Michael R. Muller USA Rutgers University, Center for Advanced Energy Systems

1. Michael R. Muller USA Rutgers University, Center for Advanced Energy Systems Avaliações do processo de aquecimento Workshop de Eficiência Energética Industrial EUA - Brasil Rio de Janeiro, Brasil Agosto, 2011

2. Descrição • Introdução • Elementos de ESA no Processo de Aquecimento • A ferramenta PHAST • Estudo de caso: Processamento de pó • Estudo de caso: Tubos de ferro fundido

3. O que é um processo de aquecimento? Fornecimento de calor para materiais usando Fornalhas Fornos Aquecedores Calcinadores Secadoras Para maior processamento em operações de fabricação

4. Importância do processo de aquecimento Instalações 8% Outros4% Eletroquímicos2% Processo de resfriamento1% Uso da energia em fábricas por tipo de sistema (%) Vapor 35% Processo de aquecimento 38% Sistemas a motor 12%

5. Temperaturas do processo de aquecimento • Quente = Derretimento de metal • Altos-fornos: 900 °C a 1300°C (1600 °F a 2300 °F)

6. Processos a baixa temperatura • Processos de secagem a baixa temperatura: 70 °C (160 °F)

7. Distribuição de energia em um sistema de aquecimento típico Aquecimento em gases de combustão Entrada de calor na fornalha

8. Avaliações de Energia "Save Energy Now” • Avaliações de sistemas industriais específicos realizadas por um Especialista Qualificado usando as ferramentas de software do DOE • Relatório de Avaliações de Energia identificam economias potenciais de custo e energia • As fábricas são selecionadas pelo DOE com base em vários fatores, incluindo: • O consumo de energia da fábrica • A intenção da empresa de incluir outras fábricas similares em sua empresa

9. ESA do processo de aquecimento Realizarumavisita à fábrica Analisar e informarosresultados Acompanha-mento Reunir Dados preliminares Treinar o Pessoal da Fábrica • As equipessãoformadasporespecialistasemenergia e pelopessoaldafábrica. • As equipesfocamsomentenossistemas de aquecimento • O pessoaldafábrica é treinadonasferramentas de software do Departamento de Energia dos EUA.

10. Perito em energia passa 3 dias no local Dia 1 • Instruções de segurança, tour pela fábrica • Visão geral da Ferramenta PHAST do DOE para o pessoal da fábrica • Acordo sobre oportunidades de investigar potenciais de eficiência energética • Iniciar coleta de dados para oportunidades potenciais Dia 2 • Continuar a coleta de dados • Aplicar ferramenta PHAST para quantificar oportunidades potenciais • Líderes e peritos de fábricas concordam com resultados de oportunidades Dia 3 • Análises da ferramenta de finalização • Líderes e especialistas de fábricas verificam se concordam com resultados oportunos • Reunião de encerramento à tarde para analisar os resultados

11. O que é PHAST? Ferramenta de Pesquisa e Avaliação do Processo de Aquecimento (Process Heating Assessment and Survey Tool - PHAST) • A Ferramenta de Pesquisa e Avaliação do Processo de Aquecimento (PHAST) foi desenvolvida pelo Laboratório Nacional Oak Ridge em cooperação com a Associação de Equipamentos Industriais para Aquecimento (IHEA). • Um subcomitê que consiste de membros das principais indústrias (ou seja, refinamento de petróleo, produtos químicos) e fornecedores de equipamentos atuou como assessor durante o desenvolvimento da ferramenta. • As iniciativas de desenvolvimento foram apoiadas pelo Escritório do Programa de Tecnologias Industriais (ITP) do Departamento de Energia (DOE).

