Eficiência Energética Em Transportadores de Correia

7/23/2019 Eficiência Energética Em Transportadores de Correia

http://slidepdf.com/reader/full/eficiencia-energetica-em-transportadores-de-correia 1/35

Eficiência Energética emtransportadores de correia



“A imaginação é mais importante que a ciência, porque a ciência

é limitada, ao passo que a imaginação abrange o mundo inteiro.”

Albert Einstein RESUMO

A mineração é uma das principais atividades existentes no planeta. É através dela que seobtém os recursos para nosso modo de vida. Todas as indústrias utilizam produtos obtidosatravés da mineração. Existe uma forte correlação entre a mineração e praticamente tudo o

que fazemos, além de movimentar uma ampla e importante cadeia econômica.

O crescimento do país está atrelado à evolução das grandes mineradoras, e como prova disto,o consumo de energia elétrica vem crescendo cada vez mais a cada ano, e com isto, a

preocupação com o uso eficiente da energia elétrica tem sido um assunto constantementediscutido na atualidade. Neste contexto, os motores de indução trifásicos representam umaimportante parcela deste consumo nas indústrias, apesar de serem máquinas elétricas comelevado rendimento, quando dimensionados de forma correta, minimizam este consumo.

Este trabalho tem como intuito avaliar o consumo de energia elétrica realizado por doismotores de indução trifásicos utilizados no acionamento de um transportador de correias,apresentando proposta que reduza este consumo, otimizando o sistema de automação doacionamento para que permita apenas um motor em operação quando a carga dos mesmosestiver inferior 80% de sua capacidade nominal, ou seja, quando estiverem operando em sub-carga. Assim, objetiva-se monitorar o comportamento dos motores através da corrente elétricade trabalho em condições diversificadas, a fim de avaliar a possibilidade para que isto ocorrade forma a não comprometer o sistema operacional e garantir melhor utilização dos recursosenergéticos.

Palavras-chave: Definir de 3 a 5 palavras-chave, separadas por ponto.



LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Lista de Figuras

Figura 1 – Modelo de figura ...................................................... Erro! Indicador não definido.

Lista de Gráficos

Gráfico 1 – Modelo de Gráfico................................................................................................. 15

Lista de Quadros

Quadro 1 – Modelo de Quadro .................................................. Erro! Indicador não definido.

Lista de Tabelas

Tabela 1 – Modelo de Tabela. ...................................................Erro! Indicador não definido.



LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT AssociaçãoBrasileira de Normas TécnicasFUPAC Faculdade Presidente Antônio CarlosTCC Trabalhode Conclusão de Curso



LISTA DE SÍMBOLOS

Dab Distância euclidiana



SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 6

1.1 Objetivos .............................................................................................................................. 7 1.1.1 Objetivo Geral ................................................................................................................... 71.1.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................ 71.2 Justificativa ......................................................................................................................... 8 2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................................ 8 2.1 Sub-título ............................................................................................................................. 8 3 METODOLOGIA DA PESQUISA .................................................................................... 16 3.1 Delineamento da Pesquisa ....................................................Erro! Indicador não definido.3.2 Coleta e Análise dos Dados .............................................................................................. 17

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS ..................................................... 17 5 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 31 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 32 APÊNDICES ........................................................................................................................... 33 ANEXOS ................................................................................................................................. 34



6

1. INTRODUÇÃO

Na atualidade, há uma preocupação por parte dos governantes em relação aos problemasapresentados sobre o elevado crescimento do consumo de energia elétrica, fato observadodesde a última crise energética de 2001. Atualmente, temendo novas crises e conseqüentesapagões, o Ministério das Minas e Energia intensificou o programa de ações que visam o usoracional da energia elétrica nas indústrias, no comercio e no setor residencial (FERNANDES,2011).

Conforme guia básico Eletrobrás (2009), é necessário conservar e estimular o uso eficiente daenergia elétrica em todos os setores socioeconômicos do Brasil, sendo de grande importância

para o país a adoção efetiva de medidas de economia de energia e o conseqüente impactodestas ações. Neste cenário destaca-se a indústria, não só pelo elevado potencial de

conservação de energia do seu parque como também pela sua capacidade produtiva comofornecedora de produtos e serviços para o setor elétrico.

De acordo com o segundo Balanço Energético Nacional (2009), o setor industrial Brasileiro éresponsável pelo consumo de um terço de toda energia produzida no país para atendimentoenergético de seus processos produtivos. Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), oconsumo em 2014 foi 2,2% superior ao do ano anterior somando 473.395GWh.

Firjan (2014) aponta dentre os setores industriais, a mineração como correspondente por cerca

de 7% do consumo de energia elétricano pais.

Em relação ao valor da energia, pesquisa realizada pela Federação das Indústrias do Estado doRio de Janeiro (FIRJAN, 2014), é apontado uma perspectiva de crescimento dos custos comenergia elétrica acima dos 34% para o ano de 2015. Em uma nota técnica apresentada emmaio de 2014, a estimativa era de custos finais na ordem de R$420,00/MWh para o custo daenergia ao final do ano de 2015. Segundo o site Quanto Custa Energia do próprio sistemaFirjan que apresenta dados do valor da energia elétrica atualizados diariamente, o custo médioda energia elétrica para o setor industrial atualmente é de R$548,81/MWh. – Dados de 20 de

junho de 2015.

