... 7
1.3.3 – Adequação e Instalação ............................................................................................ 7
1.4 – Projeto: Utilização de Bombas de Calor no Parque Industrial ......................................... 7
1.4.1 – Objetivos ................................................................................................................... 8
1.4.2 – Estudo de Viabilidade ................................................................................................ 8
1.5 – Acompanhamento: Inspeção Periódica da Caldeira ........................................................ 8
1.5.1 – Características da Caldeira ........................................................................................ 9
1.5.2 – Inspeção .................................................................................................................... 9
1.5.3 – Considerações ........................................................................................................... 9
1.6 – Relatório do Teste da Caldeira a Gás Nº4 ...................................................................... 10
1.6.1 – Objetivo ................................................................................................................... 10
1.6.2 – Metodologia do Estudo ........................................................................................... 10
1.6.3 – Dados....................................................................................................................... 10
1.6.4 – Analise do Custo ...................................................................................................... 11
1.6.5 – Análise da Caldeira .................................................................................................. 11
1.6.6 – Considerações ......................................................................................................... 12
2 – Conclusão .................................................................................................................... 13
3 – Bibliografia .................................................................................................................. 13
Anexos .............................................................................................................................. 14
2
1 – Apresentação das Atividades Realizadas Durante o Período
1.1 – Motores da Máquina de Corte
O projeto dos motores das máquinas de corte já foi contemplado no relatório anterior,
porém, como o projeto foi aceito, dou continuidade e quantifico informações que
ficaram pendentes anteriormente.
1.1.1 – Objetivo
Este projeto tem o objetivo de substituir cinco motores elétricos Baldor existentes na
talharia por cinco motores WMagnet de alto rendimento, para desta forma reduzir o
consumo de energia elétrica e paradas para manutenção.
1.1.2 – Situação Atual
O consumo de energia elétrica dos motores atuais está na casa dos 42kW, segundo
estudo feito pela Standard, e a média de manutenção (rebobinamento) de motores por
ano é aproximadamente 8 trocas. Essa manutenção é feita porque os motores queimam
devida alta temperatura, ocasionada dentre outros motivos por excesso de pó de malha
que entra no motor, que não tem proteção contra esse fator. A quantidade de horas
utilizada para o cálculo de consumo anual é de 4752 horas.
Quantidade de Motores
5
Consumo Anual (kWh)
997.920
1.1.3 – Situação Futura
Motores WMagnet
O motor oferecido para troca é o de 40CV 3600RPM carcaça 160L com
potência/consumo elétrico de 31kW.
Quantidade de Motores
5
Consumo Anual (kWh)
736.560
3
1.1.4 – Viabilidade Econômica
A análise dos custos de compra dos motores e custos de instalação menos o gasto de
manutenção anual revelou que o retorno com a economia de energia se dará em:
Fornecedor A
13 MESES
Fornecedor B
16,9 MESES
1.1.5 – Considerações
Com a instalação dos novos motores teremos uma redução significativa nos custos com
energia elétrica, bem como uma diminuição de carga instalada de 55 kW (11kW por
motor).
Uma grande vantagem da substituição é a redução no número de rebobinagens
necessárias por ano, já que os novos motores WMagnet tem ventilação forçada
embutida e fator de proteção IP55, o que evita a entrada de pó de malha, fator principal
das queimas dos motores Baldor.
Entretanto, será necessário desenvolver uma adaptação do novo motor com a máquina
de corte, já que a furação dos parafusos de fixação é diferente. Será preciso também
deslocar a posição de fixação do motor, porque ele é ligeiramente mais comprido. Essa
adaptação é necessária porque não é viável alterar a carcaça do motor, segundo
informações dos fornecedores.
O supervisor da manutenção dessas máquinas pediu alteração no rasgo de chaveta do
eixo do motor, para que seja compatível com a camisa de fixação da polia dos motores
atuais. Segundo o fornecedor, essa alteração é possível, mas o ideal é utilizar o rasgo
original, que segue normatização.
