Discrete Automation and Motion
7|11 Infomarketing - Reduzindo as emissões de carbono
Análises de recuperação ambiental com accionamentos ABB
Jukka Tolvanen, Timo Miettinen
– As declarações ambientais do produto (DAP) tentam
descrever as consequências ambientais de fabricar uma
peça específica de um equipamento. O problema com
esta abordagem é que não considera os benefícios
obtidos pela utilização futura do equipamento.
A ABB está por isso a desenvolver uma nova forma de
avaliar o impacte ambiental de um equipamento ao longo
e além do seu tempo de vida operacional, considerando
os custos de produção, a sua utilização e o seu potencial
de reciclagem, fornecendo um valor para o retorno sobre
o capital natural (RNC).
Calculando o RNC, um cliente pode avaliar o tempo de
recuperação do investimento feito no equipamento.
A avaliação de accionamentos de velocidade variável
(VSD), por exemplo, disponibilizaria um indicador sobre
quanto tempo o equipamento teria de operar antes de
compensar a pegada de carbono gerada durante o seu
fabrico.
As DAP actuais não consideram as poupanças de energia
efectuadas através do tempo de vida operacional do
equipamento. O uso de VSD em indústrias que usam
bombas e ventiladores resultaria em poupanças significativas.
Uma avaliação do RNC de um VSD
disponibilizaria um indicador sobre
quanto tempo o equipamento teria
de operar antes de compensar a
pegada de carbono gerada durante
o seu fabrico.
Os motores eléctricos representam cerca de 65% da energia
industrial usada; no entanto, cerca de 20% desta energia
é perdida através dos métodos usados para controlar as suas
velocidades. Frequentemente a velocidade dos motores
é controlada por algum tipo de mecanismo de limitação.
O motor em si opera à velocidade total, mas as válvulas num
sistema de bombagem ou as pás numa aplicação de ventilação são ajustadas para variar a sua velocidade operacional
efectiva. Da mesma forma, podem ser usadas engrenagens
e correias para regular a velocidade de máquinas rotativas,
mas uma vez que o motor que acciona a operação continua
a operar à velocidade total, esses mecanismos são inerentemente ineficientes e geram um desperdício de energia.
As melhorias na eficiência operacional dos accionamentos
industriais podem potenciar grandes poupanças e ajudar na
redução das emissões de CO2. Existem duas grandes formas
onde o consumo de energia para motores eléctricos pode ser
reduzido:
– Implementando um controlo eficiente ao longo
da velocidade a que operam
– Aumentando a eficiência dos próprios motores
Em aplicações de bombagem e ventilação o uso de accionamentos de velocidade variável pode reduzir as contas
energéticas até 60%. Uma bomba ou ventilador a funcionar
a metade da velocidade consome apenas um quarto
da energia de uma unidade a trabalhar à velocidade total.
A velocidade de um motor pode ser ajustada alterando
a tensão e a frequência da sua alimentação de potência.
A electricidade CA é fornecida a uma tensão e frequência fixa,
o que significa que um motor CA irá operar continuamente
a uma velocidade fixa. Alterando a tensão e frequência,
a velocidade de um motor CA pode ser ajustada. Uma
alteração na frequência resulta numa mudança correspondente na velocidade do motor (e binário). Isto significa que
a velocidade do motor e, por isso a velocidade do equipamento accionado, pode ser definida de acordo com os
parâmetros de produção externos, ir, taxa de fluxo ou
temperatura, alterando a tensão e frequência da alimentação
de potência. Os accionamentos de velocidade variável (VSD)
fornecem um sistema pelo qual a tensão e frequência
da potência fornecida para o motor podem ser variada
e controlada.
Recuperação ambiental
Muitos motores operam a menos da sua capacidade total,
embora funcionem à velocidade total. Os VSD são desenhados para variar a velocidade do motor, para que a menor
quantidade de energia seja consumida durante a operação
dos motores. Esta redução no consumo de energia pode ser
quantificada em dias de recuperação ambiental. Este é o
tempo que o VSD necessita para compensar as emissões
de CO2 (dióxido de carbono) efectuadas durante a sua
produção.
Com accionamentos maiores a redução do consumo de
energia do motor pode compensar a energia requerida para
fabricar o VSD em menos de um dia de operação. Isto
significa que os dias de operação subsequentes vão reduzir
efectivamente as emissões de CO2 que de outra forma
ocorreriam se fossem usados métodos convencionais para
regular a velocidade do motor.