A participação dos motores elétricos no consumo industrial no Brasil é expressiva, exigindoatenção especial em qualquer programa de conservação de energia elétrica. Os tipos demotores elétricos mais utilizados pelas indústrias são os trifásicos e os monofásicos deindução, os síncronos e os de corrente contínua. Existem milhares desses motores emoperação, com potências nominais que variam de valores inferiores a 1 kW até centenas dekW COPEL (2005).

Dentro das principais cargas acionadas por motores elétricos e com potencial de economia de

energia nas indústrias, destacam-se os transportadores de correias que, na mineração sãoutilizados para mover o minério de ferro dentro das instalações de uma mineradora. Eledesempenha um papel importante na ligação de cada unidade e processo de produção das



7

instalações, o que ajuda a perceber a continuidade e a automatização dos processos de produção, melhorar a produtividade e reduz a intensidade do trabalho. Os transportadores decorreia, atualmente são cada vez mais usados em vários setores industriais, química,embalagem, materiais de construção. PROCEL (2009).

O movimento, ou acionamento, desses transportadores são realizados por fontes geradorasde forças mecânicas, os motores elétricos. Contudo para que o motor elétrico funcione, elenecessita ser alimentado por uma fonte de energia elétrica PROCEL (2009).

Diante do atual cenário e de posse de informações referentes à como extrair o máximo derendimento de um motor, o presente trabalho busca responder a seguinte pergunta: Como

pode ser reduzido o consumo Energético do Transportador de Correia em estudo?

1.1Objetivos

1.1.1 Objetivo Geral:

Elaborar proposta de redução de consumo de energia elétrica baseada no sistema deacionamento de um transportador de correia acionado por dois motores simultaneamente.

Reduzir o consumo de Energia Elétrica otimizando o sistema de acionamento de umtransportador de correia acionado por dois motores simultaneamente.

1.1.2 Objetivos Específicos

Conhecer o processo operacional do transportador de minério em estudo.

Conhecer as características técnicas dos componentes do conjunto de acionamento dotransportador de correia em estudo.

Obter conhecimento mais aprofundado sobre características, funcionamento e perfil dacarga elétrica do transportador de correia para subsidiar tomadas de decisão acerca damelhoria;

Realizar estudo sobre o torque de partida e o torque nominal (ou de operação) dosmotores de acionamento do transportador de correia em estudo.

Realizar estudos sobre os reles inteligentes de proteções elétricas para os motores a

fim de garantir bom desempenho sem desligamentos desnecessários.



8

Apresentar alternativa para atuação sobre a Automação e Controle do acionamento dosmotores do transportador em estudo.

Apresentar alternativa que aumente a eficiência energética do transportador emestudado de forma contribuir para redução do consumo de energia com oequipamento.

1.2 Justificativa

Somente o atual cenário de crise hídrica do país seria justificativa suficiente para falar sobre autilização consciente da energia elétrica. Além desta situação, que eleva drasticamente oscustos da energia e apresenta riscos de racionamento, existe também uma preocupação deutilizarmos mais racionalmente os recursos que nos são oferecidos pela natureza, assim

devemos buscar sempre alternativas que aperfeiçoem a utilização dos recursos naturais edentre estes, a energia elétrica merece destaque.

As indústrias apresentam consumos altíssimos, chegando a ser praticamente um terço de todaenergia gerada no país, destinado a este setor da economia.

Dentro do setor industrial, temos a mineração com grande impacto no consumo de diversasfontes de energia e dentre essas fontes, a elétrica é amplamente utilizada para acionamento demáquinas de transporte contínuo de minério, os transportadores de correia.

Este trabalho busca apresentar uma proposta alternativa para a redução no consumo deenergia elétrica de equipamentos responsáveis pelo acionamento de um transportador decorreia, atuando na causa raiz que é a baixa carga apresentada durante longos períodose otempo de funcionamento desnecessário após o conjunto entrar em operação, o que leva oequipamento a um regime pouco eficiente do ponto de vista de consumo de energia elétrica.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Neste capítulo será apresentada pesquisa sobre tipos de motores e suas aplicações, a aplicaçãoda automação industrial, características, funcionamento e perfil de carga de transportadores decorreias e a aplicação da Eficiência Energética na industrial diante do cenário atual.

2.1 Motores Elétricos

Conforme Franchi (1977), motores elétricos são máquinas que transformam energia elétricaemenergia mecânica. Em um motor, a simples presença da corrente elétrica, seja contínua oualternada, garante omovimento em um eixo que pode ser aproveitado de diversas maneiras



9

dependendo da aplicação do motor. Segundo Franchi (1977), “de acordo com o tipo de fonte

de alimentação, os motores elétricos podem ser divididos em motores de corrente contínua ede corrente alternada”.

2.1.1Tipo de motores elétricos.

Conforme Almeida (2004) existe uma ampla variedade de motores elétricos disponíveis nocomercio que podem ser divididos basicamente em dois grupos, ou seja, os de correntecontinua e os de corrente alternada, sendo que ainda podem ser síncronos ou assíncronos deindução conforme apresentado na figura 1 abaixo. Para esse estudo de caso será dado ênfase

para os motores de corrente alternada que são os tipos de máquinas empregadas nostransportadores de correia em estudo.