Ambos fornecedores disponibilizam um motor para ser utilizado em um período de
testes.
1.2 – Projeto de Viabilidade e Implantação: Máquina Rama
O equipamento proposto tem como função principal, proporcionar a secagem e a
termofixação de malhas com elastano e outros fios sintéticos através da aplicação de
alta temperatura sobre os tecidos de malhas, o que conseqüentemente favorecerá a
obtenção de malhas com melhor estabilidade dimensional.
4
O equipamento somente poderá trabalhar com malhas e tecidos no estado aberto.
Somente a Rama instalada atualmente não possui capacidade suficiente para atender em
tempo hábil a demanda. Portanto, a nova Rama será então para suprir essas
necessidades, de aumento da produção de malhas termofixadas, de malhas e tecidos
com acabamentos estampados e diminuição dos custos de terceirização do serviço, além
de garantir melhor qualidade, manter os padrões das malhas Hering e cumprimento de
prazos. Além do pleno atendimento das necessidades citadas, há uma atualização
tecnológica e patrimonial do parque fabril. A caracterização completa da máquina, bem
como suas características de processo não serão contempladas neste relatório.
1.2.1 – Objetivos
- Inovar a tecnologia do parque fabril;
- Aumentar a capacidade de produção interna de ramagem de malhas para estampar;
- Aumentar a capacidade de produção interna das malhas termofixadas;
- Aumentar a produtividade;
- Reduzir custos com terceirização;
- Melhorar as entregas dos pedidos.
1.2.2 – Dados Técnicos
A nova Rama será muito semelhante ao modelo existente atualmente na Cia Hering, ou
seja:
- Entrada com centralizador motorizado;
- Duplo foulard, um para água e outro para a impregnação do amaciante,
dimensionados para que suas pressões de cilindros permitam um pick-up diferencial
entre 10 a 20%;
- Compensadores de velocidade do tipo balancim;
- Caixa de vapor (vaporizador);
- Transporte do tecido por meio de correntes agulhadas;
- Dispositivos: abridor, engomador e cortador de ourelas;
- Câmaras de secagem e termofixação, com aquecimento a gás natural;
- Tamanho padrão: 24 metros de câmaras aquecidas;
5
- Correntes de trabalho no sentido vertical, compostas de agulhas com prendedor de
tecido;
- Saída com resfriador, fraldador e non-stop.
1.2.3 – Adequação e Instalação
Os materiais e serviços necessários para a instalação apropriada da rama que devem ser
fornecidos pela Cia. Hering foram levantados com o apoio de eletricistas e mecânicos,
bem como dos supervisores da Engenharia e Manutenção. A tabela com essas
informações encontra-se em anexo.
A adequação referida é das especificações técnicas do maquinário, referentes à tensão
de serviço, frequência, tipo de aterramento, posicionamento e refrigeração do painel
elétrico, pressões de vapor, ar comprimido e gás natural a serem utilizados na máquina
bem como obras civis de adequação de layout. Foram feitas reuniões com engenheiros e
técnicos de vários departamentos envolvidos no projeto, de modo a analisar todas as
informações e também averiguar todos os componentes que constam na confirmação de
pedido, para garantir que a máquina seja enviada com todas as partes necessárias para o
seu funcionamento ideal.
1.3 – Projeto de Viabilidade e Implantação: Máquina Abridora
O equipamento proposto tem como função principal, abrir malhas passando-as da forma
de tubular para aberta. Seja na forma crua, tinta ou alvejada, e também enfraldar malhas
já abertas. O equipamento somente poderá trabalhar com malhas. Com a aquisição da
nova Rama para suprir essas necessidades, e para pleno atendimento produtivo deste
equipamento, um novo abridor de malhas é necessário ser incorporado no conjunto.
