Eficiência energética : estudo de caso em uma torre de resfriamento industrial

Abstract

Ações que visem a eficiência energética estão cada vez mais pautadas dentro das indústrias, uma vez que podem, além de diminuir o custo operacional, aproximar a empresa aos processos sustentáveis. A norma ABNT ISO 50001 estabelece parâmetros internacionais vinculados ao tema e, estando a empresa estudada certificada pela norma, esta deve adotar projetos que oportunizem a melhoria do desempenho energético. Nesse panorama, verificou-se que uma torre de resfriamento da fábrica entregava uma temperatura menor do que a necessária em períodos específicos do ano, o que pode acarretar em um custo energético desnecessário. Sendo assim, o objetivo do trabalho é avaliar a viabilidade de aquisição de inversores de frequência para controlar a vazão de ar da torre e, consequentemente, diminuir a rotação dos ventiladores ou até mesmo desliga-los, a fim de melhorar a eficiência energética do processo. No entanto, por políticas internas da empresa, foi necessário realizar uma avaliação prévia de viabilidade, sendo que o projeto deveria ter um tempo de retorno do investimento de até três anos. Para verificar a possibilidade de diminuição da vazão de ar na torre e ainda assim alcançar a temperatura desejada na corrente de água resfriada, foi utilizado um modelo matemático com parâmetros ajustados com dados históricos de operação no período de fevereiro a julho de 2022, o qual apresentou um bom ajuste. O modelo então foi validado com dados histórico no período de agosto a outubro de 2022, apresentando erros de predição de temperatura na ordem de 3 %. De posse do modelo validado, foi estimada, para uma dada temperatura de saída da água da torre, qual a vazão de ar necessária e, então, determinado a quantidade de ventiladores necessários em cada momento. Com dados históricos, para o período de um ano comparou-se a quantidade de ventiladores utilizados e a necessária, conforme predição do modelo, nos momentos em que a temperatura de saída da água era inferior ao limite superior estabelecido pelas áreas consumidoras. Assim, foi possível projetar o ganho anual com a aquisição dos inversores de frequência e calcular o payback do projeto em diferentes cenários. Ao fim, observou-se que o projeto teria o retorno em dois anos e cinco meses na aquisição do equipamento para uma das quatro células da torre. Para os demais casos o tempo de retorno do projeto era superior ao aceitado pela empresa e, apesar de promover uma melhor eficiência energética, não era viável do ponto de vista econômico.

Actions aimed at energy efficiency are increasingly guided within industrial companies, because they can, in addition to reducing operating costs, to bring the company closer to sustainable processes. The ABNT ISO 50001 establishes international parameters related to the subject and, once the studied company is certified by the standard, it must adopt projects that allow for the improvement of energy performance. In this scenario, it was found that a cooling tower at the factory operated a lower temperature than necessary in specific periods of the year, which can lead to unnecessary energy costs. Therefore, the objective of this work is to evaluate the feasibility of acquiring frequency inverters to control the air flow in the tower and, consequently, reduce the rotation of the fans or turn them off, in order to improve the energy efficiency of the process. However, due to the company's internal policies, it was necessary to carry out a prior feasibility assessment, and the project should have a payback period of up to three years. To verify the possibility of decreasing the air flow in the tower and still reaching the desired temperature in the cooled water stream, a mathematical model was used with parameters adjusted with historical operating data from February to July 2022, which presented a good fit. Then, the model was validated with historical data from August to October 2022, with temperature prediction errors of around 3 %. With the validated model, the necessary air flow was estimated for a given outlet temperature of the tower and the number of fans needed at each moment was determined. With historical data, for the period of one year at times when the water outlet temperature was lower than the upper limit established by the consuming areas, the number of fans used and the number needed were compared, as predicted by the model. Thus, it was possible to project the annual gain with the acquisition of frequency inverters and calculate the payback of the project in different scenarios. In the end, it was observed that the project would have a return in two years and five months in the acquisition of equipment for one of the four cells of the tower. For the other cases, the payback time for the project was longer than accepted by the company and, despite promoting better energy efficiency, it was not viable from an economic point of view.