A figura 1 representa os tipos de motores e suas características:

Figura 1 – Tipo de Motores Elétricos

Fonte: WEG (2011)

2.1.2 Motores de corrente alternada assíncronos.

Weg (2011) define que o motor de indução trifásico é o motor de corrente alternada maiscomum, mais simples e de robusta construção. O seu nome deriva do fato de que a corrente norotor não provém diretamente de uma fonte de alimentação, mas é induzida nele pelomovimento relativo dos condutores do rotor e do campo magnético girante produzido pelascorrentes no estator.

2.1.2 Rendimento de motores elétricos



10

O motor elétrico absorve energia elétrica da linha e a transforma em energia mecânicadisponível na ponta do eixo. O rendimento define a eficiência com que é feita a conversão daenergia elétrica absorvida da rede pelo motor, em energia mecânica disponível no eixo.Chamando Potência útil (Pu) a potência mecânica disponível no eixo e Potência absorvida(Pa)a potência elétrica que o motor retira da rede, o rendimento será a relação entre as duasconforme figura 2 WEG (2011).

Figura 2 – Cálculo de Rendimento de Motor Indução

Fonte: WEG (2011)

Conforme afirma WEG (2011), um motor de indução trifásico apresentará um melhorrendimento para valores de cargas próximas às nominais e baixos rendimentos para valores decargas diferentes da nominal. Desta forma uma seleção incorreta ou superdimensionada levaráa um desperdício de mais de 20% da energia fornecida. A figura 3 ilustra as curvascaracterísticas da potencia.

Figura 3 – Curva características de um motor em função da potência

Fonte: WEG (2011)



11

2.2 Automação industrial.

Castrucci (2007) define automação como “qualquer sistema, apoiado em computadores, que

substitui o trabalho humano, em favor da segurança das pessoas, da qualidade dos produtos,rapidez da produção ou da redução de custos, assim aperfeiçoando os complexos objetivosdas indústrias, dos serviços ou bem estar”.

2.2.1 Controlador lógico programável (CLP).

De acordo com Natale (2003), o CLP (Controlador lógico programável), é um computadorcom as mesmas características conhecidas do computador pessoal, porem, e utilizado em umaaplicação dedicada na automação de processos em geral, e no comando numéricocomputadorizado (CNC).

Fica evidenciado por Castricci (2001) que, “a automação é um conceito e um conjunto de

técnicas por meio das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com eficiênciaótima no controle de sistemas e acionamentos pelo uso de informações recebidas pelo meiosobre o qual atuam”.

2.2.2 Sistema Supervisório.

Basicamente, um sistema supervisório destina-se à capturar e armazenar em um banco dedados, informações sobre um processo de produção. As informações vem de sensores quecapturam dados específicos (conhecidos como variáveis de processo) da planta industrial.

De forma genérica, um software de supervisão permite monitorar e operar partes ou todo um processo. Esse processo pode ser de industrial como de manufatura, processo contínuo, batelada, entre outros; ou até mesmo sistemas de serviço público como de tratamento de água,esgoto, transporte, entre outros. (site automação industrial)



12

Figura 7 – Tela do Supervisório do Pátio de Produtos.

2.3 Inversores de frequência

São dispositivos elétricos que convertem a potência da rede alternada senoidal (ou tensãoalternada) em tensão contínua, e finalmente convertem esta última em uma tensão deamplitude e período variáveis, voltando a ser uma forma de onda alternada.

Os inversores de frequência de última geração, não somente controlam a velocidade do eixode motores elétricos trifásicos de corrente alternada, como também, controlam outros

parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que um deles, é o controle de Torque sendo emmuitas vezes uma opção economicamente e tecnicamente mais viável quando se compara aos

motores de corrente contínua.

2.4 Transportadores de correia.

A escolha correta do transportador é uma decisão técnica e econômica. É técnica porqueenvolve conhecimento de sistemas de transporte, características operacionais, capacidades evelocidades. É econômica, pois envolve tempo, capacidade, custo operacional, custo demanutenção dentre outros PROCEL(2009).

Para PROCEL(2009), Fica evidenciado que o transportador de correia é uma máquina demanipulação de materiais que, em combinação com outros dispositivos, é utilizada emnumerosos processos com o propósito de providenciar um fluxo contínuo de materiais entrediversas operações. Além de apresentarem economia e segurança de operação, confiabilidade,versatilidade e enorme gama de capacidades. Se apresentando em dois grupos, as planas eabauladas.

2.4.1 Correia de secção abaulada.

Conforme explica PROCEL (2009),nestes transportadores, a correia se move sobre roletesdispostos em ângulo, tomando assim uma forma côncava. Este é um dos sistemas maiseconômicos para transportar material a granel, devido a sua alta capacidade de carga,facilidade em carregar, descarregar e, também, na sua manutenção. Podem transportarqualquer tipo de material, com ressalva para materiais com elevada umidade ou impregnação.

2.4.3 Aplicação de correias transportadoras



13

As correias transportadoras são utilizadas nos mais variados terrenos conforme ilustrado emPROCEL (2009), seja aclive, declive ou na horizontal, nos mais variados comprimentos, emtúneis, galerias, em uso externo ou interno aos prédios. Podem ser abertas ou fechadas, ouainda enclausuradas para evitar a poluição do ar.

2.4.4 Componentes do transportador de correias

De acordo com informações em PROCEL (2009), correias transportadoras são compostas porelementos de máquinas como eixos, mancais, polias e acoplamentos que em conjunto, sãoresponsáveis pelo seu bom funcionamento e a confiabilidade requerida. Apresentando osseguintes componentes conforme figura 4:

Figura 4 – Dispositivos de um transportador de correia.

