Auditoria energética a uma instalação industrial têxtil

Marco Alexandre Carvalho Mendes Auditoria Energética a uma Instalação Industrial Têxtil Auditoria Energética a uma instalação industrial Têxtil Marco Alexandre Carvalho Mendes UMINHO I 2021 Julho de 2021 Marco Alexandre Carvalho Mendes Auditoria Energética a uma Instalação Industrial Têxtil Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor Luís António de Sousa Barreiros Martins Julho de 2021 v DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. vi AGRADECIMENTOS A realização desta dissertação e do meu percurso académico não teria sido possível sem o suporte de diversas pessoas. A todas elas expresso o meu eterno agradecimento. Ao Professor Luís António de Sousa Barreiros Martins, orientador desta dissertação, agradeço todo o apoio técnico e científico, assim como toda a disponibilidade que demonstrou. A toda a equipa da Smartwatt, S.A. pelas excelentes condições de trabalho proporcionadas e pelo ambiente acolhedor com que me receberam. Um agradecimento especial ao Engenheiro André Poças por todo o auxílio e transmissão de conhecimentos, assim como pelo acompanhamento regular durante a realização do projeto. À Universidade do Minho e, em especial, ao Departamento de Engenharia Mecânica, pela disponibilização, ao longo de todo o meu percurso académico, de ferramentas essenciais e imprescindíveis ao desenvolvimento desta dissertação. A todos os meus amigos e colegas, com quem tive o prazer de partilhar inúmeras memórias, pelo seu apoio incansável nesta caminhada. À minha família, uma eterna gratidão, por todo o apoio e confiança incondicional que sempre demonstraram, ao longo desta viagem que foi a minha formação académica. vii DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. viii RESUMO De acordo com o relatório da Organização Mundial para a Cooperação e Desenvolvimento Económico (OCDE), no ano de 2019, verificaram-se, novamente, aumentos nos consumos mundiais de energia primária e nas respetivas emissões de Gases com Efeito de Estufa (GEE). Torna-se, assim, por demais evidente que o estudo da eficiência energética desempenha um papel de enorme responsabilidade na racionalização destes valores. A dissertação que se apresenta aborda a execução de uma auditoria energética a um estabelecimento industrial têxtil concreto, inserido no subsetor de branqueamento e tingimento têxtil, abrangido pelo Sistema de Gestão dos Consumos Intensivos de Energia (SGCIE). Nas condições previstas pelo Decreto-Lei n.˚68-A/2015, torna-se obrigatória a execução de uma auditoria energética, visto que a instalação alvo apresentou, no ano civil de 2019, um consumo anual de energia primária de 3 454 toneladas equivalente de petróleo (tep). A caracterização energética da instalação e a identificação de potenciais programas de investimento em sistemas energéticos, conducentes ao aumento da eficiência energética e/ou redução da fatura energética da empresa, foram as principais finalidades deste estudo. De modo a efetuar-se a auditoria em questão, tornou-se essencial a realização de um enquadramento bibliográfico, abordando-se o consumo de energia nacional e mundial, bem como a respetiva legislação atualmente em vigor. De seguida, adotou-se a metodologia que seria a base do projeto, sendo esta etapa sucedida pela elaboração de um caderno subsetorial, referente à atividade empresarial em que a instalação alvo da auditoria se insere. Posteriormente, tiveram lugar etapas fundamentais ao processo de auditoria energética, nomeadamente a recolha de dados e planeamento da intervenção, os levantamentos e medições de campo e o tratamento e análise de toda a informação obtida. Por fim, com vista na implementação de um processo contínuo e eficiente de gestão da energia consumida na instalação e de forma a alcançarem-se os objetivos legalmente exigidos, foram ainda identificadas Medidas de Utilização Racional de Energia (MURE), destacando-se o dimensionamento de uma Unidade de Produção para Autoconsumo (UPAC) e a reativação do Sistema de Recuperação de Calor dos Efluentes Quentes da Tinturaria, constituintes do Plano de Racionalização dos Consumos Energéticos (PREn) da instalação auditada. Palavras-Chave: Eficiência Energética, Auditoria de Energia, Racionalização Energética. ix ABSTRACT According to the report of the Organization for Economic Co-operation and Development (OECD), in the year of 2019, there were, once again, increases in the world’s consumption of primary energy and in the respective emissions of Greenhouse Gases (GHG). It thus becomes all too clear that the study of energy efficiency plays an enormously responsible role in the rationalization of these values. The dissertation that is presented addresses the execution of an energy audit to a textile industrial establishment, inserted in the textile bleaching and dyeing subsector, covered by the Intensive Energy Consumption Management System (SGCIE). According to the Portuguese regulation conditions, provided by the Decree-Law nº 68-A/2015, it is mandatory to execute an energy audit, since the targeted industrial plant, in the calendar year of 2019, presented an annual primary energy consumption of 3 454 tonnes of oil equivalent (toe). The industrial plant’s energy characterization and the identification of potential investment programs in energy systems, that would lead to an increase in the overall energy efficiency and/or a reduction in the company’s energy expenses, were the main purposes of this study. In order to carry out the energy audit mentioned, the study of a bibliographic framework became essential, addressing the national and global energy consumption, as well as the respective legislation currently in force. Then, the methodology that would be the basis for this project was adopted and this step was followed by the elaboration of a subsector notebook, referring to the business activity in which the audited industrial plant is inserted. Subsequently, fundamental steps were taken so that audit the targeted industrial plant, namely the collection of data and intervention, the field surveys and measurements and the treatment and analysis of all the obtained information. Finally, with a view to implement a continuous and efficient management process of the industrial plant’s energy consumption, and in order to achieve the required legal objectives, Rational Energy Use Measures (MURE) were also identified, emphasizing the project of a Production Unit for Self-consumption (UPAC) and the Reactivation of the Dyeing’s Hot Effluents’ Heat Recovery System, as part of the audited industrial plant’s Energy Consumption Rationalization Plan (PREn). Keywords: Energy Efficiency, Energy Audit, Energy Rationalization. Figura 47 - Distribuição dos custos de energia por vetor energético em 2018 .......................... 65 Figura 48 - Distribuição dos consumos de energia por vetor energético em 2019 .................... 66 Figura 49 - Distribuição dos custos de energia por vetor energético em 2019 .......................... 66 Figura 50 - Evolução do consumo de energia global da instalação ........................................... 67 Figura 51 - Representação do consumo de energia da instalação por vetor energético ao longo do ano de referência (2019) ........................................................................................................ 68 Figura 52 - Evolução dos custos mensais associados à energia consumida na instalação......... 69 Figura 53 - Representação do custo associado aos vetores energéticos utilizados na instalação ao longo do ano de referência (2019) .......................................................................................... 71 Figura 54 - Evolução do consumo de energia elétrica na instalação ......................................... 72 Figura 55 - Custos associados à utilização de energia elétrica no ano de referência ................. 73 Figura 56 - Distribuição do consumo de energia elétrica por horário tarifado no período 20182019 ...................................................................................................................................... 73 Figura 57 - Consumo e custo médios de energia elétrica por hora no período 2018-2019 ........ 74 Figura 58 - Desagregação dos custos de energia elétrica por termo tarifado nos anos de 2018 e 2019 ...................................................................................................................................... 75 Figura 59 - Evolução do consumo de gás natural na instalação ............................................... 76 Figura 60 - Custos associados à utilização de gás natural no ano de referência ....................... 77 Figura 61 - Evolução do consumo de gasóleo na instalação ..................................................... 78 Figura 62 - Custo associados à utilização de gasóleo no ano de referência .............................. 79 Figura 63 - Distribuição das emissões de GEE por vetor energético no ano de referência ......... 80 Figura 64 - Evolução da produção total da instalação .............................................................. 82 Figura 65 - Diagrama de carga do circuito geral da instalação ................................................. 84 Figura 66 - Diagrama de carga dos jets da tinturaria nova ....................................................... 85 Figura 67 - Diagrama de carga dos jets da tinturaria antiga ..................................................... 85 Figura 68 - Diagrama de carga da râmola 1 ............................................................................ 86 Figura 69 - Diagrama de carga da râmola 2 ............................................................................ 86 Figura 70 - Diagrama de carga da râmola 3 ............................................................................ 87 Figura 71 - Diagrama de carga da râmola 4 ............................................................................ 87 Figura 72 - Diagrama de carga da maquinaria utilizada no processo produtivo ......................... 88 Figura 73 - Diagrama de carga do circuito que alimenta o tumbler e o compactador ................ 88 Figura 74 - Diagrama de carga da central de ar comprimido .................................................... 89 Figura 75 - Diagrama de carga da central térmica ................................................................... 90 Figura 76 - Diagrama de carga do sistema de climatização ...................................................... 90 Figura 77 - Desagregação do consumo de energia elétrica por equipamento/subsetor ............. 92 Figura 78 - Desagregação do consumo de gás natural por equipamento .................................. 93 Figura 79 - Relação entre as % CO2 , % O2 e excesso de ar na combustão de certos combustíveis .............................................................................................................................................. 95 Figura 80 - Balanço energético global da instalação ............................................................... 103 Figura 81 - Evolução do consumo de energia e da produção da instalação ao longo do ano de referência (2019) ................................................................................................................. 108 Figura 82 - Evolução do consumo específico de energia face à produção obtida ao longo do ano de referência (2019) ............................................................................................................. 109 Figura 83 - Comparação entre o consumo mensal de energia e a produção da instalação ao longo do ano de referência (2019) ........................................................................................ 109 Figura 84 - Comparação entre o consumo específico de energia e a produção obtida ao longo do ano de referência (2019) ...................................................................................................... 110 Figura 85 - Evolução do consumo de energia e das emissões de GEE da instalação ao longo do ano de referência (2019) ...................................................................................................... 112 Figura 86 - Evolução da intensidade carbónica face às emissões de GEE da instalação ao longo do ano de referência (2019) ................................................................................................. 112 Figura 87 - Classificação das Medidas Transversais (MT) por tipologia ................................... 113 Figura 88 - Exemplos ilustrativos das luminárias LED do tipo “Hermetic Line” a implementar na instalação ............................................................................................................................. 115 Figura 89 - Exemplo ilustrativo da luminária LED do tipo “Painel LED Slim” a implementar na instalação ............................................................................................................................. 