12. O que é PHAST? Ferramenta de Pesquisa e Avaliação do Processo de Aquecimento (Process Heating Assessment and Survey Tool - PHAST) • Uma ferramenta que pode ser usada para: • Estimar o uso de energia anual e o custo de energia de fornalhas e caldeiras em uma fábrica • Realizar uma análise detalhada do uso de energia e do saldo de calor que identifique áreas de uso de energia, eficiências e perdas energéticas de uma fornalha • Realizar uma análise what-if ("E se...?"), de possíveis melhorias de eficiência e redução de energia por meio de mudanças na operação, manutenção e retroajustes de componentes/sistemas • Obter informações sobre métodos de economias de energia e identificar os recursos adicionais

13. Estudo de caso • Onde: Delaware, EUA • O que: Celulose Microcristalina • Como: A pasta de madeira é misturada e aquecida com alvejante, soda cáustica e vapor – em seguida, secada por nebulização

14. Estudo de caso • A celulose reage com produtos químicos a 50°C por 2-3 horas • a reação muda a forma física de fibra para pó • A massa é depois bombeada para uma torre de nebulização onde é secada pelo ar quente • OBS – as secadoras evaporam a água da massa e, portanto, removem a água no ponto de ebulição abaixo • foi necessário fazer ajustes nas entradas PHAST porque a água removida do fluxo de processo deve estar a 100 °C • A energia resultante retém a absorvência da água, o que é muito útil

15. Calor residual das secadoras • Duas de três secadoras tiveram recuperação de calor residual usando um sistema de glicol (Glycol Loop) • A terceira secadora não tinha espaço para pré-aquecer o ar • Mas o calor residual pode ser usado para pré-aquecer duas secadoras!! • A fábrica não incluiu a energia associada à evaporação em sua análise

16. Resultados do registrador de dados • Os sensores de temperatura em dois sistemas de resfriamento noturno mostram comportamento correto (superior) e falha total da válvula (inferior) • Foram necessários vários dias para poder ver isso O segundo gráfico mostra as leituras do registrador de dados de outro sistema de resfriamento que não está operando corretamente. Aparentemente o ponto de ajuste e seus resfriadores de ar está ajustado muito alto ou está offline e o processo está relativamente descontrolado. O resfriamento noturno no segundo gráfico é cerca da metade do resfriamento do outro sistema de resfriamento embora as temperaturas estejam mais altas. Suspeita-se que os sistemas de aquecimento nas unidades atendidas não estejam sendo desligados automaticamente após a operação da produção diária. Além disso, a diferença de temperatura entre os dois gráficos mostra a importância do esfriamento do sistema de resfriamento para que sejam alcançados tempos de execução rápidos. Se 260 °F for frio o bastante, manter o outro sistema a 180 °F é desperdício de energia.

17. Resultados para processamento de pó

18. Estudo de caso • Onde: NJ, USA • O que: Tubos de ferro fundido para sistemas de água • Como: Fornalha de cúpula e forno de tratamento térmico

19. Estudo de caso • Ferro fundido é feito de gusa em um forno alto • O ferro fundido líquido é girado em formato de tubo • O concreto é borrifado sobre o tubo e fornece um revestimento • Em seguida, os tubos frios são pintados

20. Sala de fusão e tratamento térmico • As maiores economias foram identificadas ao tratar termicamente os canos antes que eles resfriem • A fábrica percebeu que misturar tamanhos de canos nos fornos permitia que fossem inteiramente utilizados • Mas para fazer isso havia longos intervalos de espera e os tubos esfriavam chegando a quase atingir a temperatura ambiente

21. Uso fantasma de gás natural • O uso de gás natural foi monitorado de perto por três dias • A comparação entre contas mostrou uma grande quantidade de gás natural desperdiçada • Isso ocorre porque os fornos não são desligados automaticamente quando não estão em uso

22. Resultados da fundição de tubos de ferro

23. Conclusões • As avaliações do processo de aquecimento podem identificar excelentes oportunidades de economia para as fábricas • Algumas recomendações importantes necessitam de três dias para serem observáveis • Com a ferramenta PHAST é possível quantificar a economia • Funciona melhor em processos muito quentes • Treinar o pessoal da fábrica para reunir dados e analisá-los pode ter impactos duradouros

24. Obrigado!! Perguntas???