Fonte: Procel (2009)

2.4.5 Acionamentos dos transportadores.

A potência a ser transmitida, o tipo de serviço e o arranjo mecânico determinam o conjunto deacionamento a ser aplicado. Na maioria dos casos a solução mais econômica consiste em

combinar um motor elétrico com acionamento por polias e correias em V, ou ainda, umredutor, dependendo das características de potência, velocidade única ou múltipla e condiçõeseconômicasPROCEL (2009)

Para os conjuntos de acionamento, os motores elétricos são os mais utilizados, pois têm avantagem da utilização da energia elétrica (facilidade de transporte, limpeza, simplicidade decomando, custo relativo) com uma engenharia básica de montagem simples e grau deadaptabilidade às várias cargas PROCEL (2009).

A figura 5 representa a solução mais econômica de associar um motor elétrico a um redutor para acionar cargas.



14

Figura 5 – Conjunto de acionamento de um transportador de correia.

Fonte: PROCEL(2009)

2.5 Eficiência Energética.

O tema eficiência energética e os meios que tendem a reduzir o consumo desenfreado gastoscom à eletricidade, tem sido um dos fatores diretamente ligados ao que diz respeito àsustentabilidade. Com isso busca-se alcançar a Energia Sustentável, citada na Conferência das

Nações Unidas sobre o Desenvolvimento Sustentável (Rio +20), como sendo um meio deimpulsionar o crescimento econômico, melhorar a qualidade e preservar o meio ambienteDIPNU (2012).

Obter a eficiência energética significa utilizar processos e equipamentos que sejam maiseficientes, reduzindo o desperdício no consumo de energia elétrica, tanto na produção de benscomo na prestação de serviços, sem que isso prejudique a sua qualidade, WEG(2011).

Além de questões ambientais, em muitas plantas industriais o consumo de energia representauma parcela importante dos custos de produção. Os motivos vão desde característicasinerentes ao projeto até instalação de má qualidade e aplicações inadequadas LUMIEREELETRIC (edição nº 166).

De acordo com o último Balanço Energético Nacional (2009), motores elétricos são,normalmente, os maiores responsáveis por um elevado consumo energético, correspondendo amais de 60% deste na indústria conforme representado na figura 6.

Figura 6 – Balanço Energético Nacional.



15

Fonte: revista Lumiere Electric (edição nº 166)

Isto ocorre devido a sua grande utilização, mas se agrava considerando o fato de que, emmuitas vezes, sua aplicação está inadequada, ou seja, é comum encontrar motores sobre

dimensionados, operando com baixa porcentagem de carga, ou ainda, motoressubdimensionados, operando com cargas acima do especificado, implicando em baixaeficiência e redução de vida útil. Estima-se que aproximadamente 40% dos motores operamabaixo de 50% da sua capacidade nominal e por isso o projeto e a seleção destesequipamentos deve ser muito criterioso e assertivo, levando-se em conta todos os dadosrelacionados à carga acionada (aplicação) e a instalação LUMIERE ELETRIC(edição nº 166).

Em um cenário, onde motores elétricos são os principais consumidores de energia, sendo este

responsável por 98% do seu custo operacional, a análise para sua adequação às reaisnecessidades de carga implicam em grandes economias de energia, além de reduzir anecessidade de investimento em sistemas de capacitores para correção do fator de potência.

As figuras, gráficos, quadros e tabelas devem ser introduzidas no texto anterior a sua

colocação e seus conteúdos comentado após.

Tabelas e quadros são muitas vezes confundidos. As tabelas devem apresentar dados

quantitativos (números) e os quadros dados qualitativos (textos).

Em relação à formatação dos quadros e das tabelas, linhas verticais não devem ser

colocadas nas suas extremidades.



16

3 METODOLOGIA DA PESQUISA

Este capítulo se inicia com o delineamento da pesquisa, identificando durante o seudesenvolvimento o tipo de pesquisa utilizado para elaboração deste estudo de caso. Naseqüência são apresentadas as formas de elaboração dos estudos bibliográficos e daelaboração das pesquisas de campo e coletas de dados que foram necessários para odesenvolvimento do trabalho.

3.1 Delineamento da Pesquisa

Esta pesquisa é um estudo de caso, caracterizada como descritiva, exploratória e bibliográfica.

O modelo apresentado corresponde a um trabalho de eficiência energética aplicado a umamáquina de transporte de materiais conhecida como transportador de correias ou correiatransportadora. O equipamento alvo desse estudo está instalado em uma grande indústria doramo de mineração localizada no município de São Gonçalo do Rio Abaixo – MG.

De acordo com Vergara (2009), a pesquisa descritiva expõe características de determinada população ou de determinado fenômeno.Pode também estabelecer correlações entre variáveise definir sua natureza.

A primeira fase como parte descritiva da pesquisa, apresentou uma breve descrição do atualcenário referente ao consumo e custos de energia elétrica no país, uma explanação da

participação da indústria da mineração no consumo energético e também a participação dosmotores elétricos nesse contexto. Foi abordado também alguns conceitos de equipamentos e

processos que posteriormente irão ser mais explorados.

Para Gil (2002), a pesquisa exploratória proporciona uma maior familiaridade com o

problema, tendo como objetivo principal o aprimoramento de idéias ou a descoberta deintuições e ainda possibilitando um amplo conhecimento dos aspectos relativos ao problemaestudado.