116 Figura 90 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #1 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 118 Figura 91 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #1 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 118 Figura 92 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #1 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 118 Figura 93 - Fluxograma representativo dos pontos de monitorização de energia elétrica propostos ............................................................................................................................................ 121 Figura 94 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #2 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 123 Figura 95 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #2 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 124 Figura 96 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #2 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 124 Figura 97 - Esquema representativo da UPAC a implementar na instalação ........................... 126 Figura 98 - Modelação da implementação dos módulos fotovoltaicos na cobertura da instalação ............................................................................................................................................ 132 Figura 99 - Comparação entre o autoconsumo, o consumo de energia proveniente da rede e a injeção de energia na rede .................................................................................................... 133 Figura 100 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #3 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 135 Figura 101 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #3 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 135 Figura 102 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #3 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 136 Figura 103 - Identificação do período de consumo energético da instalação onde a produção é inexistente ............................................................................................................................ 137 Figura 104 - Diagrama de carga do compressor 1 e secador de ar no referido período de análise ............................................................................................................................................ 137 Figura 105 - Exemplo de equipamento de ultrassons utilizado na deteção de fugas de ar comprimido .......................................................................................................................... 138 Figura 106 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #4 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 139 Figura 107 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #4 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 139 Figura 108 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #4 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 140 Figura 109 - Isolamento térmico danificado e falha de isolamento na caldeira de vapor 1 ...... 140 Figura 110 - Exemplos de caldeiras isoladas com lã de rocha ................................................ 141 Figura 111 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #5 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 145 Figura 112 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #5 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 146 Figura 113 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #5 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 146 Figura 114 - Exemplos de válvulas e troços de tubagens da instalação desprovidos de isolamento térmico ................................................................................................................................. 147 Figura 115 - Exemplo de resultados obtidos da implementação de isolamento térmico do tipo “valve jacket” ....................................................................................................................... 148 Figura 116 - Dimensões das válvulas JL1040 de PN16 ......................................................... 150 Figura 117 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #6 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 153 Figura 118 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #6 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 153 Figura 119 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #6 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 153 Figura 120 - Configuração geral de um permutador de placas ............................................... 155 Figura 121 - Desenho técnico do permutador de placas “ARSOPI THERMAL FH 30” e respetivas dimensões ............................................................................................................................ 156 Figura 122 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #7 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 168 Figura 123 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #7 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................. 168 Figura 124 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #7 e respetiva poupança resultante ............................................................................................................................. 169 xx LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Desagregação do consumo de energia primária no processo de branqueamento e tingimento têxtil ...................................................................................................................... 33 Tabela 2 - Estrutura de consumos anuais de energia primária e de emissões de CO2 das instalações referidas ............................................................................................................... 34 Tabela 3 - Valores dos indicadores de eficiência energética referentes às instalações analisadas .............................................................................................................................................. 36 Tabela 4 - Potenciais economias presentes nos PREn das instalações analisadas .................... 39 Tabela 5 - Medidas de eficiência energética mais frequentes e com maior impacto nos PREn das instalações analisadas ............................................................................................................ 40 Tabela 6 - Medidas de utilização racional de energia mais frequentes e com maior impacto nos PREn das instalações analisadas ............................................................................................ 41 Tabela 7 - Características dos compressores da central de ar comprimido ............................... 55 Tabela 8 - Características dos depósitos de ar comprimido ...................................................... 56 Tabela 9 - Características do secador de ar comprimido .......................................................... 56 Tabela 10 - Características das caldeiras de vapor .................................................................. 58 Tabela 11 - Resumo da iluminação aplicada na instalação ...................................................... 61 Tabela 12 - Características da Unidade de Tratamento de Ar (UTA) ......................................... 62 Tabela 13 - Características das Unidades de Expansão Direta do tipo " Split ” - Mural ................ 62 Tabela 14 - Características do ventilador de extração das instalações sanitárias ....................... 63 Tabela 15 - Características dos ventiladores de aspiração........................................................ 63 Tabela 16 - Fatores de conversão de energia provenientes do Despacho nº 17313/2008 ........ 64 Tabela 17 - Consumo de energia na instalação e custos associados em 2018 ......................... 65 Tabela 18 - Consumo de energia da instalação e custos associados no ano de 2019 ............... 66 Tabela 19 - Consumo mensal de energia na instalação por vetor energético no ano de referência (2019) .................................................................................................................................... 68 Tabela 20 - Custo mensal associado ao consumo de energia na instalação por vetor energético no ano de referência (2019) ................................................................................................... 70 Tabela 21 - Emissões de GEE associadas aos vetores energéticos no ano de referência ........... 80 Tabela 22 - Produção total obtida na instalação (dados de 2018 e 2019) ................................ 81 Tabela 23 - Consumo energético associado à iluminação da instalação ................................... 91 Tabela 24 - Ponto ótimo de funcionamento de uma instalação de combustão .......................... 94 Tabela 25 - Valores dos parâmetros de funcionamento da caldeira de vapor 1 ......................... 95 Tabela 26 - Valores de KT para alguns combustíveis ............................................................... 98 Tabela 27 - Quantidades de hidrogénio e água para alguns combustíveis ................................ 98 Tabela 28 - Valores típicos de K para alguns combustíveis ....................................................... 99 Tabela 29 - Perdas à capacidade nominal para vários tipos de caldeiras .................................. 99 Tabela 30 - Desagregação dos consumos energéticos e respetivos encargos financeiros da instalação por setor e subsetor ............................................................................................. 103 Tabela 31 - Dados da declaração IES da instalação auditada ................................................. 106 Tabela 32 - Indicador Intensidade Energética (IE) .................................................................. 107 Tabela 33 - Indicador Consumo Específico de Energia (CE) ................................................... 107 Tabela 34 - Desagregação do consumo de energia, produção e consumo específico de energia ao longo do ano de referência (2019) ................................................................................... 108 Tabela 35 - Indicador Intensidade Carbónica (IC) .................................................................. 111 Tabela 36 - Desagregação do consumo de energia, emissões de GEE e intensidade carbónica ao longo do ano de referência (2019) ........................................................................................ 111 Tabela 37 - Luminárias LED a implementar na instalação e respetivos custos de aquisição .... 115 Tabela 38 - Consumo energético associado à iluminação da instalação antes da proposta de substituição idealizada .......................................................................................................... 116 Tabela 39 - Consumo energético associado à iluminação da instalação após a proposta de otimização ............................................................................................................................ 117 Tabela 40 - Resumo da MURE “Substituição da Iluminação” ................................................. 117 Tabela 41 - Identificação dos pontos de monitorização de gás natural, vapor e água propostos ............................................................................................................................................ 121 Tabela 42 - Orçamento proposto para a implementação do SGE............................................ 122 Tabela 43 - Resumo da MURE “Instalação de um Sistema de Gestão de Energia” ................. 123 Tabela 44 - Principais especificações do módulo fotovoltaico “JKM405M-72HL-V” do fabricante Jinko Solar ........................................................................................................................... 127 Tabela 45 - Principais especificações do inversor “SE25K” do fabricante SolarEdge .............. 128 Tabela 46 - Resultados obtidos da simulação do sistema solar fotovoltaico projetado ............. 133 Tabela 47 - Orçamento proposto para a instalação da UPAC ................................................. 134 Tabela 48 - Resumo da MURE “Unidade de Produção para Autoconsumo” ............................ 135 Tabela 49 - Resumo da MURE ”Auditoria à rede de ar comprimido” ...................................... 139 Tabela 50 - Dados relativos à implementação de isolamento térmico na caldeira de vapor 1 .. 141 Tabela 51 - Parâmetros considerados na determinação das perdas energéticas da caldeira de vapor 1................................................................................................................................. 142 Tabela 52 - Resumo da MURE ”Isolamento térmico da caldeira de vapor 1” .......................... 145 Tabela 53 - Válvulas e troços de tubagens desprovidas de isolamento térmico ....................... 149 Tabela 54 - Parâmetros considerados na determinação das perdas energéticas das válvulas e tubagens analisadas ............................................................................................................. 151 Tabela 55 - Resumo da MURE ”Isolamento térmico de válvulas e tubagens” ......................... 152 Tabela 56 - Especificações do permutador de placas “ARSOPI THERMAL FH 30” .................. 156 Tabela 57 - Registos mensais de água tratada na ETAR no ano de referência (2019) ............ 157 Tabela 58 - Dados relativos aos jets utilizados na instalação .................................................. 