Além do atendimento das necessidades citadas, há uma atualização tecnológica e
patrimonial do parque fabril. O novo abridor não terá exclusividade para abrir malhas
para a nova Rama, mas também para servir de apoio a Rama atual e secadores
instalados, bem como o atendimento de malhas para os secadores agulhados. O
equipamento é versátil nesse sentido, e fará parte então do complexo industrial. A
caracterização completa, bem como suas características de processo não serão
contempladas neste relatório.
6
1.3.1 - Objetivos
- Inovar a tecnologia do parque fabril;
- Atender o aumento da capacidade de produção interna de ramagem de malhas e com
acabamento estampado;
- Atender o aumento da capacidade de produção interna de malhas para termofixar;
- Aumento da produtividade.
1.3.2 – Dados Técnicos
O novo Abridor será muito semelhante aos já existentes atualmente na Cia Hering, ou
seja:
- Conjunto cortador de tubos de malhas;
- Sistema dobrador para acondicionamento de malhas abertas tipo wandertafel;
- Cilindros centralizadores e alargadores;
- Batedor de cordas para processo de malhas abertas.
1.3.3 – Adequação e Instalação
Da mesma forma que foi feito com a rama, foram feitas reuniões com engenheiros e
técnicos dos vários departamentos envolvidos no projeto, de modo a analisar todas as
informações e também averiguar todos os componentes que constam na confirmação de
pedido, para garantir que a máquina seja enviada com todas as partes necessárias para o
seu funcionamento ideal.
1.4 – Projeto: Utilização de Bomba de Calor no Parque Industrial
A utilização de bombas de calor como alternativa para aquecimento de água tem sido,
nos últimos anos, uma tecnologia interessante para substituir combustíveis fósseis e
aquecimento por resistência elétrica. Utilizando o ciclo termodinâmico, a bomba de
calor é capaz de atingir uma relação de potência de aquecimento por energia consumida,
o conhecido COP, alta, reduzindo assim o consumo de energia elétrica.
7
1.4.1 – Objetivo
Estudar possível aplicação de bombas de calor para o parque industrial.
1.4.1 – Estudo de Viabilidade
Inicialmente, recebemos a visita do engenheiro Hans Schorer, que veio apresentar a
tecnologia de se utilizar bombas de calor no aquecimento de água. Ele sugere que se
utilize o calor que ele classifica como inútil para processos industriais (efluentes entre
30ºC e 40ºC), para calor útil (água industrial a 60°C). Ele explicou ainda que a variação
máxima de temperatura que a tecnologia permite é em torno de ∆T = 30°C, e que o
coeficiente de performance pode chegar a COP = 6.
Na sequência, conduzimos o Eng. Schorer a uma visita pela fabrica, para que
pudéssemos levantar alguma possível utilização para a nova tecnologia.
Como já possuímos um recuperador de energia, que já utiliza o calor dos efluentes para
aquecimento de água industrial, a aplicação que se pensou foi para o caso do startup das
máquinas de tingimento, no domingo à noite, depois da recuperação ter ficado sem
funcionar o durante o fim de semana. O que acontece é que as máquinas são ligadas
praticamente ao mesmo tempo, de modo que a água que estava no tanque aquecido não
é suficiente. Outro fator é que essa água já está a uma temperatura menor (aprox. 50°C),
por causa da parada do fim de semana.
O tingimento possui 37 máquinas, e os consumos mínimos e máximos totais são:
Consumo (m³)
Mínimo
Máximo
76,215
98,780
Na data de confecção deste, o projeto ainda não tinha sido finalizado, sendo que se dará
continuidade com os trabalhos e a apresentação final será no próximo e último relatório.
1.5 – Acompanhamento: Inspeção Periódica de Caldeira
A Cia. Hering possui, em seu parque fabril, muitas máquinas que operam a vapor,
portanto ela possui uma estrutura de utilidades que abrange quatro caldeiras, sendo que
8
são três a gás natural e uma a biomassa, mas que também pode ser utilizada queimando
gás. Como é bem sabido, essas máquinas precisam passar por inspeção regular de um
Profissional Habilitado, para certificar suas condições de uso e segurança.