Como foram realizados estudos, pesquisas e levantamentos de campo para maiorentendimento do problema esse estudo de caso apresenta uma característica de pesquisaexploratória.

A característica de pesquisa bibliográfica também é observada uma vez que esse estudo foirealizado por meio de pesquisas em livros, internet, revisões bibliográficas, artigos,

dissertações, que deram suporte na construção do referencial teórico onde foram apresentados



17

conceitos referentes às características dos transportadores, motores elétricos e automaçãoindustrial de forma a subsidiar um melhor entendimento do desenvolvimento do trabalho.

Também é observada uma característica de pesquisa ou estudo-piloto por apresentar umarealização em dimensões reduzidas para experimentação ou adaptação de processostecnológicos.

3.2 Coleta e Análise dos Dados

A principal linha de coleta e analise de dados passou obrigatoriamente pelas grandezaselétricas (corrente elétrica) mencionadas anteriormente de forma a apresentar o impacto ereação delas no processo levando em consideração um período de coleta pré-estabelecido,

caracterizando desta forma a natureza dos dados como quantitativa.

De acordo com WEG (2002), uma forma de se visualizar o quanto um equipamento elétrico,nesse caso o motor elétrico, está funcionando acima ou abaixo de sua capacidade é através daavaliação se sua carga elétrica. Nesse caso a corrente elétrica é um espelho da carga, poisdentro de uma faixa de 0% a 100% de corrente consumida por aquele motor tem-se umespelho de 0% a 100% da carga consumida pelo referido motor.

Estabelecido o equipamento alvo o transportador de correia de identificação TC-151A-9816,

foi iniciada a coleta de dados de corrente de forma quantitativa dos motores do transportadorem estudo.Para efetuar a coleta de dados, foram utilizados programas computacionais que efetuam agravação e leitura da corrente e carga do equipamento instalado na área industrial damineradora utilizada para o estudo.São programas que atuam como supervisores dos processos industriais apresentando de formagráfica e/ou animada de forma geral ou cada parte do processo.Os programas utilizado para coleta e visualização dos parâmetros necessários foram o PIProcessbook e o PI Data Link que transporta para uma plataforma Microsoft Excel o banco de

dados coletado do PI ProcessBook estabelecendo uma maneira mais fácil de compilação dosdados.

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS

Neste capítulo, são apresentados os dados e resultados da pesquisa, a fim de responder aosobjetivos propostos.

4.1 Descrição do ....................



18

A pesquisa tem como objetivo entender o principio de funcionamento do transportador e com base nesse entendimento apresentar uma alternativa visando reduzir o consumo de EnergiaElétrica, otimizando o sistema de acionamento elétrico de um transportador de correiaacionado por dois motores simultaneamente.

Dentro deste contexto, o presente estudo teve como atividades:

Fazer um mapeamento de todos os transportadores de correia existentes na instalação;

Selecionar entre todos os transportadores aquele que suas características construtivas ede funcionamento se enquadrasse para melhor aplicação dos estudos;

Inicialmente foi avaliado qual transportador de correias seria o alvo para sedesenvolver este estudo de caso.

Assim depois de selecionado o transportado de correias mais adequado, foi realizado estudosobre as condições operacionais, perfil da carga elétrica deste transportador bem como seuimpacto no sistema operacional da planta e na produção final do minério de ferro. Emseguida, foi realizado estudo para avaliar as condições mecânicas do equipamento visandoestabelecer se o transportador estaria apto a operar sob as novas condições dinâmicasestabelecidas pelo estudo. O próximo passo foi realizar a coleta de dados de carga e correntedo transportador utilizando as ferramentas computacionais como programas PI Processbook ePI DataLink para verificar o modo de operação em função do perfil de carga, identificandoassim o comportamento da corrente elétrica durante um período em operação.

De posse das informações sobre as faixas de melhor desempenho dos motores, analisando osimpactos dinâmicos para a estrutura mecânica do transportador e estabelecido o perfil decarga e corrente elétrica do equipamento, finalmente, foi possível vislumbrar algumas

proposta alternativa para aumentar a eficiência energética deste transportador de correia deforma a contribuir para redução no consumo de energia com o equipamento.

4.1 Levantamento de qual transportador de correia será alvo do estudo de casoO primeiro passo do estudo foi estabelecer qual seria o transportador a fazer parte do estudo.Para isso, foram definidas algumas premissas citadas a seguir:

O transportador deve possuir um sistema com no mínimo dois motores deacionamento;

Os motores do transportador devem estar instalados no mesmo eixo/tambor deacionamento;

O sistema deve possuir acoplamentos hidráulicos que suavizem as partidas;

O sistema de medição dos motores deve estar interligado via rede de automação aoPLC e sistema Supervisório;

O banco de dados das medições deve apresentar um histórico mínimo de 6 meses paraamostragem;



19

Os possíveis testes deverão ser realizados em um transportador com menor impacto possível com o processo produtivo

Fazendo uma analise para cada transportador com base nessas premissas, foi estabelecido que para o estudo a melhor área a ser estudada seria o Pátio de Produtos que está na etapa final do processo produtivo, sendo responsável pelo processo de carregamento e embarque do minériode ferro. Estabelecida a área, foi definido que o transportador de identificação TC-151A-9816seria o equipamento alvo do estudo.