158 Tabela 59 - Parâmetros considerados na determinação da energia reaproveitada pelo sistema de recuperação de calor ............................................................................................................ 159 Tabela 60 - Resumo da MURE ”Reativação do sistema de recuperação de calor dos efluentes quentes da tinturaria” ........................................................................................................... 168 Tabela 61 - Principais características das MURE projetadas e respetiva influência nos indicadores energéticos da instalação ...................................................................................................... 171 Tabela 62 - Cronograma de implementação das MURE projetadas ........................................ 172 Tabela 63 - Projeção anual dos indicadores energéticos da instalação ao longo da vigência do PREn .................................................................................................................................... 173 xxiii LISTA DE EQUAÇÕES Equação 7.1 - Rendimento energético da caldeira de valor 1 ................................................... 96 Equação 7.2 - Perdas associadas ao calor sensível nos gases de combustão ........................... 97 Equação 7.3 - Perdas associadas à entalpia do vapor de água nos gases de combustão .......... 98 Equação 7.4 - Perdas associadas a inqueimados nos gases de combustão .............................. 99 Equação 7.5 - Perdas associadas às purgas .......................................................................... 100 Equação 10.1 - Número de módulos fotovoltaicos a aplicar no sistema ................................. 128 Equação 10.2 - Número de inversores a considerar no projeto .............................................. 129 Equação 10.3 - Relação de enquadramento do inversor com o sistema fotovoltaico ............... 129 Equação 10.4 - Número máximo de módulos fotovoltaicos que podem estar ligados numa fileira ............................................................................................................................................ 129 Equação 10.5 - Tensão em circuito aberto do módulo fotovoltaico, quando sujeito a uma temperatura de -10 ºC .......................................................................................................... 130 Equação 10.6 - Número mínimo de módulos fotovoltaicos por fileira ..................................... 130 Equação 10.7 - Tensão máxima do módulo fotovoltaico, quando sujeito a uma temperatura de 70 ºC ................................................................................................................................... 130 Equação 10.8 - Potência térmica total dissipada pela carcaça da caldeira de vapor 1 para o meio envolvente ............................................................................................................................ 142 Equação 10.9 - Potência térmica dissipada por convecção .................................................... 143 Equação 10.10 - Potência térmica dissipada por radiação ..................................................... 143 Equação 10.11 - Energia atualmente dissipada pela carcaça da caldeira de vapor 1, por convecção e radiação, para o meio envolvente ...................................................................... 143 Equação 10.12 - Energia poupada através da implementação de isolamento térmico ............ 144 Equação 10.13 - Energia que seria obtida por combustão de gás natural para a produção de vapor .................................................................................................................................... 144 Equação 10.14 - Caudal volumétrico médio de efluentes tratados na ETAR, provenientes dos jets conectados ao sistema de recuperação de calor .................................................................... 158 Equação 10.15 - Potência térmica resultante da transferência de calor entre os efluentes quentes da tinturaria e a água fria da rede ......................................................................................... 160 Equação 10.16 - Eficiência térmica do permutador de calor .................................................. 160 Equação 10.17 - Ratio Cr ...................................................................................................... 160 Equação 10.18 - Caudal mássico .......................................................................................... 161 Equação 10.19 - Número mínimo de unidades transferidas no processo de transferência de calor ............................................................................................................................................ 161 Equação 10.20 - Coeficiente global de transferência de calor ................................................ 161 Equação 10.21 - Resistência térmica total do processo ......................................................... 162 Equação 10.22 - Coeficiente de transferência de calor por convecção da água fria da rede .... 162 Equação 10.23 - Número de Reynolds da água fria da rede .................................................. 162 Equação 10.24 - Velocidade de escoamento da água fria da rede .......................................... 163 Equação 10.25 - Diâmetro equivalente de cada placa de aço inoxidável ................................. 163 Equação 10.26 - Número de Nusselt da água fria da rede ..................................................... 163 Equação 10.27 - Coeficiente de transferência de calor por convecção dos efluentes quentes da tinturaria .............................................................................................................................. 164 Equação 10.28 - Número de Reynolds dos efluentes quentes da tinturaria ............................ 164 Equação 10.29 - Velocidade média de escoamento dos efluentes quentes ............................. 164 Equação 10.30 - Número de Nusselt dos efluentes quentes da tinturaria ............................... 165 Equação 10.31 - Potência térmica máxima possível de ser transferida, em regime de contracorrente ...................................................................................................................... 165 Equação 10.32 - Temperatura da água quente direcionada para o depósito existente ............ 165 Equação 10.33 - Temperatura da água encaminhada para a ETAR ........................................ 166 Equação 10.34 - Média logarítmica da diferença de temperaturas ......................................... 166 Equação 10.35 - Valor teórico da potência térmica resultante da transferência de calor entre os efluentes quentes da tinturaria e a água fria da rede ............................................................. 166 Equação 10.36 - Erro relativo associado à potência térmica estudada ................................... 166 xxv LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÓNIMOS ADENE – Agência para a Energia AE – Auditoria Energética AIE – Agência Internacional de Energia ARCE – Acordo de Racionalização dos Consumos de Energia AT – Alta Tensão BT – Baixa Tensão CAE – Classificação de Atividade Económica CE – Consumo Específico de Energia CELE – Comércio Europeu de Licenças de Emissão CFBE – Consumo Final Bruto de Energia CIE – Consumidor Intensivo de Energia CO – Monóxido de Carbono CO2 – Dióxido de Carbono CO2eq – Dióxido de Carbono equivalente DGEG – Direção Geral de Energia e Geologia ERSE – Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos ETAR – Estação de Tratamento de Águas Residuais FER – Fonte de Energia Renovável GEE – Gases com Efeito de Estufa GHG – Greenhouse Gases IC – Intensidade Carbónica IE – Intensidade Energética IES – Informação Empresarial Simplificada INE – Instituto Nacional de Estatística J – Joule LED – Light Emitting Diode MAT – Muito Alta Tensão MURE – Medida de Utilização Racional de Energia MT – Média Tensão 6 No período 2008-2019, a potência instalada da biomassa cresceu 93%. Quanto às centrais eólicas, estas tiveram um crescimento de 78%. Relativamente à energia hídrica, em 2019, cerca de 38% da potência instalada em centrais hídricas tinha capacidade de produção em bombagem e, aproximadamente, 6% do total da potência instalada encontrava-se em pequenas centrais hídricas (com potência inferior a 10 MW). Desde 2008 a potência instalada de origem hídrica subiu cerca de 46%. Na Figura 4 é possível de se observar a evolução da potência instalada de energias renováveis para produção de eletricidade. A potência elétrica geotérmica não se encontra representada, devido à reduzida dimensão do seu valor, avaliada em 34MW no ano de 2019. Figura 4 - Evolução da potência instalada de origem renovável para produção de eletricidade (DGEG, 2019) A Diretiva n.º 2006/32/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 5 de abril de 2006, relativa à eficiência na utilização final de energia e aos serviços energéticos, transposta pelo Decreto-Lei n.º 319/2009, de 3 de novembro, estabeleceu como objetivo geral indicativo a obtenção de economias de energia de 9% no 9º ano de aplicação da Diretiva (2016), por comparação com o período 20012005, tendo também fixado a obrigação de os estados-membros apresentarem à Comissão Europeia planos de ação de eficiência energética. 7 Neste contexto, foi aprovado pela RCM n.º 80/2008, de 20 de maio, entretanto revogada, o primeiro Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética (PNAEE) para o período de 2008-2015, que contemplava um conjunto de medidas com o objetivo de alcançar até 2015, uma melhoria da eficiência energética equivalente a 9,8% do consumo final de energia. Para o horizonte de 2020, e à luz da Diretiva n.º 2012/27/UE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 25 de outubro, relativa à eficiência energética, o objetivo foi redefinido para um limite máximo do consumo de energia primária em 2020 (com base em projeções do modelo PRIMES para a Comissão Europeia realizadas em 2007) equivalente a uma redução de 20% (24,0 Mtep, excluindo usos não-energéticos), tendo sido posteriormente adotada por Portugal uma meta mais ambiciosa de redução de 25% (22,5 Mtep, excluindo usos não-energéticos). Na Figura 5 apresenta-se um gráfico relativo à evolução da meta portuguesa acima descrita. Figura 5 - Evolução da meta portuguesa em termos de eficiência energética (DGEG, 2019) Analisando-se a evolução do consumo de energia primária sem usos não-energéticos (mas incluindo-se o consumo na aviação internacional e excluindo-se bombas de calor), que serve de referência para o cálculo do cumprimento da meta de eficiência energética para 2020, verifica-se que Portugal em 2018 se posicionou ligeiramente acima (22,6 Mtep) do valor de referência para o cumprimento da meta de redução de 25%. No que diz respeito aos consumos de energia primária, Portugal, no ano de 2019, foi (novamente) dominado pela utilização dos combustíveis fósseis: petróleo (42,9%) e gás natural (23,8%), como se pode observar no gráfico da Figura 6. (DGEG, 2020) 8 Figura 6 - Consumo de energia primária em Portugal no ano de 2019 (DGEG, 2020) Comparativamente ao consumo de energia primária em 2018, que correspondeu a 22,6 Mtep, importa realçar os aumentos nos consumos de petróleo (4%) e gás natural (1,4%) e a significativa redução do consumo de carvão (6,4%). O setor da indústria, constitui um dos sectores com maiores consumos energéticos e com forte dependência de recursos energéticos não renováveis. O consumo de energia no sector da indústria representa cerca de 30% do consumo final de energia do nosso país. Assim sendo, torna-se de extrema importância a execução de auditorias energéticas nos diferentes setores industriais, com vista na otimização da eficiência energética, pois estas possibilitam o estudo detalhado e exaustivo dos processos produtivos e mais concretamente identificam os principais equipamentos consumidores de energia. Permitem ainda determinar com alguma precisão os investimentos necessários para a execução das medidas identificadas, assim como a rentabilidade e viabilidade das mesmas. As análises efetuadas às auditorias energéticas realizadas na indústria revelam que, nos últimos dez anos, o consumo de energia na indústria desceu 17,1%. Neste período, os produtos de petróleo passaram de uma contribuição de 22% para 13%, enquanto o gás natural teve um comportamento inverso, passando de 18% para 26%. O consumo de eletricidade, em termos absolutos, tem-se mantido estável, embora em termos relativos, o seu contributo tenha aumentado. Em 2018, a utilização de energia elétrica representou cerca de 31% do total de energia consumida, que compara com 26% em 2008. Por sua vez, a contribuição do calor proveniente da cogeração tem oscilado entre os 21% e os 29%. 9 Na Figura 7 encontra-se representada a evolução do consumo energético na indústria portuguesa por vetor energético utilizado, sendo que neste setor são incluídas a indústria transformadora, a extrativa, construções e obras públicas. Figura 7 - Evolução do consumo de energia na indústria portuguesa por vetor energético utilizado (DGEG, 2019) Por fim, nota-se ainda que, em 2018, cerca de 60% das instalações Consumidoras Intensivas de Energia (CIE) portuguesas estavam localizadas nos distritos de Porto (16%), Aveiro (15%), Braga (15%) e Lisboa (14%). No mesmo ano, 33% destas instalações pertenciam aos setores de atividade das Indústrias Alimentares, Fabricação de Têxteis e da Fabricação de Artigos de Borracha e de Matérias Plásticas. 