Importância da eliminação de vazamentos de ar comprimido para melhoria do desempenho energético

RESUMO

As indústrias brasileiras vêm se movimentando em relação a eficiência energética, em razão das demandas de sustentabilidade ambiental, norteadas pela agenda 2023 da ONU, onde foi estabelecido 17 objetivos de desenvolvimento sustentável, uma delas, a ODS – Objetivos de desenvolvimento sustentável – número 7, energia limpa e acessível, onde foi estabelecido metas energéticas como até 2030 dobrar a taxa global de melhoria da eficiência energética. (ONU, 2022).

A problemática apresentada neste artigo envolve vazamentos de ar comprimido e a quantificação desse desperdício que gera milhões de quilowatts para matriz elétrica brasileira e milhares de reais de prejuízos para as organizações. Este artigo se propõe a responder quanto custa vazamentos de ar comprimido, como elaborar um plano para eliminação destes vazamentos, com objetivo de gerar resultados financeiros para a organização e reduzir os impactos ambientais relacionados ao consumo de energia elétrica. A metodologia adotada para elaboração deste artigo consiste na experiência da empresa PARCO Engenharia e Treinamentos ME como prestador de serviço especializado em detecção de vazamentos de ar comprimido por ultrassom. Como hipótese primária, recomenda-se a uma análise da operação dos compressores e avaliação das faturas de energia elétrica, em seguida a realização da detecção de vazamentos no sistema de ar comprimido e por fim, elaborar o plano de eliminação dos vazamentos identificados. A contribuição deste artigo se faz para organizações que utilize ar comprimido em seus processos de produção e/ou controle de processos, independente do seu tamanho. Conclui-se que a eliminação dos vazamentos de ar comprimido são medidas eficazes para reduzir o consumo de energia elétrica e melhorar a eficiência energética da organização.

Palavras-chave: Vazamentos de ar comprimido. Detecção por ultrassom. Eficiência energética.

1 - INTRODUÇÃO

A preocupação com a o meio ambiente deixou de ser um tema isolado e se tornou uma preocupação global. Segundo a ONU (2020), “defender e melhorar o meio ambiente para as atuais e futuras gerações se tornou uma meta fundamental para a humanidade.”

Segundo o Atlas da Eficiência Energética no Brasil, IEA (2019), o setor industrial consome aproximadamente um terço da energia elétrica gerada para atender seus processos produtivos. Martins, (2022) destaca que a indústria representa 22,2% PIB (Produto Interno Bruto) e com isso, existe a preocupação do setor industrial com a gestão de energia, que pode contribuir para o crescimento sustentável do país e se tornar estratégico perante outras organizações mundiais.

Para melhorar a eficiência energética, antes de pensar em projetos complexos é necessário eliminar as ineficiências energéticas. Este termo nós apresentamos com uma forma de explanar que antes de aplicar melhoria, é necessário eliminar todo e qualquer forma de desperdício de energia, desta forma a organização retorna ao ponto zero, ou seja, antes de falar de eficiência energética devemos eliminar a ineficiência energética.

Em nossa experiencia industrial, tivemos a oportunidade de se deparar com diversos tipos de ineficiências energética e como tema deste artigo abordaremos somente uma delas, o vazamento de ar comprimido. Sabendo que uma companhia trabalha para se tornar lucrativa e para isso deve reduzir gastos, o consumo de energia é uma questão financeira estratégica para sua operação e de extrema importância, pois é uma das variáveis que compõem o custo final de seu produto.

A realidade do Brasil coloca em evidência o custo da energia elétrica e a situação de desperdício, segundo a redação da Ciclo Vivo (2019), nosso país desperdiça mais de R$ 71 milhões de reais por dia, ou R$ 52 bilhões de reais em dois anos com energia. Em um ranking que mede o custo da energia para a indústria, o a indústria brasileira paga a 6ª energia mais cara do mundo. O custo é de 402,26 reais por MWh, o valor é 46% superior à média internacional, de 275,74 por MWh (FUENTES, 2020).

Reconhecido como a segunda energia de maior uso na indústria de transformação, o ar comprimido é a mais cara de todas e a menos tratada (NOVAIS, 1995). Esta questão se efetiva devido à falta de conhecimento dos profissionais que impactam diretamente no uso do ar comprimido, na falta de identificação e quantificação do custo desses vazamentos, tema principal desse artigo.