4.2 Analise do perfil de carga

Uma analise do perfil de carga do transportador Análise dos dados:

A Partir dos critérios estabelecidos e utilizando o PI Processbook e PI DataLink foi realizadauma pesquisa sobre o histórico de carga dos transportador de correias.A seguir é apresentada uma tela do gráfico de tendência dos motores M1 e M2 dotransportador.

Figura 9 – Gráfico de tendência corrente motor 01 do transportador

Fonte: Programa PI ProcessBook

Figura 10 – Gráfico de tendência corrente motor 02 do transportador

BR_YAR_TC151A9816M1

36

%A

18/06/2015 22:44:2417/06/2015 22:44:24 24,00 horas

Plot-0

0

50

100

150

200

250

300



20


Analisando somente a tela do gráfico de tendência conforme figura XXXX, ficou claro o potencial do trabalho uma vez que a corrente representada está longe de atingir os 100% dacapacidade do motor e consequentemente longe de atingir a plena carga, sendo notório queesse equipamento está operando em sub carga apresentado uma ampla faixa de folga em seuconsumo energético.

Figura 12 – Tabela comparativa de corrente e carga entre M1 e M2


Assim foi iniciado um estudo para conhecer o comportamento e histórico da carga dotransportador de correias. Seguindo os mesmo critérios já estabelecidos para amostragem,foram coletadas informações de corrente dos motores M1 e M2

Figura 11 – Tabela comparativa de corrente e carga entre M1 e M2

BR_YAR_TC151A9816M1

BR_YAR_TC151A9816M2

54

%A

18/06/2015 22:46:1417/06/2015 22:46:14 24,00 horas

Plot-0

0

50

100

150

200

250

300

350

17/06/2015 22:44:24 24,00 horas

0

50

100

150



21


A partir dos dados coletados foi possível estabelecer qual a corrente média dos motores M1 eM2 de janeiro a junho de 2015 e com essa informação foi gerada a tabela a seguir.Tabela 1 – Tabela de Corrente Média de M1 e M2.

Fonte: O autor.

A partir das informações extraídas referentes ao histórico de corrente dos motores queacionam o transportador de correias, foi possível calcular, através da equação de potencia deum sistema trifásico, a potência consumida por cada motor no período estabelecido.

= . . ∅. √

Tabela 1 – Tabela de Potencia consumida por M1 e M2.

Fonte: O autor.

Estas observações e analises foram realizadas para conhecimento do comportamento e perfilde carga do equipamento.

TC-151A-9816 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Média Semestre

Média Corrente M1

(A)32,31 29,60 27,16 28,08 32,13 32,37

Média Corrente M2

(A)27,81 35,46 32,35 31,85 38,25 37,81

Média Geral/Mês

(A)30,06 32,53 29,76 29,96 35,19 35,09

32,10

Potência / Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio JunhoMedia

Semestral

Potência Consumida

(MW)173,73 188,04 171,99 173,20 203,38 202,81 185,52



22

Com as informações apresentadas sobre rendimento de um motor elétrico e conformeinformações Weg (2011), fica evidenciado que o sistema apresentado está operando fora dafaixa de rendimento ideal. Para obter um melhor desempenho, um melhor rendimento essesmotores deveriam estar funcionando com suas respectivas cargas próximos da nominal.

Isso pode ser observado na curva de rendimento desses motores apresentada a seguir.

Figura 13 – Curva de Rendimento do Motor do TC-9816.

Fonte: Folha de Dados WEG (2005)

A partir dos dados coletados foi realizada uma analise do rendimento e fator de potencia dosmotores com base nas curvas de projeto do motor. Essas curvas apresentam os pontosrendimento e fator de potencia para cada valor de corrente do motor. Dessa forma é possívelavaliar de forma gráfica se o motor opera dentro de uma faixa considerada ótima ou não. Afigura XXX apresenta os pontos de operação da curva para a atual faixa de trabalho dotransportador



23

Já a figura XXX apresenta os pontos de operação desejáveis para curva de projeto do motor.

Para um carregamento de 90% do motor têm-se os pontos apresentados no gráfico, onde orendimento é de aproximadamente 0,95 e o fator de potencia é superior à 0,84 enquanto que

para o modo atual de operação os valores ficam em torno de 0,91 e fator de potencia abaixode 0,58.

Fazendo-se uma simulação da operação do motor com rendimento em 0,91 e com rendimento

em 0,95 temos a seguinte tabela comparativa.Como o rendimento é uma variável que impacta diretamente no desempenho elétrico domotor, a partir da informação dos valores de rendimento para cada valor de carga é possívelefetuar um cálculo dos valores de potência consumida para cada valor de rendimento.Assim de acordo com a curva de rendimento do motor, para uma carga de 32% o rendimentoserá de 0,91 ante ao rendimento de 0,95 observado para cargas acima de 90%.A tabela a seguir, apresenta valores de potência calculados a partir dos rendimentos citados(0,91 e 0,95)

Tabela 3 – Tabela Comparativa de Potencia Consumida 2015.

Fonte: O autor.

A principal informação trazida por essa tabela é de que ao se operar dentro da faixa

considerada ideal de rendimento, em média 7,74 MW deixarão de ser consumidosdesnecessariamente, ou seja, deixarão de ser desperdiçados.