1.2 Otimização de sistemas energéticos na empresa Smartwatt A Smartwatt é uma empresa que desenvolve soluções baseadas em inteligência artificial, eficiência energética e sistemas de monitorização para otimização dos recursos energéticos, com mais de 12 anos de experiência no mercado global de energia. Fundada em 2008, a empresa desenvolve sistemas que garantem um melhor método de tomada de decisão durante todo o processo de otimização do sistema energético. Esta diferenciação fez com que conquistasse um vasto portfólio de clientes e casos de sucesso que asseguram a eficácia das suas soluções. 10 O seu objetivo passa pela revolução da forma como se gerem os recursos energéticos, aumentando a rentabilidade dos seus clientes, promovendo a sustentabilidade ambiental e económica. A crescente demanda pela realização de auditorias energéticas obrigatórias para novos clientes, previstas pela legislação vigente, mais concretamente para instalações industriais consumidoras intensivas de energia, levaram a que fosse proposto este projeto. O trabalho realizado incidiu-se maioritariamente no departamento de eficiência energética da empresa, que conta com uma vasta experiência na execução de auditorias energéticas e no desenvolvimento de planos de racionalização de energia, que para além de cumprirem os requisitos legais que envolvem os setores industrial e de edifícios de comércio e serviços, já promoveram mais de 7 milhões de euros de poupança aos seus clientes. 1.3 Objetivos A presente dissertação tem como objetivo principal o estudo e aplicação das metodologias e processos envolventes à execução de uma auditoria energética a uma instalação industrial têxtil concreta, cliente da empresa Smartwatt. Este trabalho tem em vista a verificação da aplicabilidade de potenciais programas de investimento em sistemas energéticos, numa perspetiva de otimização da produção/conversão e consumo da energia, em termos termodinâmicos e económico-ambientais, conducentes ao aumento da eficiência energética e/ou à redução da fatura energética da empresa. Os objetivos específicos pretendidos nesta dissertação são os seguintes: • Análise da utilização e racionalização de energia no subsetor com a CAE 13301 – Branqueamento e Tingimento, pertencente ao setor têxtil; • Identificação e caracterização dos principais elementos consumidores de energia da instalação auditada, através da desagregação dos seus consumos energéticos; • Enquadramento do consumo energético da instalação face à legislação em vigor; • Identificação de Medidas de Utilização Racional de Energia (MURE), bem como a previsão da sua aplicabilidade; • Elaboração do Plano de Racionalização do Consumo de Energia (PREn) da instalação. 11 1.4 Estrutura da dissertação A dissertação que se apresenta encontra-se dividida em 12 capítulos, começando, primeiramente, pela “Introdução”, sendo esta secção responsável por uma breve explicação da temática em questão, pelo enquadramento bibliográfico, onde se abordam os consumos energéticos nacional e mundial e respetiva legislação atualmente em vigor, pela apresentação da empresa responsável pelo estágio curricular desenvolvido, pelos objetivos pretendidos com a realização deste projeto e ainda pela estruturação do mesmo. No capítulo 2 “Auditorias de Energia”, introduzem-se alguns conceitos imprescindíveis à compreensão desta tese, concernentes ao tema “Energia”, enumeraram-se os objetivos específicos de uma auditoria energética, referem-se os tipos de auditorias de energia que se podem realizar e, por fim, descreve-se o Sistema de Gestão dos Consumos Intensivos de Energia (SGCIE), responsável pela promoção da eficiência energética e monitorização dos consumos energéticos das instalações industriais consumidoras intensivas de energia em Portugal. No capítulo 3 “Metodologia de uma Auditoria Energética”, expõem-se as quatro etapas com maior relevância no processo em estudo, nomeadamente, a recolha de dados e planeamento da intervenção, os levantamentos e medições de campo, o tratamento e análise de toda a informação obtida e a elaboração do relatório de auditoria energética e do Plano de Racionalização do Consumo de Energia (PREn). No capítulo 4 “Elaboração de um Caderno Subsetorial”, apresenta-se um estudo que caracteriza o consumo geral de energia no subsetor de branqueamento e tingimento têxtil, subsetor onde a instalação auditada se insere, assim como as potenciais economias de energia e de custos, a identificação e tipificação das medidas de eficiência energética propostas e a comparação dos indicadores de eficiência energética entre as instalações do respetivo subsetor de atividade económica. No capítulo 5 “Apresentação do Caso de Estudo”, é descrita a instalação alvo da auditoria energética realizada, nomeadamente em termos de elementos gerais da empresa, valores anuais de produção e consumo de energia, e respetivas desagregações, assim como os serviços de energia e utilidades existentes. No capítulo 6 “Caracterização Energética da Instalação”, aborda-se a evolução do consumo de energia, dos respetivos custos associados, da produção e das emissões de GEE da instalação nos anos de 2018 e 2019, e, consequentemente, a análise dos principais indicadores energéticos da mesma. 12 No capítulo 7 “Análise dos Resultados da Auditoria Energética”, expõem-se os resultados obtidos das monitorizações efetuadas aos equipamentos consumidores de energia da instalação e ainda as desagregações dos seus consumos energéticos por vetor energético e equipamento/subsetor consumidor. Além disso, neste capítulo apresenta-se o estudo analítico efetuado ao rendimento energético da caldeira de vapor 1, equipamento constituinte da central térmica da instalação. No capítulo 8 “Balanço Energético Global da Instalação”, aborda-se a desagregação dos consumos energéticos globais da instalação, e respetivos custos associados, pelos diferentes setores e subsetores que a compõem, bem como a desagregação parcial dos consumos de energia elétrica, gás natural e gasóleo. No capítulo 9 “Indicadores Energéticos”, apresentam-se os resultados obtidos para os indicadores energéticos da instalação auditada, nomeadamente, Intensidade Energética (IE), Consumo Específico de Energia (CE) e Intensidade Carbónica (IC), sendo estes indicadores responsáveis pela estimação da eficiência energética da instalação. No capítulo 10 “Medidas de Utilização Racional de Energia (MURE)”, elaboram-se estudos concernentes às medidas de eficiência energética identificadas para a instalação auditada, assim como a descrição da situação atual, oportunidade de melhoria e a situação proposta. No capítulo 11 “Plano de Racionalização do Consumo de Energia (PREn)”, expõe-se um resumo do conjunto de medidas de racionalização energética identificadas, assim como o respetivo cronograma de implementação das mesmas. Estas medidas são responsáveis pelo estabelecimento de metas a alcançar, no fim da vigência do PREn referido, relativas aos indicadores energéticos obtidos para a instalação. Por fim, no capítulo 12 “Conclusões e Trabalhos Futuros”, são apresentadas as conclusões retiradas do projeto efetuado, assim como algumas sugestões para aperfeiçoamento do estudo levado a cabo, de forma a torná-lo o mais credível e realista possível. 13 2. AUDITORIAS DE ENERGIA O presente capítulo inicia-se com uma revisão geral do conceito de energia. É destacado o papel central da eficiência energética para o cumprimento de metas ambientais, através da exposição de estatísticas elucidativas, bem como da importância da integração de fontes de energia renováveis. Posteriormente, é contextualizado o cenário atual da gestão da energia em Portugal, sendo explorado o funcionamento do Sistema de Gestão dos Consumos Intensivos de Energia (SGCIE) e apresentada a respetiva legislação reguladora. No último subcapítulo, apresenta-se o conceito de auditoria energética, expõem-se as principais fases/etapas genéricas de execução, terminando com a exploração das principais categorias de medidas transversais para racionalização de consumos energéticos no setor industrial em Portugal. Podem ser realizadas auditorias a diversos setores como por exemplo auditorias industriais, auditorias a edifícios e auditorias a frotas de transporte. No presente capítulo será abordada a auditoria energética, no que consiste, os seus objetivos e qual a sua metodologia, com profundo ênfase na auditoria energética industrial, que é o tipo de auditoria do caso em estudo. 2.1 Energia A energia, de uma forma geral, pode-se manifestar de várias formas, tais como energia cinética, elétrica, mecânica, nuclear, potencial, química, térmica, entre outras. A espécie humana sempre teve tendência para um elevado consumo energético, no âmbito da sua existência e evolução. Ao longo do tempo, foram desenvolvidos diversos processos de transformação, transporte e armazenamento de energia. A transformação de energia permite a obtenção de novas formas energéticas, mais apropriadas ou convenientes para uso. Tendo em conta os seus processos de transformação, podemos classificá-la em: 14 • Energia primária É a energia disponível na natureza antes de ser convertida ou transformada. Engloba as fontes de energia renováveis e as não renováveis. Como exemplos temos o carvão, o petróleo, o gás natural, a radiação solar, a água ou o vento; • Energia secundária Este tipo de energia resulta de processos de transformação da energia primária em formas de energia adequadas às diferentes utilizações práticas, sofrendo naturalmente perdas inerentes a esses processos. O petróleo é um exemplo de uma fonte de energia primária, que é transformado nas refinarias em fontes de energia secundária, como a gasolina, o gasóleo ou o gás de petróleo liquefeito. Outro exemplo de energia secundária é a eletricidade de alta tensão produzida nas centrais, as quais utilizam fontes de energia renováveis ou não-renováveis; • Energia final Corresponde à energia que é recebida e utilizada diretamente pelo consumidor ou cidadão comum. Temos como exemplos, o gasóleo ou a gasolina com que enchemos o depósito do automóvel e a eletricidade de baixa tensão que chega aos eletrodomésticos nas nossas casas. Por vezes, a energia primária é convertida diretamente em energia final. Por exemplo, a radiação solar é convertida, através de painéis solares térmicos, em energia térmica, uma energia final utilizada no aquecimento de água. Já um resíduo florestal (biomassa) pode ser utilizado por combustão numa lareira, sob a forma de energia térmica final. Desde a extração/coleta de uma determinada forma de energia primária até à sua utilização sob a forma de energia final, resultam sempre perdas associadas ou desperdícios energéticos. Tais perdas são consequência de ineficiências associadas aos processos, de descuidos por parte do utilizador ou ainda devido a limitações termodinâmicas. Para além destas, podem ainda ser relevantes as perdas resultantes do transporte de energia. 15 Deste modo, torna-se importante fazer referência à energia útil de um processo, que está diretamente relacionada com o rendimento ou eficiência do mesmo, constituindo a quantidade de energia que efetivamente serve um processo ou atividade de forma proveitosa. Na Figura 8 encontram-se representadas as classificações de energia acima descritas, diferentes tipos de utilização da mesma e os respetivos desperdícios associados. Figura 8 - Esquema representativo das classificações da energia (Energês, 2020) 2.2 Objetivos de uma auditoria energética Uma auditoria energética, nos termos do Despacho nº 17449/2008, de 27 de junho (Diário da República, 2008), consiste num levantamento detalhado de todos os aspetos relacionados com a utilização da energia ou que, de alguma forma, contribuam para a caracterização dos fluxos energéticos. Constituindo uma verdadeira radiografia de uma indústria, do ponto de vista energético, a auditoria energética tem por objetivos, entre outros: 22 Figura 12 - Evolução do registo de novas instalações no SGCIE, onde a verde o consumo é superior a 1000 tep (ADENE, 2020) Até ao ano de 2018, foram aprovados cumulativamente 1 647 PREn, sendo que o consumo de energia primária destes PREn totalizava cumulativamente 4 198 ktep. Na Figura 13 apresenta-se um gráfico referente à evolução do consumo de energia primária dos PREn aprovados. Figura 13 - Evolução do consumo de energia primária dos PREn aprovados (ADENE, 2020) 23 A eletricidade é a principal componente do consumo de energia primária dos PREn aprovados (57,9%), seguindo-se o gás natural (17,1%) e outros (16,8%), sendo que neste grupo se incluem as fontes renováveis (fotovoltaico, solar térmico, etc.), vapor e outros produtos derivados do petróleo. Na Figura 14 encontra-se representada a distribuição do consumo de energia primária por vetor energético, sendo que esta repartição foi calculada com base no total acumulado de cada fonte, no período 2008 - 2018. Os fatores de conversão de energia utilizados provêm do Despacho nº 17313/2008. (Diário da República, 2008) Figura 14 - Distribuição do consumo de energia primária por vetor energético dos PREn aprovados (ADENE, 2020) No que diz respeito ao potencial de economias de energia, resultante da implementação das medidas de eficiência energética previstas nos acordos de racionalização dos consumos de energia dos PREn aprovados, este foi de 273 ktep, valor que equivale a 6,5% do consumo total de energia primária destes PREn. Quanto à redução das emissões de GEE, estas foram avaliadas em 693 kton de CO2 equivalente. Na Figura 15 apresenta-se um gráfico referente à evolução das potenciais economias de energia primária dos PREn aprovados. De notar que entre 2012 e 2018, a taxa de implementação das medidas de eficiência energética, previstas nos planos de racionalização, foi de, aproximadamente, 100%. 