1.5.1 – Características da Caldeira
Marca: EUREKA-3
nº 1369
Ano: 1976
Modelo: Eônia – E – 300 – Flamotubular.
Tamanho: Sup. Aquec.: 300m² - Prod.: 12tv/h
Categoria: B
1.5.2 – Inspeção
O inspetor realizou os testes constantes na NBR 12177-1:1999, tendo averiguado,
portanto, o prontuário, feito exame externo, válvulas principais, exame interno, feito a
atualização da PMTA, ensaio hidrostático, ensaio de acumulação, ensaio dos
dispositivos de alimentação de água, e teste de funcionamento, bloqueio, segurança e
alarme.
1.5.3 – Considerações
O relatório da inspeção foi entregue à empresa sem delongas, e foi confeccionado de
maneira bastante rigorosa e completa, constando várias observações, recomendações e
fotos. O engenheiro responsável pela inspeção não hesitou em explicar as várias etapas
do seu trabalho, bem como explicar algumas práticas que se utiliza na inspeção, como
por exemplo, aquecer a válvula de segurança antes de testar sua pressão de abertura,
para reduzir algum possível erro. De maneira geral, a experiência foi muito interessante,
aproximando o acadêmico de práticas de segurança tão importantes para a preservação
dos operadores e do patrimônio da fábrica.
9
1.6 – Relatório do Teste da Caldeira a Gás Nº. 4
1.6.1 – Objetivo
O objetivo do teste é verificar as condições de operação em regime continuo da caldeira
a gás (4) para aliviar o trabalho da caldeira à lenha (2), que estava trabalhando no seu
limite de produção e também para verificar a perda de rendimento que a caldeira a gás
sofre com o trabalho intermitente, como é operada normalmente.
1.6.2 – Metodologia de Estudo
Do dia 31 de março até o dia 5 de abril foram feitas medições de três em três horas
durante o turno geral, para se ter uma estimativa do consumo por hora, e analisaram-se
as medições rotineiras que são feitas regularmente às 6 da manhã para ter uma média
diária de consumo de gás, e estimar os custos extras devido ao regime de operação.
1.6.3 – Dados
Consumo de Gás
Geral Medido
Caldeira Estimativa
Produção de
(m³)
(m³)
Vapor (ton.)
31/mar
8.448,28
3.905,41
43,70
1/abr
8.341,85
3.745,01
41,10
2/abr
8.958,10
4.211,73
47,00
3/abr
5.771,36
4.094,46
43,40
4/abr
10.863,73
4.607,30
43,40
5/abr
7.016,16
7.016,16
60,70
Médias
8.233,25
4.596,68
46,55
Tabela 1 – Dados de Consumo de Gás e Produção de Vapor.
De acordo com o contrato firmado entre a SC Gás e a Cia Hering, a média máxima de
consumo de gás diária é de 7200m³/dia, referente 120 % do contrato de 6000m³/dia,
acima desse limite é cobrado um valor extra por m³, que correspondente a sobre
demanda.
10
1.6.4 – Análise do Custo
Abaixo temos a tabela utilizada para calcular a estimativa do custo mensal dessa decisão
(valores monetários suprimidos):
Média de
Média de
Média de
Consumo
Consumo -
Produção –
Diária
Caldeira
Caldeira
(m³/dia)
(m³/dia)
(ton./dia)
8.233,25
4.596,68
46,55
Média de
Aumento de
Consumo
Sobre
Consumo
Diário -
Diário
Fevereiro
(m³/dia)
2009 (m³/dia)
6.285,00
Demanda
Diário (m³/dia)
1.948,25
1.033,25
Tabela 2 – Estimativa de Custo Extra
Os custos do gás e da sobre demanda sofrem alteração regularmente, por isso tomou-se
como base o mês de fevereiro de 2009. O mesmo foi feito para o consumo de gás diário
médio. Como podemos ver na tabela acima, o aumento do consumo diário é
significativo.