Potência / Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio JunhoMédia

Semestral

Potência Consumida Rendimento 0,95

(MW)190,49 206,18 188,58 189,90 223,00 222,37 203,42

Potência ConsumidaRendimento 0,91

(MW)197,73 214,02 195,76 197,13 231,49 230,83

211,16

Diferença em MW 7,25 7,84 7,17 7,22 8,48 8,46 7,74



24

Fica evidente tanto de forma direta na visualização do gráfico de tendência dos motoresM1 e M2 quanto na confirmação via coleta de dados do histórico de carga, que oequipamento apresenta um perfil de carga baixo quando é levado em consideração oquantitativo da carga que é utilizada ante a carga que é oferecida nominalmente pelosmotores elétricos.

Do ponto de vista de eficiência energética, esse estudo apresenta a possibilidade de quesejam implantadas melhorias visando obter um sistema mais eficiente com consequentediminuição de desperdício de energia elétrica e também dos custos gerados por essedesperdício.

4.3 Estudo técnico sobre componentes do conjunto

4.4.1Motores elétricos

Em relação à partida dos motores com o redutor já rodando, também não há efeito negativo, pois trata-se de situação de esforço inferior ao exigido na partida a partir da inércia.

4.4.2 RedutoresO efeito sobre o redutor é que, quando o motor é desligado, o redutor passa a ser acionado

pelo tambor. Com isso, a superfície de contato dos dentes das engrenagens inverte-se emrelação à situação de acionamento pelo motor. Se na motorização normal o lado de contatodos dentes de uma determinada engrenagem é o esquerdo, na situação de acionamento pelo



25

tambor o lado de contato passa a ser o direito. Em consulta feita ao fornecedor dos redutores omesmo informou que não implicações quanto essa aplicação.

4.5 Cálculo de Potência Mecânica necessária para acionar o conjunto

A seguir são apresentados os dados de operação e partida do transportador. Ao se avaliar osdados do projeto e fazer um comparativo entre os dados de potência dimensionada paraoperação e potência dimensionada para partida é possível visualizar a necessidade de se teruma potência de partida superior a potencia de operação.A figura xxx apresenta os dados para o transportador em operação. Em destaque pode-sevisualizar que para o tempo T1 a tensão é de 19335 kgf conforme memória de cálculo. Aoavaliar a figura XXX que demonstra os dados para o transportador em regime de partida tem-se o valor de 26133 kgf conforme memória de cálculo do projeto. Assim fica evidente que

para tirar o conjunto da inércia é necessária uma potência superior à de operação,comprovando e evidenciando o estabelecido por este estudo. Em resumo essa avaliação podeser observada na figura XXX que apresenta o quadro resumo das tensões corrigidas.



26

Fonte: MEMÓRIA DE CÁLCULO POTÊNCIA E TENSÕES documento nº MC-151A-42-4001 – VALE



27

Fonte: MEMÓRIA DE CÁLCULO POTÊNCIA E TENSÕES documento nº MC-151A-42-4001 – VALE



28

4.6 Apresentação de alternativas para redução no consumo de energia elétrica

Após toda analise realizada a cerca das características e do funcionamento do transportadorfoi possível concluir que por uma característica de transportadores de grande porte econsequente necessidade de projeto, foi considerada e dimensionada uma potência extra dosmotores de acionamento. Essa potência extra é utilizada somente nos momentos de partida dotransportador quando é necessário retirar um grande volume de massa da inércia. Emcontrapartida, após o transportador ter passado pelo transitório da partida e entrar emoperação essa potência extra torna-se desnecessária ficando ociosa, e, consequentemente

apresentado algumas perdas para o sistema elétrico.

Analisando o principio de funcionamento do transportador, o histórico de carga, o principiode funcionamento dos motores e as condições dinâmicas, observa-se que o equipamento alvodo estudo apresenta um bom potencial de ganho relacionado à eficiência energética uma vezque a atual potência instalada somente é necessária para partida do equipamento, ficando estecom seus motores sobredimensionados para os momentos de operação normal dotransportador.



29

Como uma alternativa a essa condição de operação e visando uma proposta que contribuacom uma maior eficiência energética serão apresentadas algumas propostas conforme aseguir:

Proposta 01:Acionamento via inversor de frequênciaComo uma das principais características dos inversores de frequência é o controle e variaçãode torque de acordo com a demanda do sistema acionado, a aplicação de um inversor defrequência nesse contexto iria propiciar a utilização eficiente da energia elétrica, uma vez queo inversor tem essa capacidade de disponibilizar apenas o torque necessário para cadamomento de operação. Atualmente existem equipamentos de alta tecnologia para uma vastaaplicação na área de inversores de frequência, assim alternativa atende tecnicamente sendo

possível sua aplicação. Contudo apesar de ser uma proposta tecnicamente viável, essa

proposta é economicamente inviável, uma vez que inversores para acionarem motores demédia tensão (4160V) e potencia elevada (800cv) têm alto custo de aquisição e de instalação.Um levantamento realizado com 3 fornecedores de inversores de média tensão, foramapresentados valores de aquisição que variaram de R$450.000,00 a R$800.000,00 porequipamento, quando são considerados os custos de instalação, estimasse que os valoresultrapassam 1 milhão de Reais para o menor custo apresentado.

Proposta 02:

Controle manual dos acionamentosUma vez que neste momento a aplicação de inversores de frequência é inviáveleconomicamente, é aconselhável que todas as vezes que o transportador entrar em regimenormal de operação seja efetuada a retirada de carga elétrica desnecessária com odesligamento de um dos motores que acionam esse transportador, sendo implantado um

procedimento em que o operador faça o acompanhamento da carga dos motores e realize odesligamento e religamento conforme necessidade operacional. Entretanto essa proposta exigeque se tenha uma pessoa (operador) dedicado à essa tarefa de acompanhar em tempo integrala operação do transportador.