24 Figura 15 - Evolução do potencial de economias de energia dos PREn aprovados (ADENE, 2020) Até 2018, foram apurados 395 milhões de euros (M€) no investimento em medidas de eficiência energética, que gerariam um potencial de redução dos custos energéticos na ordem dos 129 milhões de euros (M€). No que diz respeito à distribuição do potencial de economias de energia dos PREn aprovados por vetor energético utilizado, a eletricidade é a principal componente (68,1%), seguindo-se o gás natural (11,8%) e o fuelóleo (10,9%). Na Figura 16 encontra-se representada a distribuição mencionada, sendo que esta repartição foi gerada com base no total acumulado de cada fonte de energia, no período 2008 - 2018. 25 Figura 16 - Distribuição do potencial de economias de energia por vetor energético nos PREn aprovados (ADENE, 2020) Por fim, torna-se importante fazer referência às medidas de eficiência energética que constam dos planos de racionalização e que visam a redução dos consumos de energia das instalações, e por consequência, a melhoria dos respetivos indicadores de eficiência energética. Estas designam-se por transversais quando comuns a qualquer setor de atividade e por específicas ou setoriais, quando exclusivas de determinados setores de atividade. As medidas transversais, são por natureza as mais aplicadas e representam em média 91% da totalidade do potencial de economias de energia. Estas são as que podem ser aplicadas à generalidade das indústrias existentes em Portugal. As medidas deste tipo são as que proporcionam maior efeito no aumento da eficiência energética, sendo este o sector que mais contribui para a economia portuguesa e, como tal, é importante que os principais responsáveis pelo sector industrial possuam dados sucintos sobre a importância e o potencial impacto técnico-económico destas várias medidas. Em 2018, o valor acumulado das medidas transversais totalizava 225 ktep, cerca de 5,9% do consumo total de energia primária dos PREn acumulados. As medidas transversais envolvem concretamente, medidas específicas aplicadas em Motores Elétricos, na Produção de Calor e Frio, na Iluminação, na Eficiência do Processo Industrial e Outras. As principais medidas geradoras de economias de energia são as respeitantes à produção de calor e frio (28,5%), motores elétricos (24,1%) e eficiência do processo industrial (22,9%). 26 Na Figura 17 apresenta-se um gráfico referente à distribuição do potencial de economias de energia por tipologia de medida, sendo que esta repartição foi gerada com base no total acumulado de cada tipologia, no período 2008 - 2018. Figura 17 - Distribuição do potencial de economias de energia por tipologia de medida (ADENE, 2020) 27 3. METODOLOGIA DE UMA AUDITORIA ENERGÉTICA Relativamente à execução de uma auditoria energética industrial, não existe uma metodologia plena que seja aplicável a todos os casos possíveis de auditar. No entanto, é imprescindível que se estabeleça a sequência de ações/etapas que permitam obter o conhecimento necessário da instalação analisada, com o intuito de detetar, quantificar e corrigir as perdas de energia existentes. Na Figura 18 apresenta-se uma representação esquemática das quatro etapas com maior relevância no processo de auditoria energética. (ADENE, 2021) Figura 18 - Etapas fundamentais num processo de auditoria energética industrial (ADENE, 2019) 3.1 Recolha de dados e planeamento da intervenção A recolha de dados e planeamento da intervenção constituem uma das etapas mais importantes do processo, sendo estes determinantes na qualidade do trabalho a desenvolver. Para definir uma metodologia estruturada para a realização da auditoria energética completa é enviado um pedido de informação à instalação, prévio à sua visita. O pedido de informação deve reunir, pelo menos, a seguinte informação: • Dados gerais da instalação; • Descrição sucinta do processo produtivo; • Dados de produção e respetivos horários de funcionamento; • Faturas mensais dos consumos de energia que façam parte do âmbito da auditoria energética; • Características técnicas dos principais equipamentos (geradores de calor, compressores, motores, bombas, ventiladores, entre outros); • Esquemas da rede de distribuição da energia térmica. 28 3.2 Levantamentos e medições de campo Na instalação industrial, os trabalhos de campo duma auditoria detalhada iniciam-se com a realização duma reunião com o gestor de energia (ou representante) onde a equipa auditora apresenta o plano de trabalhos e esclarece as dúvidas referentes ao pedido prévio de informação e aos dados que serão recolhidos. Durante a visita à empresa, a equipa auditora tem a oportunidade de conhecer as instalações, estabelecer objetivos, recolher a informação previamente solicitada, identificar os principais sectores/equipamentos consumidores de energia, definir o período de monitorização e identificar os pontos a monitorizar. Nesta fase é dedicada especial atenção ao processo produtivo e sistemas auxiliares (central térmica, central de ar comprimido, iluminação, entre outros), estabelecem-se os fluxos de energia (térmica e elétrica), identificam-se os principais equipamentos (características, regime de funcionamento, horas de funcionamento, etc.) e efetuam-se as monitorizações aos principais consumidores de energia e produção. É importante realçar a necessidade de efetuar monitorizações em simultâneo, para que os valores obtidos possam ser analisados de forma coerente e sistemática. Outro aspeto que deverá ser tido em conta é a definição da fronteira do sistema, o objetivo das medições e os tempos de medição. 3.3 Tratamento e análise da informação Efetuado o trabalho de campo, a análise e o tratamento dos dados recolhidos permitem avaliar o desempenho energético da instalação. Nesta etapa da auditoria, realizam-se os balanços energéticos e mássicos, determinam-se os rendimentos energéticos, elaboram-se os diagramas de carga global da instalação e dos principais sectores/consumidores de energia e calculam-se os indicadores energéticos globais da instalação. Posteriormente, identificam-se as medidas de racionalização dos consumos energéticos possíveis de implementar e efetua-se a determinação quantitativa das estimativas de economia. 29 3.4 Elaboração do relatório de auditoria energética e PREn A etapa final de uma auditoria energética passa pela elaboração um relatório de auditoria energética (relatório de AE), com o objetivo de apresentar ao gestor de energia (ou seu representante) toda a informação recolhida e analisada ao longo da auditoria de uma forma organizada e coerente. Na análise detalhada é importante a determinação dos rendimentos energéticos dos principais equipamentos consumidores de energia, que deverão ser analisados sob um ponto de vista crítico e comparados com os equipamentos disponíveis no mercado que apresentem melhores desempenhos energéticos. De igual modo, é de extrema importância a análise detalhada do modo de operação no processo produtivo ou noutras atividades auxiliares, com a preocupação de se proceder a correções de práticas comportamentais. Com esta análise identificam-se possíveis alterações que conduzam a um incremento da eficiência energética, sem colocar em causa os níveis de atividade e a qualidade ou fiabilidade dos sistemas em análise. Ao elaborar o relatório de AE, o auditor deverá ter presente que a auditoria energética constitui o primeiro passo para a implementação de um processo contínuo de gestão de energia, apresentando num Plano de Racionalização do Consumo de Energia (PREn) as medidas de eficiência energética passíveis de implementação, ao longo dum cronograma de tempo limitado, e que permitam alcançar a melhoria do desempenho energético pretendido. 30 4. ELABORAÇÃO DE UM CADERNO SUBSETORIAL PARA O BRANQUEAMENTO E TINGIMENTO TÊXTIL Na medida em que a instalação industrial alvo da auditoria energética que se apresenta se insere no ramo têxtil, nomeadamente no subsetor de acabamentos têxteis, tornou-se de extrema importância a análise do consumo geral de energia do subsetor em questão, sendo que, para o efeito, se procedeu à criação de um caderno subsetorial da classificação de atividade económica (CAE) 13301 – Branqueamento e Tingimento, correspondente ao CAE da instalação referida. Um caderno subsetorial consiste essencialmente num estudo de natureza estatística, caracterizando em particular, os perfis dos consumos de energia de cada subsetor, as potenciais economias de energia e de custos, a identificação e tipificação das medidas de eficiência energética propostas e a comparação dos indicadores de eficiência energética entre as instalações do respetivo subsetor de atividade económica. (SGCIE, 2021) 4.1 Balanço energético da indústria têxtil portuguesa No ano de 2018, o consumo energético primário no setor da indústria têxtil dividiu-se pelos respetivos vetores energéticos da seguinte forma: (DGEG, 2020) • Petróleo: 6 537 tep, correspondente a, aproximadamente, 2,5% do total de energia consumida no setor; • Gás natural: 126 758 tep, correspondente a 49% do total de energia consumida no setor; • Eletricidade: 82 306 tep, correspondente a 31,8% do total de energia consumida no setor; • Calor (cogeração): 36 601 tep, correspondente a, aproximadamente, 14,1% do total de energia consumida no setor; • Lenhas e resíduos vegetais: 6 594 tep, correspondente a, aproximadamente, 2,6% do total de energia consumida no setor. Na Figura 19 apresenta-se um gráfico descritivo da informação acima mencionada. De referir que os fatores de conversão de energia utilizados provêm do Despacho nº 17313/2008 e que a componente “Calor (Cogeração)” é concernente à energia primária consumida nas instalações de cogeração. (Diário da República, 2008) 31 Figura 19 - Consumo de energia na indústria têxtil no ano de 2018 (DGEG, 2020) Através da análise do documento mencionado, verificou-se que setor da indústria têxtil, no ano de 2018, representou cerca de 1,2% do total de energia primária consumida em Portugal e cerca de 5,6% do total de energia consumida na indústria. 4.2 CAE 13301 – Branqueamento e Tingimento O subsetor com a Classificação da Atividade Económica 13301 – Branqueamento e Tingimento, de acordo com os dados do INE, em 2018, tinha em atividade 78 unidades de produção que geraram um valor de vendas superior a 269 milhões de euros. Este subsetor de atividade, em termos de vendas de produtos, representa aproximadamente 7% do valor total das vendas do setor de Fabricação de Têxteis. (INE, 2021) Realce-se que o presente caderno se refere à Classificação da Atividade Económica 13301 – Branqueamento e Tingimento, pelo que, não se conhece de todo a representatividade desta classe de atividade dentro da CAE 1330. Contudo, pode-se afirmar que as empresas da presente CAE (13301) são, de longe, as que geram maior valor de vendas neste subsetor – CAE 1330 – (mais do dobro do valor das vendas das outras 2 classes de atividade somadas), apesar do número de empresas associado à mesma atividade ser o que apresenta menor número no subsetor. Em termos de consumos energéticos, trata-se de um subsector industrial considerado consumidor intensivo de energia, o que permite perspetivar um potencial de redução dos consumos de energia das instalações que o integram. 2,5% 49,0% 31,8% 14,1% 2,6% Petróleo Gás natural Eletricidade Calor (Cogeração) Lenhas e resíduos vegetais 259 ktep 38 Pela análise da Figura 24, é possível desagregar-se as instalações em 4 grupos, correspondendo cada grupo a um quadrante. Assim sendo, tem-se então que: • No grupo 1 (quadrante superior direito) figuram as instalações que apresentam simultaneamente o CE e a IE superiores aos respetivos valores de referência da amostra; • No grupo 2 (quadrante superior esquerdo) encontram-se as instalações que apresentam o CE superior ao valor de referência e a IE inferior ao valor de referência; • No grupo 3 (quadrante inferior esquerdo sombreado a vermelho) figuram as instalações que apresentam simultaneamente o CE e a IE inferiores aos respetivos valores de referência; • No grupo 4 (quadrante inferior direito) encontram-se as instalações que apresentam o CE inferior ao valor de referência e a IE superior ao valor de referência. A situação mais favorável para as instalações, do ponto de vista energético, é estarem integradas no grupo 3 ou o mais próximo possível. No caso das instalações analisadas neste subsector, verificaram-se duas ocorrências, correspondentes às instalações A e D, as quais, conciliando os dois indicadores de eficiência energética, apresentam o melhor desempenho energético – consumo específico de energia e intensidade energética, ambos inferiores aos respetivos valores de referência. Estas instalações utilizam uma menor quantidade de energia para produzir uma unidade de produto e necessitam de menos energia para gerar valor acrescentado, comparativamente às restantes instalações. 