1.6.5 – Análise da Caldeira
Para avaliar as condições da caldeira a gás (4), foi feita a analise da eficiência da
caldeira nos regime de utilização contínuo feito na semana de teste, e com o trabalho em
regime intermitente como no mês de fevereiro, mês de referencia para as analises.
Rendimento da Caldeira
Dados:
Entalpia da Água de Alimentação [hl]
Entalpia do Vapor [hv]
397,88 kJ/kg
2781,24 kJ/kg
PCI do Gás
35982,40 kJ/kg
Densidade do Gás
0,811161 kg/m³n
Tabela 4 - Propriedades da Água e Combustível
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Consumo de Gás
Massa de Vapor
m³
kg
kg
Fevereiro
82.778,898
67147,01
756000
Semana teste
3.923,242
3182,38
46550
Tabela 5 - Consumo de Gás e Produção de Vapor
Tabela 6 - Rendimento da Caldeira
O cálculo de rendimento foi feito dividindo-se a energia de vapor (massa de vapor x
entalpia de vaporização [hv-hl]) pela energia do gás (massa de gás x PCI).
Vemos com essa analise a melhora de rendimento que a caldeira possui quando trabalha
de maneira contínua.
1.6.6 – Considerações
O gasto excessivo com o consumo de gás faz a continuidade dessa decisão pouco
viável, uma vez que o custo elevado possibilitaria em pouco tempo adquirir uma
caldeira a lenha de capacidade maior, e assim produzir vapor somente com lenha, ou
seja, produzir vapor a baixo custo.
Por outro lado fica evidente que os processos de aquecimento da caldeira consomem gás
excessivamente, comprovado pela perda de rendimento (gasto de gás sem produção de
vapor).
Tecnicamente a experiência foi excelente, a caldeira a lenha (2) trabalhou aliviada e o
consumo de lenha foi atenuado. Não foi possível quantificar essa diminuição, porém era
notável em observações, que a fornalha da caldeira trabalhava com menos combustível
que anteriormente e a esteira manteve o nível de carga de lenha alto.
Além disso, a caldeira a gás se mostrou em ótimas condições de funcionamento,
utilizando a maior parte da energia do gás para a produção de vapor propriamente dita.
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2 – Conclusão
A continuidade dos trabalhos e a participação em um projeto importante para a fábrica
como a instalação das máquinas rama e abrideira foram de valia enorme para o
aprendizado. A participação do acadêmico em alguns dos processos de decisão mostra
como um equipamento dessa magnitude é grave para a empresa, exigindo agilidade,
precisão e confiabilidade de informações. O contato e a utilização de tecnologias
amigáveis ao meio ambiente ajudam a reforçar o espírito de desenvolvimento
sustentável do acadêmico. O desejo de preservação da integridade das caldeiras rendeu
um teste que também levou em conta o consumo inteligente de energia, evitando perdas
desnecessárias. O projeto dos motores também traz a proposta de redução de consumo,
além do principal que é reduzir custos de manutenção e tempo de máquina parada.
De maneira geral, o segundo período de estágio foi muito mais produtivo, tendo em
vista que o acadêmico já estava integrado no staff da empresa, tendo maior
possibilidade e apoio para desenvolver os trabalhos. Mesmo com a inserção do
acadêmico no escopo do estágio, i.e., rama e bomba de calor, os outros trabalhos não
ficaram prejudicados, apesar da necessidade de esperar informação de terceiros para
continuidade de alguns projetos.
3 – Bibliografia
Relatório Técnico CNS142/08 – Consultoria para Uso Adequado de Energia Elétrica e
Engenharia de Aplicação
Projeto de Viabilidade: Rama de Termofixação e Abridora de Malhas
NBR 12177-1:1999 – Caldeiras Estacionárias a Vapor – Inspeção de Segurança –
Caldeiras Flamotubulares
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Anexos
Lista de Materiais para Instalação da Rama
14