Proposta 03:Controle Automático dos acionamentos

Seguindo a mesma filosofia de retirada de carga desnecessária proposta anteriormente, éaconselhável que todas as vezes que o transportador entrar em regime normal de operaçãoseja efetuado o desligamento de um dos motores que acionam esse transportador. Dessa formao desligamento de um motor irá ofertar ao outro motor que continuará em funcionamentocondições ótimas de desempenho e consequente ganhos para o sistema elétrico.



30

Buscando aproveitar todos os recursos computacionais já existentes para de monitoramento econtrole (PLC e Sistema supervisório), este estudo propõe que seja avaliada uma metodologiade controle automático que analise em tempo real a situação de carga do transportador decorreia e como resposta a essa avaliação possa desligar um dos dois motores em ocorrência decarga baixa.

Essa proposta visa utilizar o potencial de carga livre de um dos motores já evidenciado,fazendo com que este assuma toda a carga do outro, assim além do ganho com desligamentode um motor, também será obtido o ganho com a operação do motor dentro de sua faixa idealde rendimento. Isso será uma consequência natural do sistema pois esse ao assumir a carga dooutro motor, o motor que continuar em funcionamento automaticamente elevará a sua carga

para próximo da nominal, que é justamente a melhor faixa de operação para obtenção de umrendimento ótimo.

Considerando as características já mencionadas do transportador e o conceito de controleautomático apresentado (ligar e desligar a carga de acordo com a necessidade) foi elaboradauma tabela onde se faz uma proposta de algoritmo de controle.A tabela observada a seguir tenta transcrever de forma clara e objetiva como poderá funcionara lógica de controle a ser implantada no PLC para que este faça todo o trabalho de avaliação eação sobre as variáveis do processo, exercendo assim pleno controle sobre os acionamentosdo transportador.

Basicamente para o desligamento de um doa motores deverá ser considerada a seguintecondição: Carga abaixo de 65% - Desliga Motor X

Carga acima de 65% - Não desliga motor XConsiderando as premissas segurança do equipamento de nunca operar em sobrecarga, foi

estabelecido também um critério para carga máxima de 90% da nominal para os testes.Assim, todas as vezes que o motor que estiver funcionando atingir esse valor de carga, a

EventoCarga

<= 65%

Carga

>=90%

Tempo entre

Religamento >20 min

(sim / não)

M1 M2

Partida do transportador NA NA Sim Liga Liga

Comando para Desligamento 1 Sim Não Sim Ligado Desligado

Comando para Religamento 1 Não Sim Sim Ligado Ligado

Comando para Desligamento 2 Sim Não Sim Desligado Ligado




Comando para Desligamento 4 Sim Não Não Ligado LigadoComando para Desligamento 5 Sim Não Não Ligado Ligado


Comando para Religamento 4 Não sim Sim Ligado Desligado

Lógica para testes transportador de correia TC-151A-9816



31

lógica de controle irá enviar um sinal de comando para ligar o segundo motor colocando osistema em funcionamento normal.O fabricante do motor impõe uma limitação do numero de partidas não superior a três porhora sendo essa condição respeitada pelo algoritmo de controle, uma vez que se o tempo entreas partidas for inferior a 20 minutos, o sistema não irá desligar o motor para não precisarreliga-lo novamente antes do prazo estabelecido de 20 minutos.Uma ultima condição a ser inserida no algoritmo de controle é o revezamento entre ofuncionamento dos motores. Esse revezamento deve ser considerado com intuito de que setenha uma distribuição das partidas para ambos os motores, não condicionando a um únicomotor a função de ligar e desligar para o controle de carga.

Tendo sido apresentadas três propostas pode-se verificar que por questões técnicas eeconômicas a terceira proposta é a que une melhores condições de atendimento. A ultima

proposta não necessita de nenhum investimento financeiro e utiliza os recursos já disponíveisna planta para sua implantação.

5 CONCLUSÕES

As conclusões e considerações finais consistem na descrição resumida dos dados analisadosno capítulo “Apresentação e Análise de Resultados”, ressaltando os principais resultados

colhidos em campo.

Neste item o autor deve estar apto a responder positivamente às questões abaixo:

- O autor demonstra como os objetivos específicos e geral foram alcançados?

- O autor faz recomendações para a empresa/setor?

Além disso, o autor deve resumir os principais resultados da pesquisa de campo, elaborar umquadro ou lista das principais sugestões para a empresa/setor pesquisado, realizada e apontarestudos futuros, que podem se desenvolver à partir do estudo de campo desenvolvido.



32

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

É a lista de materiais citados pelo autor no corpo do texto. As referenciasdevem ser listadasem ordem alfabética do último sobrenome do autor. Oespaçamento entre linhas é simples eentre si por espaço duplo (NBR 6023, 2002).



33

APÊNDICES

Elemento pós-textual que se constitui em documentos e textos elaborados pelo autor, queservem de comprovação para a argumentação do texto.



34

ANEXOS

Elemento pós-textual que se constitui em documentos e textos existentes, que servem decomprovação para a argumentação do texto.

Documents

Eficiência Energética Em Transportadores de Correia