4.6 Medidas de eficiência energética Depois de selecionadas as 59 medidas propostas nos PREn das 8 instalações analisadas, foram realizados, pelo autor, dois estudos às mesmas que, no total, permitem uma potencial economia de energia de 1 778 tep, equivalente à redução de 4 144 toneladas de CO2 e uma redução da fatura energética na ordem dos 803 943 €, como se pode observar na Tabela 4. 39 Tabela 4 - Potenciais economias presentes nos PREn das instalações analisadas Medidas de Utilização Racional de Energia (quantidade) Energia (tep) Redução das Emissões de CO2 (tCO2eq ) Redução da Fatura Energética (€) Energia Elétrica Gás Natural Total 59 830,2 947,8 1 778,0 4 144,2 803 943 A primeira análise, uma análise individualizada de todas as medidas, permitiu selecionar as 6 medidas mais frequentes e que apresentam um maior potencial de economia do consumo de energia primária neste subsetor. Estas medidas são apresentadas no Tabela 5, abaixo representada. A segunda é uma análise por tipologia de medida, permitindo perceber quais as tipologias em que incidem as medidas descritas e qual a redução que permitem no consumo de energia primária. Estas medidas são apresentadas na Tabela 6. Note-se que, em ambas as tabelas referidas, apenas são apresentadas as formas de energia em que as medidas de economia de energia surtem algum tipo de alteração, sendo excluídos da tabela aquelas para as quais não são apresentadas medidas. 4.6.1 Análise individualizada das medidas Na Tabela 5 são apresentadas as 6 medidas acima referidas. Através da sua análise, verificase que a implementação das mesmas permite uma redução de, aproximadamente, 1 254 tep do consumo de energia primária e 3 026 t nas emissões de CO2, o que corresponde a, aproximadamente, 71% do potencial de economia de energia da totalidade das medidas apresentadas e a 73% da redução das emissões de CO2. Para a implementação das referidas medidas seria necessário um investimento de 1 347 390€, que teria um período de retorno médio de 2,3 anos. Dentro das 6 medidas identificadas, as medidas “Unidade de Produção para Autoconsumo (UPAC)”, “Sistema de Gestão de Energia (SGE)”, e “Recuperação de Calor – Efluentes/Caldeira” destacam-se como as medidas com maior potencial de economia de energia para este subsetor. 40 Tabela 5 - Medidas de eficiência energética mais frequentes e com maior impacto nos PREn das instalações analisadas Medida de Utilização Racional de Energia (MURE) Forma de Energia Peso da economia de energia no Consumo Total de Energia da Instalação Economia de energia anual das medidas implementadas [tep/ano] Peso da economia de energia no Total das Economias de Energia Redução das emissões de CO2 [t/ano] Redução da Fatura Energética [€/ano] Payback [anos] (Variação) Energia Elétrica Gás Natural Total Unidade de Produção para Autoconsumo (UPAC) Energia Elétrica 7,9% 310,0 – 310,0 17,4% 698,4 173 858 4,4 (4,2 - 4,6) Sistema de Gestão de Energia (SGE) Energia Elétrica / Gás Natural 1,9% 92,0 186,5 278,5 15,7% 686,6 116 938 1,8 (0,5 - 3,9) Redução das fugas de ar comprimido Energia Elétrica 1,2% 140,8 – 140,8 7,9% 307,7 70 079 1,2 (0,3 - 2,2) Substituição da Iluminação Energia Elétrica 1,1% 92,9 – 92,9 5,2% 203,1 47 298 4,3 (2,3 - 7,4) Recuperação de Calor - Efluentes/Caldeira Gás Natural 1,8% – 266,6 266,6 15,0% 715,5 104 238 1,3 (0,1 - 2,3) Isolamento térmico de diversos componentes Gás Natural 0,9% – 164,8 164,8 9,3% 414,2 63 182 2,1 (0,3 - 8,2) Total – 14,8% 635,7 617,9 1 253,6 70,5% 3 025,5 803 943 – 4.6.2 Análise das medidas por tipologia Fazendo a análise das medidas referidas anteriormente, e desagregando-as pelas diferentes tipologias (Tabela 6), verifica-se que as medidas geradoras de maiores economias de energia, pertencem sucessivamente às tipologias “Recuperação de Calor (MT07)”, “Monitorização e Controlo (MT10)” e “Outros (MT18)”, as quais geram uma redução anual nos consumos de 1 133 tep, correspondente a, aproximadamente, 64% do total das reduções previstas. No que respeita às emissões de CO2, estas medidas representam no seu conjunto uma redução anual aproximada de 2 733 t, correspondente a quase 66% do total das reduções previstas; relativamente à redução da fatura energética, correspondem a perto de 64% do total das economias de energia previstas. Numa outra abordagem, as medidas de eficiência energética que ocorreram com maior frequência (nº de vezes), foram as respeitantes às tipologias “Isolamentos Térmicos (MT14)”, “Sistemas de Compressão (MT04)” e “Monitorização e Controlo (MT10)”. 41 Por fim, e de um modo geral, os períodos de retorno do investimento (PRI/ payback ) por natureza da medida, consideram-se atrativos. Com a informação disponível respeitante às 8 instalações deste subsetor, no seu global, o investimento em medidas de eficiência energética foi de, aproximadamente, 2 891 658 €, gerando um PRI médio de 3,6 anos. Tabela 6 - Medidas de utilização racional de energia mais frequentes e com maior impacto nos PREn das instalações analisadas Tipologia da Medida Nº de medidas implementadas Economia de energia anual combinada das medidas implementadas[tep/ano] Peso da economia de energia no Total das Economias de Energia Redução das emissões de CO2 [t/ano] Redução da Fatura Energética [€/ano] Payback [anos] (Variação) Energia Elétrica Gás Natural Total Otimização de Motores (MT01) 2 69,0 – 69,0 3,9% 150,8 36 089 2,8 (0,9 - 4,7) Sistemas de Bombagem (MT02) 3 25,9 – 25,9 1,4% 56,6 12 819 1,5 (0,5 - 2,2) Sistemas de Compressão (MT04) 9 159,4 – 159,4 9,0% 348,5 79 548 2,8 (0,3 - 9,5) Sistemas de Combustão (MT06) 3 – 99,9 99,9 5,6% 141,3 41 455 0,2 (0,0 - 0,4) Recuperação de Calor (MT07) 5 – 266,6 266,6 15,0% 715,5 104 238 1,3 (0,1 - 2,3) Iluminação Eficiente (MT09) 8 92,9 – 92,9 5,2% 203,1 47 298 4,3 (2,3 - 7,4) Monitorização e Controlo (MT10) 9 108,7 233,3 342,0 19,2% 848,7 146 137 1,8 (0,0 - 3,9) Manutenção de Equipamentos (MT13) 2 8,4 25,0 33,4 1,9% 97,2 11 557 0,5 (0,0 - 0,9) Isolamentos térmicos (MT14) 11 - 164,8 164,8 9,3% 414,2 63 182 2,1 (0,3 - 8,2) Outros (MT18) 7 365,9 158,2 524,1 29,5% 1 168,3 261 620 19,1 (2,8 - 68,7) Total 59 830,2 947,8 1 778,0 100% 3 025,5 4 144,2 – 42 5. APRESENTAÇÃO DO CASO DE ESTUDO No presente capítulo é apresentada a auditoria de energia realizada a uma instalação CIE industrial, que constitui o caso de estudo real da presente dissertação. Por motivo de confidencialidade de dados, o nome da instalação e a especificação de certos parâmetros característicos da mesma não foram mencionados no estudo desenvolvido. Nas condições previstas no Decreto-Lei n.˚68-A/2015, de 30 de abril, a auditoria energética à instalação é obrigatória, dado que esta verificou, no ano civil anterior à mesma, um consumo anual de energia primária de 3 454,4 toneladas equivalente de petróleo (tep). Assim, inicialmente são apresentados os elementos gerais da empresa/instalação, bem como os valores anuais de produções e consumos energéticos. Ainda na fase da macro auditoria, são brevemente descritos os serviços de energia e utilidades existentes. Posteriormente, são descritos os procedimentos levados a cabo para realizar repartições de consumos por forma de energia, pelas áreas da instalação e por produto final. Por último, é analisada a evolução dos valores mensais dos indicadores de eficiência energética da instalação, bem como dos valores referentes à totalidade do ano de referência da auditoria. 5.1 Descrição geral da instalação A empresa alvo da auditoria energética executada localiza-se no distrito de Braga e dedica-se à prestação de serviços no sector têxtil, nomeadamente tinturaria e acabamentos de malhas, na sua maioria de algodão. Esta está incluída no subsetor de “Acabamento de têxteis”, mais concretamente na CAE 13301 – Branqueamento e Tingimento. O período de laboração da empresa, durante o ano de referência da presente auditoria (2019), deu-se nos dias úteis semanais, isto é, de segunda a sexta-feira, e foi estabelecido da seguinte forma: 43 • Setor produtivo: 3 turnos diários, sendo que o 1º turno corresponde ao horário das 6 – 14h, o 2º turno das 14 – 22h e o 3º turno que labora das 22 – 6h; • Setor administrativo: 1 turno diário, correspondente ao horário das 9 – 18h; • Setor laboratorial e de manutenção: 1 turno diário, correspondente ao horário das 9 – 18h; • Setor de armazenamento e expedição: 1 turno diário, correspondente ao horário das 9 – 18h. De acordo com os responsáveis da empresa, no ano referido, a instalação encontrou-se em funcionamento durante um total estimado de 240 dias úteis. 5.2 Processo produtivo O setor produtivo da instalação pode ser dividido nos subsetores de tinturaria e acabamentos, sendo que os restantes setores da instalação (zona administrativa, laboratório, oficinas de manutenção, armazéns e utilidades) dão apoio aos dois subsetores produtivos. Na Figura 25 encontra-se representado o fluxograma simplificado do processo produtivo da instalação alvo da auditoria energética executada. Figura 25 - Fluxograma simplificado do processo produtivo da instalação auditada 44 5.2.1 Tinturaria Um dos principais processos de produção da empresa é o tingimento de malhas. Este subsetor é composto essencialmente por jets, barcas, máquinas de fechar, máquina de abrir e espremer e máquina de desenrolar. O tingimento da malha dá-se maioritariamente nos jets, sendo que as barcas quase nunca são utilizadas. Os jets diferenciam-se pela capacidade de tecido que suportam. Face à preocupação que a empresa demonstra na área da eficiência energética, todos os jets são automatizados, sendo que a intervenção do operário apenas se dá ao nível do descarregamento/descarga da malha e introdução do programa de tingimento. A dosagem dos produtos químicos requeridos pelos programas de tingimento e a sua introdução nos jets também é feita de forma automática. Neste processo, a malha é colocada em depósitos circulares e mergulhada sistematicamente em água com corantes. Cada cor é criada utilizando uma receita predefinida, misturando diferentes corantes no laboratório adjacente a esta zona produtiva. A malha é desenrolada e alimentada à máquina, unindo o início e o fim do rolo para criar um circuito fechado, e o corante adicionado a um reservatório lateral. Uma vez fechado o depósito, a malha é movimentada por um motor localizado no topo do jet, e sistematicamente emerso em água colorida. Esta água é aquecida e arrefecida consoante o programa definido para cada tipo de malha, ao passar por um permutador. Um sistema de válvulas automático faz a passagem de vapor para aquecimento, ou água fria para arrefecimento. A circulação desta água é feita utilizando um motor hidráulico. A instalação dispõe atualmente de 40 jets, dispostos pelas tinturarias antiga e nova, sendo que se apresentam alguns exemplos dos mesmos na Figura 26. Figura 26 - Jets instalados na tinturaria nova 45 As necessidades do processo de tingimento centram-se em: • Água: a utilização deste recurso é oriunda do reservatório de água quente existente, sendo que este reservatório é alimentado pela água quente resultante da recuperação de calor do arrefecimento dos jets; • Vapor: este vetor energético é utilizado para aquecer o banho de tingimento e provém das caldeiras a gás natural. A transferência de calor é realizada através de permutadores de calor situados à entrada de cada jet; • Energia elétrica: este vetor energético proporciona a força motriz necessária aos equipamentos consumidores. No sector da tinturaria, o vapor é essencialmente utilizado para aquecimento da água dos jets, consoante os ciclos definidos em cada máquina. Estes equipamentos encontram-se ligados a todas as redes do sistema, quer na zona antiga da tinturaria, quer na zona nova. A maioria dos equipamentos mencionados foram adquiridos em 2017 e 2018. As operações associadas ao processo de tingimento resultam em grandes quantidades de água com elevada temperatura. Com vista em melhorar a eficiência energética do processo mencionado, a empresa auditada instalou um sistema para otimização do consumo de água nesta etapa, através da reutilização de água quente limpa, proveniente do arrefecimento das máquinas de tingimento, devidamente encaminhada para o depósito de água quente existente, responsável por grande parte da alimentação dos jets. Da implementação desta medida resultou não só o aproveitamento e reutilização de água quente, mas também a redução do consumo de energia associado à captação da mesma. Uma vez que a água limpa não é a única suscetível de recuperação de calor, e visto que do processo de tingimento resultam também águas residuais (efluentes), fortemente contaminadas com cor, químicos, entre outros, foi implementado na instalação um sistema de recuperação de calor desses mesmos efluentes quentes, em parte dos equipamentos instalados, que, de outro modo, não seriam passíveis de reaproveitamento. No entanto, durante o ano de 2017, o sistema de recuperação destes efluentes quentes apresentou inúmeras falhas e avarias graves no seu funcionamento e, portanto, encontra-se desativado desde então. De referir que, dos 40 jets utilizados no processo de tingimento, apenas 29 se encontram conectados a este sistema de recuperação de calor. De forma a descrever-se mais facilmente o sistema de recuperação de calor mencionado, este encontra-se representado, de forma esquematizada, na Figura 27. 