Regulação de motores pequenos
Embora a eficiência dos motores tenha melhorado, em média
3%, ao longo da última década, poderiam ser ainda obtidas
poupanças mais significativas uma vez que as pequenas
reduções na velocidade provocam grandes impactos no
consumo de energia.
Estima-se que os accionamentos CA fornecidos pela ABB ao
longo dos últimos dez anos para controlo de velocidade de
1. A base instalada de accionamentos ABB de baixa tensão poupou cerca de 170 TWh em 2008
180
160
140
TWh
120
100
80
60
40
20
0
92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08
Ano
Poupança de energia em 2008 equivalente ao consumo de mais de 42 milhões de lares na UE-27 por ano.
2 Reduzindo as emissões de carbono | Discrete Automation and Motion
As melhorias na eficiência operacional
dos accionamentos industriais podem
potenciar grandes poupanças e ajudar
na redução das emissões de CO2.
bombas e ventiladores tenham reduzido o consumo de
energia em cerca de 170 MWh por ano -1. Isto é equivalente
ao consumo médio anual de electricidade de mais de 42
milhões de lares Europeus. Isto corresponde a uma redução
média de emissões de CO2 de mais de 140 milhões de
toneladas por ano.
Apesar das vantagens óbvias de poupança energética, 97%
de todos os motores em aplicações inferiores a 2.2 kW, não
possuem qualquer forma de controlo de velocidade. Isto
corresponde a cerca de 37 milhões dos motores industriais
vendidos anualmente em todo o mundo, embora os pequenos VSD estejam cada vez mais baratos para que o tempo de
retorno financeiro de um VSD seja entre seis meses e dois
anos, dependendo da aplicação (dois anos para a maioria
das aplicações de bombagem e de ventilação).
Produção versus utilização
O termo, declaração ambiental do produto (DAP) é frequentemente usado para descrever o impacto da produção no
ambiente. O problema com esta abordagem é que está
focalizada apenas na etapa de fabrico e não considera o
impacto ambiental do futuro uso do equipamento -2.
A recuperação ambiental, por outro lado, é calculada como
o período de tempo requerido através do uso de um produto
para que possa compensar o fardo ambiental provocado pela
sua produção. Isto é por vezes mencionado como o retorno
no capital natural (RNC).
Os dados das emissões do DAP demonstram que a pegada
de carbono do fabrico de um accionamento ACS800 250kW
é 3.65kg CO2 / kW ou um total de 912.5kg CO2 / accionamento ACS800 250kW. Estudos realizados na Universidade
Tempere de Tecnologia indicam que a informação de recuperação ambiental para o mesmo accionamento, em termos
de potencial de aquecimento global (GWP), é 0.5 dias. Por
outras palavras, ao operar um accionamento apenas durante
meio-dia, é possível compensar totalmente as emissões de
carbono efectuadas durante o seu fabrico.
A pegada é então “negativa” uma vez que o accionamento
baixa as emissões para o motor que controla ao longo do seu
tempo de vida operacional -3.
O fabrico de VSD de peso inferior produz obviamente
emissões de CO2 mais baixas que as produzidas quando se
fabricam VSD de classe industrial. No entanto, o tempo de
recuperação ambiental é menor para accionamentos maiores.
Isto é devido ao facto de os accionamentos maiores pouparem quantidades consideráveis de energia e por isso produzirem um maior impacto na redução de emissões de CO2.
Numa aplicação típica de bombagem ou ventilação um VSD
poupa 50% do consumo de energia dos motores.
Consumo de energia
Os cinco maiores factores que afectam o período de recuperação ambiental de um VSD são:
– o uso de energia do accionamento
– o fabrico de placas electrónicas
– a montagem final
– a carcaça
– os condensadores
O factor mais importante que influencia o tempo de recuperação ambiental de um VSD é a energia consumida pelo
accionamento durante o seu funcionamento. Isto pode ser
melhorado não apenas pela optimização do controlo e
eficiência do VSD, mas também pela optimização da eficiência de todo o equipamento no sistema, ie, motor, bomba,
ventilador ou extrusora. Podem ser efectuadas mais poupanças através de melhorias do desenho e optimização da
utilização do accionamento.
Baixas emissões de fabrico
Durante o fabrico de VSD, o factor mais importante que
influencia o tempo de recuperação ambiental é a produção
dos componentes electrónicos. Mais de 50% das emissões
de CO2 são geradas durante a sua produção. Aqui o fabrico
de placas electrónicas cria o fardo ambiental mais pesado.
O seu transporte é geralmente menos significativo, desde que
não sejam movimentadas por via aérea.