Para destacar o quão caro é o ar comprimido, além das possíveis correções no sistema, a transformação energética por si é ineficiente. A relação entre energia elétrica e pressão pneumática é de 1 para 8, ou seja, para gerar 1HP (Horse Power) pneumático, são necessários de 6 a 8HP’s elétricos (AQUINO, 2009), uma eficiência de transformação energética de 12,5%.

Em relação a situação mundial, segundo Marshall (2020), estudos apresentaram que cerca de 50% de todo ar comprimido gerado é destinado a produção, 25% desperdiçado através de demanda artificial e os outros 25% são desperdiçados com de vazamentos. É nesses vazamentos de ar comprimido que uma fatia do lucro da empresa está sendo jogado fora.

2 DIAGNÓSTICO DA SITUAÇÃO-PROBLEMA

Com base no histórico de serviços prestados em 10 empresas do seguimento industrial pela PARCO Engenharia e Treinamentos, foram identificadas situações que variaram de 29% a 3% da vazão desperdiçada com vazamentos em função da geração de ar comprimido. A tabela abaixo apresenta os dados das medições realizadas pela PARCO Engenharia, como objeto deste artigo.

Tabela 1 - Geração, vazão com vazamentos e porcentagem de desperdício

Fonte: O Autor (2023)

Com base nestes dados levantados, de todo ar comprimido gerado pelos compressores é desperdiçado uma média de 11%. Em relação ao desperdício financeiro, a um valor médio de R$ 0,42/kWh, considerando TE & TUSD/TUST, temos um desperdício médio de R$ 6,42 por hora, considerando para cálculo um compressor de 160 kW, com eficiência de 0,089 kW/m³, tecnologia do tipo parafuso, sem inversor de frequência e sem secador integrado.

Baseado na rotina das organizações no qual vivenciamos, durante um ano (52 semanas), são destinadas de uma a quatro semanas de parada anual. Para apresentação dos valores médios desperdiçados por ano, consideramos 48 semanas de operação do sistema de ar comprimido, totalizando 8064 horas de operação. Desta forma, a um valor de R$ 6,42 por hora, temos um desperdício médio anual de R$ 51.770,88.

Portanto, além de gerar valor para a organização no aspecto sustentabilidade, também torna a organização mais lucrativa e este resultado pode ser decisivo perante a concorrência.

3 METODOLOGIA

Este artigo tem como objetivo identificar e quantificar vazamentos no sistema de ar comprimido no ambiente industrial e assim apresentar a metodologia desenvolvida pela PARCO Engenharia e Treinamentos como solução para identificação, quantificação e apresentação para tomada de ação. Para isso, através de serviços prestados em indústrias, foram observados vários tipos de vazamentos de ar comprimido em diversos locais, desde a sala de compressores, passando pela distribuição e até na utilização em seus pontos de uso, situações que poderiam ser evitadas com a metodologia de detecção de vazamento por Ultrassom. Os dados apresentados na Tabela 1 - Geração, vazão com vazamentos e porcentagem de desperdício se referem a cases reais extraídos de relatórios elaborados pela PARCO Engenharia e Treinamentos.

Este artigo foi embasado no portifólio da PARCO Engenharia e Treinamentos, no serviço de detecção de vazamentos de ar comprimido por ultrassom e na experiencia de seus consultores em sistemas de ar comprimido industriais.

Em inúmeras situações, vazamentos de ar comprimido podem passar por despercebidos pois o não tem odor, não é visível e na maioria das vezes não coloca em risco a instalação fabril (OLIVEIRA, 2018). Por consequência de falta de manutenção adequada e planos de manutenção definidos, os vazamentos são encontrados na maioria das vezes em juntas de tubos, reguladores de pressão, filtros, lubrificadores, válvulas, flanges e entre outros equipamento, os vazamentos podem chegar até 50% do ar comprimido gerado pelo compressor (VNCI, 2010). Na tabela abaixo temos os valores estimados na relação entre o diâmetro do vazamento, consumo de ar, desperdício de energia anual e desperdício financeiro anual, considerando a geração 11,17 m³/kWh @ 8,5 bar, 20 °C e valor do kWh de R$ 0,42.