46 Figura 27 - Representação esquemática simplificada do sistema de recuperação de calor dos efluentes da tinturaria Por norma, as instalações industriais estão encarregues dos respetivos meios de abastecimento e tratamento de água, necessária em quase todas as operações produtivas, assim como nos mais diversificados consumos. Na Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR), os efluentes passam por diversos tipos de tratamento, visando-se a remoção dos compostos poluentes que os constituem. De referir ainda que, devido ao reaproveitamento de calor abordado, deve ser assegurada uma certa qualidade da água à entrada do processo, preferencialmente após a sua passagem pelo permutador de calor. Relativamente aos restantes equipamentos utilizados no processo produtivo em análise, descrevem-se, primeiramente, as máquinas de fechar, que têm a tarefa de fechar a malha durante o processo produtivo. Para o efeito, utilizam no seu funcionamento eletricidade e ar comprimido. Quanto à máquina de abrir e espremer, esta serve duas operações do processo, sendo estas a abertura da malha que está fechada e a remoção do excesso de água da malha quando esta acaba o programa de tingimento. O funcionamento desta máquina requer energia elétrica e ar comprimido. Na Figura 28 encontra-se representada a máquina de abrir utilizada na instalação. 47 Figura 28 - Máquina de abrir instalada na tinturaria antiga Neste setor produtivo é também utilizada a máquina de desenrolar, cujo objetivo implícito da sua função (desenrolar malha), resulta da tendência natural do tecido enrolar quando exposto a temperaturas elevadas. Para o efeito, consome eletricidade e ar comprimido. 5.2.2 Acabamentos No subsetor produtivo de acabamento de têxteis, a malha é sujeita a um conjunto de operações que têm como finalidade o aumento do seu volume/massa volúmica ou a melhoria das suas propriedades de isolamento térmico, toque, regularidade dimensional e/ ou brilho, de acordo com as especificações indicadas. Os equipamentos que constituem este subsetor são as râmolas, máquina de laminar, compactador e tumbler. As râmolas são utilizadas para efetuar operações de termofixação, de acabamento e de secagem. Para o efeito, utilizam a combustão direta de gás natural e energia elétrica. Na Figura 29 apresenta-se uma das quatros râmolas utilizadas na instalação. 54 Torna-se, ainda, relevante fazer referência aos períodos trimestrais de energia ativa, sendo que estes se encontram representados na Figura 37. Figura 37 - Períodos trimestrais de energia ativa No que diz respeito à energia reativa, esta é uma forma de energia elétrica que não produz trabalho, mas que é necessária ao funcionamento da maioria dos equipamentos elétricos ou eletromecânicos instalados em praticamente todas as instalações de utilização de energia, em particular, nas instalações afetas às unidades industriais. Uma vez que esta energia aumenta as perdas nas redes de distribuição, o seu consumo deve ser controlado. 5.3.2 Gás natural O gás natural consumido na instalação é utilizado essencialmente nas caldeiras para a produção de vapor e nos queimadores incorporados nas râmolas. Este vetor energético é ainda requisitado, em menor quantidade, pelo compactador e tumbler . 5.3.3 Gasóleo O consumo de gasóleo por parte da instalação está associado aos meios de transporte utilizados e ainda aos empilhadores. O vetor energético mencionado é aquele que apresenta menores consumos de energia e respetivos encargos financeiros à instalação. 55 5.4 Setor das Utilidades O setor das utilidades engloba os subsetores que não sejam constituintes do setor produtivo. No caso da instalação auditada, este setor é composto por: • Central de ar comprimido; • Central térmica; • Iluminação; • Sistema de climatização. De seguida apresenta-se, detalhadamente, a discrição e caracterização dos subsetores mencionados. 5.4.1 Central de ar comprimido De forma a produzir-se ar comprimido na instalação, existe uma central composta por dois compressores, dois depósitos com capacidade de 290 litros cada e sistema de secagem e filtragem do ar. O ar comprimido é produzido a uma pressão de funcionamento de 7,5 bar, sendo utilizado essencialmente pelos equipamentos constituintes do setor produtivo. Nas Tabelas 7, 8 e 9 e Figuras 38, 39, 40 e 41 apresentam-se os equipamentos utilizados na central de ar comprimido e respetivas características, assim como o esquema do circuito montado. Tabela 7 - Características dos compressores da central de ar comprimido Equipamento Arrefecimento Potência (kW) Modulação Caudal (m³/min) Pressão Máxima. (bar) Ano Compressor 1 Ar 30 Variável 5,2 10 2015 Compressor 2 Ar 30 Carga-Vazio 5,0 10 2005 56 Figura 38 - Compressor 1 utilizado na central de ar comprimido Tabela 8 - Características dos depósitos de ar comprimido Equipamento Quantidade Volume (l) Pressão máx. (bar) Ano Depósito ar comprimido 2 290 10 2014 Figura 39 - Depósitos de ar comprimido instalados na central Tabela 9 - Características do secador de ar comprimido Equipamento Potência (kW) Pressão máx. (bar) Ano Secador de ar 1,10 16,00 2013 57 Figura 41 - Representação esquemática simplificada da central de ar comprimido Figura 40 - Secador de ar utilizado na central de ar comprimido 58 5.4.2 Central térmica A central térmica da instalação auditada é caracterizada por duas caldeiras de tubos de fumo, a gás natural, para produção de vapor saturado. O vapor é essencialmente utilizado na tinturaria para aquecimento da água que compõe o banho de tingimento, sendo produzido a 10 bar de pressão absoluta. A rede de abastecimento possui um depósito de retorno de condensados, localizado junto à sala das caldeiras, fazendo posteriormente o abastecimento de água às mesmas. Destaque para a caldeira de vapor 1, que possui um economizador para aquecimento de água proveniente do depósito de condensados. O sistema utiliza os gases de exaustão provenientes da caldeira 1 para aquecimento da água proveniente do depósito de condensados e, posteriormente, deposita direta e automaticamente a mesma na caldeira ou faz a sua recirculação de volta ao depósito. As duas bombas de água utilizadas, responsáveis pela alimentação de água às caldeiras, apresentam, cada uma, uma potência de 15 kW, assim como os motores bomba de água associados às mesmas. Na Tabela 10 e Figuras 42 e 43 apresentam-se as caldeiras mencionadas e respetivas características, assim como o esquema da central térmica. Tabela 10 - Características das caldeiras de vapor Equipamento Timbre (kg/cm2) Superfície de Aquecimento (m2) Capacidade (l) Capacidade nominal/máxima (kg/h) Ano Pressão de Serviço (bar) Caldeira vapor 1 17 300 19 900 6 000 /7 500 1986 12 Caldeira vapor 2 18,3 200 16 000 7 200 /8 200 1988 12 59 Figura 42 - Caldeira de vapor 1 instalada na central térmica Figura 43 - Representação esquemática simplificada da central térmica 60 5.4.3 Iluminação A iluminação da instalação auditada pressupõe já alterações para tecnologia LED, havendo, no entanto, locais com lâmpadas fluorescentes tubulares T8. Em muitos espaços onde decorrem os processos produtivos, como nas tinturarias e em zonas do subsetor de acabamentos, existem telhas translúcidas que permitem um aproveitamento da iluminação natural e, consequentemente, uma redução no consumo dos sistemas de iluminação instalados. Na Figura 44 apresentam-se exemplos de luminárias utilizadas na iluminação interior da instalação. Figura 44 - Exemplos de luminárias aplicadas para iluminação interior da instalação A iluminação exterior é composta essencialmente por lâmpadas LED e lâmpadas de vapor de sódio. O controlo da iluminação exterior é realizado através de relógio. Na Figura 45 apresentam-se exemplos de luminárias utilizadas na iluminação exterior da instalação. Figura 45 - Exemplos de luminárias aplicadas para iluminação exterior da instalação 61 Na Tabela 11 apresenta-se a exposição simplificada da iluminação aplicada na instalação, obtida através do levantamento efetuado durante o trabalho de campo e análise de documentação fornecida pela empresa auditada. Tabela 11 - Resumo da iluminação aplicada na instalação Tipo de Lâmpada Tipo de Balastro Potência de cada Lâmpada (W) Quantidade de Luminárias Quantidade de Lâmpadas Potência do Grupo de Lâmpada (W) Potência Total do Tipo de Lâmpada (kW) Fluorescente Tubular Magnético 18 29 89 1 706 22,19 36 36 100 3 859 58 158 255 16 623 LED Eletrónico 9 1 2 19 22,97 18 27 30 567 22 69 123 2 775 30 2 2 62 60 3 3 183 100 2 2 202 160 119 119 19 159 Vapor de Sódio Magnético 70 10 10 840 0,84 Iodetos Metálicos Magnético 400 1 1 480 0,48 A análise efetuada à iluminação da instalação possibilitou a distribuição da mesma por tipo de lâmpada, tendo em consideração o número total de lâmpadas utilizadas e potência total da iluminação. Em conformidade com a distribuição realizada, pode-se afirmar que: • As lâmpadas fluorescente tubulares representam, aproximadamente, 60,3% do número total de lâmpadas aplicadas e cerca de 47,7% da potência total de iluminação; • As lâmpadas LED constituem, aproximadamente, 38,2% do número total de lâmpadas aplicadas e cerca de 49,5% da potência total de iluminação; • As lâmpadas de vapor de sódio representam, aproximadamente, 1,4% do número total de lâmpadas aplicadas e cerca de 1,8% da potência total de iluminação; • As lâmpadas de iodetos metálicos constituem, aproximadamente, 0,1% do número total de lâmpadas aplicadas e cerca de 1,0% da potência total de iluminação. 62 5.4.4 Sistema de climatização De modo a assegurarem-se condições térmicas adequadas aos espaços, relevantes para as operações de produção e para o conforto térmico dos trabalhadores, existe um sistema de climatização implementado na instalação. Este sistema apresenta os seguintes componentes: • Unidades de expansão direta, do tipo split , destinadas à climatização dos 5 escritórios da zona administrativa; • Unidade de Tratamento de Ar (UTA), responsável pela climatização do espaço destinado ao setor produtivo dos acabamentos; • Rede de condutas, encarregadas pelo transporte do ar de insuflação e retorno; • Grelhas de retorno, que se encontram conectadas à rede de condutas, são responsáveis pela saída do ar do espaço produtivo dos acabamentos; • Grelhas de insuflação, que se encontram conectadas à rede de condutas, são responsáveis pela entrada de ar climatizado no setor produtivo dos acabamentos; • Ventilador de extração, responsável pela extração do ar das instalações sanitárias da empresa. Nas Tabelas 12, 13 e 14 apresentam-se as características dos equipamentos que integram o sistema de climatização. Tabela 12 - Características da Unidade de Tratamento de Ar (UTA) Equipamento Ventilador de Insuflação Ventilador de extração Potência dos motores dos ventiladores (kW) Recuperador Roda Térmica Caudal de ar recirculado (m3/h Caudal de ar novo (m3/h) Pressão estática (Pa) Caudal de ar total (m3/h Pressão estática (Pa) Eficiência de recuperação (%) UTA 3 080 2 760 200 5 600 200 3,5 80,2 Tabela 13 - Características das Unidades de Expansão Direta do tipo " Split ” - Mural Equipamento Quantidade Fluido frigorigéneo Arrefecimento Aquecimento Potência Arref. (kW) Potência Elétrica (kW) SEER Potência Aquec. (kW) Potência Elétrica (kW) SCOP Unidade de expansão direta – Split 5 R32 2,5 0,8 6,2 3,15 0,85 4,3 63 Tabela 14 - Características do ventilador de extração das instalações sanitárias Equipamento Quantidade Caudal (m3/h) Pressão estática (Pa) Potência Elétrica (kW Ventilador de extração 1 280 100 0,08 Na medida que as operações executadas nas râmolas requerem a aspiração de partículas resultantes do processo produtivo, a instalação dispõe, ainda, de um sistema de aspiração composto por 4 ventiladores de aspiração (1 para cada râmola). As características dos equipamentos mencionados encontram-se representadas na Tabela 15. Tabela 15 - Características dos ventiladores de aspiração Equipamento Quantidade Caudal (m3/h) Pressão estática (Pa) Potência Elétrica (kW) Ventiladores de aspiração 4 1050 120 0,55 70 Através do estudo efetuado ao gráfico, verifica-se que entre os meses de abril e dezembro de 2019 existiu um aumento de, aproximadamente, 25% dos custos energéticos da instalação, face ao mesmo período de 2018, sendo que este aumento foi praticamente constante ao longo dos meses referidos. Não obstante, existiram alguns picos de consumos, e, consequentemente, dos custos em análise, entre os meses de junho e julho e também entre setembro e outubro de 2019. Por outro lado, nota-se a redução destes mesmos custos, na ordem dos 10%, nos primeiros quatro meses do segundo ano do biénio, em relação ao mesmo