O processo de fabrico pode ser optimizado para reduzir
as emissões, ie, o uso de peças modulares intermutáveis
que podem ser montadas facilmente, ajuda a optimizar o
processo de montagem, aumentando a eficiência da
2. Dados da declaração ambiental do produto (DAP) para o accionamento industrial da ABB, ACS800, 250 kW – emissões
Efeito ambiental
Unidade
equivalente
Fase de fabrico
Utilização
Potencial aquecimento
global (GWP)
kg Co2 / kW
3.65
1,570
Potencial de
acidificação (AP)
kmol H + / kW
0.00
0.27
kg O2 / kW
0.05
18.20
Potencial de destruição
do ozono (ODP)
kg CFC-11 / kW
0.00
0.00
Oxidantes fotoquímicos
(POCP)
kg etileno / kW
0.00
0.27
Eutrofização
Discrete Automation and Motion | Reduzindo as emissões de carbono 3
3. Recuperação ecológica (em dias) para três
tipos de accionamentos ABB
Produto
Potência kW
Fase
GWP
ACS140
0.75
6
ACS350
7.5
1.1
4. Uma tabela MET pode ser usada para avaliar os diferentes componentes da carga
ambiental de um produto
– Fabrico
ACS800
250
Product
AP
EP
0.5
POCP
ACS140
6.0
8.0
15.0
ACS350
0.9
1.2
1.3
ACS800
0.4
0.9
1.0
Pressupostos: o accionamento fornece 50% de
poupança energética em aplicações típicas de
bombagem e ventilação, usando uma mistura
média de electricidade UE-25.
Materiais
Energia
Toxicidade
– Peso (kg)
– entradas materiais
principais
– Materiais
recuperados
– Plásticos (kg)
– Metais valiosos (kg)
– Circuitos impressos
e cartas electrónicas)
(kg, mm2, camadas)
– Água usada nos
processos (l)
– Químicos (kg)
– Volume (m3)
– Consumo de energia
de processos de
fabrico (kWh) (R&D,
equipamento e
fábrica de produção
alocados para um
produto)
– Químicos usados no
fabrico (quantidades,
toxicidade, ...)
– Emissões dos
processos de fabrico
– Materiais de interesse
(a serem separados
no fim da vida)
Em aplicações de bombagem e ventilação o uso de accionamentos de velocidade variável pode reduzir as contas
energéticas até 60%.
Abordagem holística
Os fabricantes tentaram descrever a ferramenta ambiental de
uma peça específica de equipamento durante o seu processo
de fabrico, através de uma declaração ambiental do produto
(DAP). O problema com esta abordagem é que não é
prestado atenção ao uso futuro do equipamento.
produção e ajudando a reduzir o inventário, especialmente
quando a mesma peça é usada para fabricar diferentes
modelos. Tal facilidade de montagem pode ainda ajudar com
o processo de desmontagem, o que significa que as peças
podem ser facilmente classificadas para possível reutilização.
Tais considerações significam que a selecção de matériasprimas para fabrico é cada vez mais importante.
Em vez de DAP, a ABB tem desenvolvido uma nova forma
de prever os custos ambientais do tempo de vida do produto.
Com estes cálculos da recuperação ambiental é possível
demonstrar que o fardo ambiental do fabrico de um VSD
é recuperado em dias, dependendo do tamanho e da utilização do VSD.
O uso de produtos e sistemas ecoeficientes contribui para
a redução da carga ambiental. Considerar a reciclagem
eficiente de VSD no fim da fase de vida de um produto, ajuda
a reduzir o seu impacto no ambiente, seja pela reutilização
de materiais ou pela extracção do seu conteúdo energético.
Por exemplo, as peças em alumínio podem ser refundidas,
o que evita o elevado custo do impacto ambiental da
extracção do alumínio.
Para avaliar a carga ambiental de um produto, factores nas
diferentes fases da produção podem ser reunidos numa
tabela MET (MET; materiais, energia e toxicidade). Aqui
apresentamos a linha para fabrico -4. A tabela inclui normalmente linhas de matérias-primas e a produção de matériasprimas e componentes; o seu uso e a sua utilidade no fim
da vida de um produto.
Apesar das vantagens óbvias de poupança energética, 97% de todos os
motores em aplicações inferiores a 2.2
kW, não possuem qualquer forma de
controlo de velocidade.
Para mais informações:
ABB, S.A.
Discrete Automation and Motion
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Tel: +(351) 214 256 000
Fax: +(351) 214 256 290
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