Tabela 2 - Relação vazamento, vazão e desperdícios anuais

Fonte: Adaptado de Aquino (2019) e Oliveira (2018)

Com base nestes valores, podemos destacar o quão caro é o desperdício de ar comprimido. Um vazamento de 1mm (diâmetro do furo lateral da caneta bic), pode impactar em R$ 1.237,76 por ano, na fatura de energia elétrica, lembrando, esse desperdício é incluso na composição do custo final do produto, no qual impacta diretamente a lucratividade da empresa.

4 ANÁLISE DA SITUAÇÃO-PROBLEMA

Com base no relatório da PARCO Engenharia e Treinamentos, elaborado em 2021 para uma indústria do seguimento químico, localizada no estado de São Paulo, com capacidade de geração de ar comprimido de 1620,00 m³/h @ 7,0 bar, 20 °C, porém, em operação constou um compressor, modelo Atlas Copco, GA75VSDFF operando com 13% da capacidade nominal e outro compressor do mesmo modelo operando com 51% da capacidade nominal, totalizando 48 kW de potência de compressão, equivalente a 517,76 m³/h @ 7,0 bar, 20 °C.

Na planta industrial objeto deste artigo, contempla-se cinco prédios produtivos, uma sala destinada a central de ar comprimido e uma sala destinada a geração de vapor. O ar comprimido é utilizado como fonte de energia para movimentação de reatores e para abertura e fechamento de válvulas pneumáticas, acopladas a atuadores, na qual é feito o transporte das soluções químicas dos prédios produtivos para a área de tancagem.

A operação desta indústria é realizada de segunda a sexta feira, tendo seus compressores desligados nos fim de semana, questão apresentada como condição primária para redução de consumo de energia elétrica no sistema de ar comprimido em situações em que a organização não opera em dias específicos.

Na realização da detecção de vazamentos de ar comprimido realizado pela PARCO Engenharia em 2021, foi destacado a seguinte situação:

Custo anual estimado para geração de ar comprimido (de seg. a sex.): R$ 118.750,91;

Vazamento detectados: 42;

Vazão de ar comprimido desperdiçada: 178,47 m³/h;

Desperdício de energia elétrica com vazamentos de ar comprimido: 119.284,53kWh;

Desperdício financeiro anual: R$ 62.266,53 / mensal: R$ 5.188,88;

Demanda de energia elétrica para suprir vazamentos de ar comprimido: 13,62 kW;

5 PROPOSTA DE SOLUÇÃO

A solução proposta para indústria objeto desse estudo foi apresentada pela PARCO Engenharia e Treinamentos, onde todos os vazamentos identificados através de ultrassom foram fotografados e identificados com etiquetas.

Para apresentação de forma quantitativa, foi elaborado uma planilha com todos os vazamentos encontrados, destacando o número do vazamento através de uma etiqueta da PARCO Engenharia, com a numeração do vazamento, colocada em campo, com uma abraçadeira de nylon, fotografado e identificado via relatório, juntamente com a fotografia retirada pelo detector de vazamentos; A área, sendo o local macro, no cliente objeto desse estudo, a central de ar comprimido, a fábrica F, a tancagem, a casa de caldeira, a fábrica A, a fábrica C e a fábrica E. O local, sendo o ponto específico do vazamento, como máquinas, equipamentos, componentes, conjunto pneumáticos, válvulas, filtros etc. A vazão, sendo a quantidade de ar comprimido desperdiço em metros cúbicos por hora (m³/h), quantificada pelo detector de vazamentos. O desperdício financeiro em reais e o desperdício de energia elétrica por ano de cada vazamento encontrado, calculado em função da vazão do vazamento.

Tabela 3 - Relação dos vazamentos com desperdício superior a R$ 2.500,00 por ano

Fonte: PARCO Engenharia e treinamentos (2021)

As colunas da planilha apresentam as informações repassadas a empresa, objeto deste estudo, pela PARCO Engenharia e Treinamentos a fim de facilitar a identificação dos vazamentos. Vale destacar que a planilha contempla somente os vazamentos com desperdício superior a R$ 2.500,00 por ano, além dos dados acima, o relatório final ainda apresentou 7 vazamentos com desperdícios entre R$ 500,00 e R$ 2.000,00 por ano e 22 vazamentos com desperdícios abaixo de R$ 500,00 por ano.

A fim de promover melhor solução para eliminação de vazamentos, a PARCO Engenharia e Treinamentos apresentou através de seu relatório duas estratégias, a primeira por área e a segunda por correção do vazamento, ambas podem ser vistas nos gráficos abaixo.

Gráfico 1 - Estratégia de correção por área

Fonte: PARCO Engenharia e Treinamentos (2021)

Gráfico 2 - Estratégia de correção por solução

Fonte: PARCO Engenharia e Treinamentos (2021)

A primeira estratégia (por área), auxilia a empresa na correção pois as fábricas param em momentos oportunos para manutenção dos reatores. Neste caso, na fábrica C foram detectados 16 vazamentos de ar comprimido, totalizando R$ 26.002,01 de desperdícios por ano. A segunda estratégia foi desenvolvida em função da solução para correção do vazamento. Neste caso, a troca de conexões representa um total de 35 vazamentos de ar comprimido, totalizando R$ 47.436,24 de desperdiçados por ano, sendo uma excelente opção em situações de parada da fábrica, no caso deste cliente da PARCO Engenharia, foi considerado ideal, pois a fábrica não opera aos fins de semana.

Após destacar as questões táticas, apresentado as questões gerenciais, os vazamentos detectados e planilhados com as estratégias para correção, a outra informação apresentada no relatório da PARCO Engenharia e Treinamentos, e destinado ao setor de manutenção, são as imagens dos vazamentos de ar comprimido, junto das informações destacadas nas planilhas anteriores. Abaixo temos os dois maiores vazamentos detectados.

Figura 1 - Informações e imagens dos vazamentos detectados

Fonte: PARCO Engenharia e Treinamentos (2021)

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este artigo teve o objetivo de apresentar o desperdício gerado para as organizações que utilizam ar comprimido e não possui uma gestão eficaz do sistema, permitindo vazamentos. Para tratar do tema, descreveu-se os conceitos de ar comprimido para apresentar a importância desta utilidade no ambiente industrial e destacar a importância da identificação, quantificação, planejamento e correção de vazamentos de ar comprimido, apresentando a solução com a técnica preditiva de detecção por ultrassom, case disponibilizado pela empresa PARCO Engenharia e Treinamentos ME.

Para que a solução seja eficaz, se faz necessário uma gestão do sistema de ar comprimido, demanda gerenciada pelo setor de manutenção ou de utilidades. Vale destacar que por se partir de uma posição tática da organização, a eliminação de desperdícios se faz necessário para manter a competitividade da organização perante seu core business, pois quando se reduz custo, aumenta-se a lucratividade.

Destacamos, por fim, que toda e qualquer organização que se propõe a praticar melhoria do desempenho energético e sua eficiência energética, deve não conviver com desperdícios. Este foi somente um exemplo dos mais diversos cases encontrados na indústria brasileira pela PARCO Engenharia e Treinamentos, como profissionais da indústria temos a consciência que existe a solução para o problema e deve ser executada com eficácia e honestidade.

REFERÊNCIAS

AQUINO, Luiz Saulo Pereira de. Ar comprimido: tudo que você precisa saber sobre vazamentos. São Bernardo do Campo: Sa Solutions, [2009]. 4 p.

CICLO VIVO (Brasil). Brasil desperdiça R$71 milhões em energia por dia. 2019.

FUENTES, André. Brasil piora em ranking e passa a ser o 6° com a energia mais cara do mundo. 2020.

INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (IEA). Atlas da eficiência energética Brasil | 2019: relatório de indicadores. [São Paulo]: Epe, 2020. 149 p.

MARSHALL, Ron. Protect Profits With Compressed Air Leakage best pratices. Compressed Air Best Pratices, Pittsburght, v. 3, p. 30-36, mar. 2020.

MARTINS, Pádua. Indústria brasileira é responsável por 22,2%do PIB nacional, Trendsce, 2022.

NOVAIS, José. Ar comprimido Industrial: produção, tratamento e distribuição. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1995. 700 p.

OLIVEIRA, Paulo Fernando de Lemos. Análise de Eficiência Energética dos Sistemas de Ar Comprimido em unidades industriais. 2018. 159 f. Dissertação (Mestrado)

ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS: Objetivo 7. Assegurar o acesso confiável, sustentável, moderno e a preço acessível à energia para todas e todos.

ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS: A ONU e o meio ambiente.

VNCI. Best Pratices Compressed Air. Castellum: Vnci, [2010].