período do primeiro ano. Tendo em conta a análise efetuada, tornou-se imprescindível relacionar os custos mensais da instalação, associados ao consumo de energia, com os diferentes vetores energéticos utilizados, sendo que os resultados do processamento efetuado se encontram representados na Tabela 20 e Figura 53. Tabela 20 - Custo mensal associado ao consumo de energia na instalação por vetor energético no ano de referência (2019) 2019 Energia Elétrica Gás Natural (1) Gasóleo/Diesel Total Mês € €/kWh € €/t € €/t € janeiro 29 642 0,095 53 882 303 1 032 1 233 84 555 fevereiro 31 474 0,105 54 286 300 280 1 306 86 040 março 39 121 0,104 67 828 299 2 422 1 178 109 371 abril 34 875 0,102 59 862 298 440 1 263 95 176 maio 36 813 0,102 61 518 294 0 – 98 331 junho 38 967 0,102 62 058 291 2 052 1 283 103 076 julho 38 919 0,103 80 812 402 1 028 1 306 120 758 agosto 26 175 0,102 49 267 390 1 182 1 294 76 624 setembro 40 235 0,102 84 571 389 316 1 416 125 122 outubro 42 756 0,102 86 236 389 1 678 1 334 130 670 novembro 38 924 0,104 81 778 392 2 410 1 314 123 112 dezembro 33 088 0,104 67 944 394 287 1 347 101 318 Total 430 988 – 810 041 – 13 126 – 1 254 154 Média 35 916 0,102 67 503 344 1 094 1 276 104 513 71 Figura 53 - Representação do custo associado aos vetores energéticos utilizados na instalação ao longo do ano de referência (2019) Analisando-se a informação apresentada, pode-se concluir que: • Os encargos financeiros associados à utilização de gás natural na instalação foram praticamente constantes ao longo dos primeiros 6 meses do ano de referência, sendo que o valor médio mensal do primeiro semestre se situa em, aproximadamente, 59 906€. Nos restantes seis meses do ano, regista-se um aumento considerável no mês de julho, cujo valor médio mensal foi de 80 812 €, seguido por uma redução considerável no mês de agosto, cujo valor médio mensal foi 49 267 €, sendo a existência de férias o principal motivo da redução mencionada, e por fim uma estabilização nos últimos quatro meses do ano, cujo valor de encargos se aproxima ao valor dos encargos obtidos no mês de julho; • Os encargos financeiros associados ao consumo de energia elétrica por parte da instalação não apresentaram grandes discrepâncias ao longo do ano, sendo o seu custo médio mensal de, aproximadamente, 35 916 €. No entanto, nota-se que agosto foi o mês em que se registaram menores custos associados a este vetor energético, no valor de 26 175 €; • Os custos associados à utilização de gasóleo pela instalação foram praticamente constantes ao longo do ano, sendo que o custo médio mensal deste vetor energético foi de, aproximadamente, 1 094 €. Não obstante, torna-se importante referir que março foi o mês em que se registaram maiores encargos financeiros deste vetor energético (2 422 €) e que em maio não existiram quaisquer custos associados a este vetor. 0 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000 90 000 Custo energia [€] Energia Elétrica Gás natural (1) Gasóleo/Diesel 72 6.1.1 Evolução dos consumos e custos de energia elétrica De modo a especificar-se a utilização de energia elétrica por parte da instalação, tornou-se imprescindível a análise da evolução dos consumos deste vetor energético nos anos de 2018 e 2019, sendo que o resultado da mesma se encontra representado na Figura 54. Figura 54 - Evolução do consumo de energia elétrica na instalação Através do estudo efetuado ao gráfico, verificam-se aumentos do consumo de energia elétrica entre os meses abril e junho (20%) e também entre agosto e outubro (12%) de 2019, face ao mesmo período de 2018. O consumo associado a este vetor energético foi praticamente constante nos restantes meses do segundo semestre de ambos os anos. Por outro lado, regista-se uma redução deste consumo, na ordem dos 15%, nos primeiros quatro meses do segundo ano do biénio, em relação ao mesmo período do primeiro ano. No que diz respeito aos encargos financeiros associados a este vetor energético, apresenta-se na Figura 55 a distribuição dos custos globais e específicos de energia elétrica ao longo do ano de referência (2019). 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 400 000 450 000 500 000 Consumo energia elétrica (kWh) 2019 2018 73 Figura 55 - Custos associados à utilização de energia elétrica no ano de referência A análise do gráfico apresentado permite concluir que no período de janeiro a fevereiro existiu um aumento do custo específico de energia elétrica, na ordem dos 10%. Desde então, o custo específico associado a este vetor energético permaneceu praticamente constante. Todavia, nota-se que o custo específico global de energia elétrica adquirida pela instalação, no ano de 2019, registou um aumento de, aproximadamente, 4%, face ao ano de 2018. O processamento e tratamento das faturas de eletricidade fornecidas pela instalação permitiu verificar de que forma se distribuiu o consumo de energia elétrica na instalação, mediante o número de horas disponíveis em cada horário tarifado do ciclo semanal opcional, adotado nos anos de 2018 e 2019. A distribuição mencionada encontra-se representada na Figura 56. Figura 56 - Distribuição do consumo de energia elétrica por horário tarifado no período 2018-2019 0,080 0,085 0,090 0,095 0,100 0,105 0,110 0 5 000 10 000 15 000 20 000 25 000 30 000 35 000 40 000 45 000 Custo Final (€) Energia Elétrica (€/kWh) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% Vazio Super Vazio Ponta Cheias 74 Através do estudo efetuado ao gráfico, conclui-se que o consumo de energia elétrica por parte da instalação incidiu maioritariamente no horário tarifado de cheias. Foram ainda determinados os consumos médios de energia elétrica por hora, relativos aos horários tarifados. Estes consumos foram obtidos através da relação do consumo total de energia de cada horário com o número de horas exatas correspondentes a tal horário. De igual modo, foram também determinados os custos médios por hora, associados à utilização deste vetor energético nos horários tarifados. Os resultados obtidos encontram-se representados na Figura 57. Figura 57 - Consumo e custo médios de energia elétrica por hora no período 2018-2019 Analisando-se o gráfico apresentado, verifica-se um consumo médio de energia elétrica por hora mais elevado nos horários de cheias e ponta, sendo que o custo médio por hora de utilização deste vetor energético no horário tarifado de ponta é superior ao dobro do custo de cada um dos restantes horários. Ainda relativamente ao consumo de energia elétrica, tornou-se importante analisar os encargos financeiros associados a cada termo tarifado. A distribuição dos custos de energia elétrica nos anos de 2018 e 2019, pelos diferentes termos tarifados, encontra-se representada na Figura 58. 119 218 336 294 11 18 73 30 Vazio Super Vazio Ponta Cheias Consumo (kWh) Custo (€) 75 Figura 58 - Desagregação dos custos de energia elétrica por termo tarifado nos anos de 2018 e 2019 Através do estudo efetuado ao gráfico, verifica-se que os encargos financeiros associados ao consumo de energia elétrica estão maioritariamente afetos ao período de cheias, no valor de 201 470€ no ano de referência. De referir ainda que os encargos relacionados com a potência de horas de ponta são penosos para a instalação, só possíveis de atenuar caso o consumo de energia elétrica nas horas de ponta seja reduzido. 6.1.2 Evolução dos consumos e custos de gás natural De modo a especificar-se a utilização de gás natural por parte da instalação, tornou-se imprescindível a análise da evolução dos consumos deste vetor energético nos anos de 2018 e 2019, sendo que o resultado da mesma se encontra representado na Figura 59. 12 791 10 540 55 542 43 345 37 833 44 989 54 931 63 779 176 068 201 470 55 872 61 902 4753 4962 0 € 50 000 € 100 000 € 150 000 € 200 000 € 250 000 € 300 000 € 350 000 € 400 000 € 450 000 € 500 000 € 2018 2019 E. Reactiva Ponta Cheia Vazio Super Vazio P.H.Ponta P.Contratada 76 Figura 59 - Evolução do consumo de gás natural na instalação Analisando-se o gráfico apresentado, pode-se concluir que o consumo de gás natural na instalação pode ser considerado praticamente constante ao longo do segundo semestre dos anos mencionados, apesar do ligeiro aumento do mesmo, na ordem dos 7%, entre agosto e outubro de 2019, em relação ao mesmo intervalo de tempo de 2018. No que diz respeito ao primeiro semestre, verifica-se que em 2019 se registou um aumento do consumo deste vetor energético entre os meses de março e julho, estimado em 20%, face ao mesmo período de 2018. Por outro lado, entre os meses de janeiro e fevereiro do segundo ano do biénio é notória uma redução do consumo deste vetor energético, na ordem dos 10%, em relação ao mesmo período do primeiro ano. O consumo de gás natural nos meses de fevereiro e março foi semelhante em ambos os anos. Tendo em conta a análise efetuada, tornou-se imprescindível caracterizar os encargos financeiros associados ao consumo de gás natural por parte da instalação, sendo que se apresenta na Figura 60 a distribuição dos custos globais e específicos deste vetor energético ao longo do ano de referência (2019). 0 50 100 150 200 250 300 Consumo Gás Natural (t) 2019 2018 77 Figura 60 - Custos associados à utilização de gás natural no ano de referência Através do estudo efetuado ao gráfico, verifica-se que no período de janeiro a junho o custo específico associado à utilização de gás natural permaneceu praticamente constante. Seguiu-se um aumento de, aproximadamente, 38% deste custo entre os meses de junho e julho, sendo que nos restantes meses do ano o custo específico associado a este vetor energético foi semelhante ao do sétimo mês. Todavia, nota-se que o custo específico global de gás natural adquirido pela instalação, no ano de 2019, registou um aumento de, aproximadamente, 12%, face ao ano de 2018. 6.1.3 Evolução dos consumos e custos de gasóleo De modo a especificar-se a utilização de gasóleo por parte da instalação, tornou-se imprescindível a análise da evolução dos consumos deste vetor energético nos anos de 2018 e 2019, sendo que o resultado da mesma se encontra representado na Figura 61. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000 90 000 100 000 Custo Final (€) Gás natural (1) (€/t) 78 Figura 61 - Evolução do consumo de gasóleo na instalação Analisando-se o gráfico apresentado, pode-se concluir que o consumo de gasóleo na instalação foi bastante irregular em ambos os anos. Dada a reduzida influência dos consumos deste vetor energético nos consumos globais da instalação, não será efetuado um estudo mais aprofundado dos mesmos. De notar, apenas, que os consumos máximos nos anos de 2018 e 2019 foram atingidos, respetivamente, nos meses de junho e março e que maio foi o mês em que se registaram os consumos mínimos de ambos os anos. Tendo em conta a análise efetuada, tornou-se imprescindível caracterizar os encargos financeiros associados ao consumo de gasóleo por parte da instalação, sendo que se apresenta na Figura 62 a distribuição dos custos globais e específicos deste vetor energético ao longo do ano de referência (2019). 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Consumo Gasóleo (t) 2019 79 Figura 62 - Custo associados à utilização de gasóleo no ano de referência Através do estudo efetuado ao gráfico, verifica-se que o custo específico associado à utilização de gasóleo foi praticamente constante ao longo do ano de referência, sendo que a diferença entre o mês de menor custo (março) e o mês de maior custo (setembro) se situa nos 20%. De referir ainda que, dado que não existiu consumo de gasóleo no mês de maio, não existiram também custos associados a este vetor energético, neste mês. Todavia, nota-se que o custo específico global de gasóleo adquirido pela instalação, no ano de 2019, registou um aumento de, aproximadamente, 9%, face ao ano de 2018. 6.2 Emissões de GEE Relativamente às emissões de GEE, quantificadas em toneladas de CO2 equivalente (t CO2eq), emitidas pelos diversos vetores energéticos da instalação, apresentam-se na Tabela 21 e Figura 63, respetivamente, a evolução mensal das mesmas no período de referência e a representatividade de cada vetor energético associado. 0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 Custo Final (€) Gasóleo/Diesel (€/t) 86 Figura 68 - Diagrama de carga da râmola 1 Figura 69 - Diagrama de carga da râmola 2 0 20 40 60 80 100 120 140 kW 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 kW 87 Figura 70 - Diagrama de carga da râmola 3 Figura 71 - Diagrama de carga da râmola 4 7.1.4 Maquinaria No seguimento do objetivo recentemente mencionado, foi também monitorizado o circuito que alimenta as máquinas de abrir, fechar, desenrolar e laminar, no seu respetivo período de funcionamento, sendo que o diagrama de carga resultante da monitorização efetuada se encontra representado na Figura 72. 0 20 40 60 80 100 120 kW 0 10 20 30 40 50 60 70 03/11/2020 04/11/2020 05/11/2020 kW 88 Figura 72 - Diagrama de carga da maquinaria utilizada no processo produtivo 7.1.5 Tumbler e compactador No âmbito do estudo levado a cabo neste capítulo, foi também monitorizado o circuito que alimenta o tumbler e o compactador, no seu respetivo período de funcionamento. O diagrama de carga resultante da monitorização efetuada apresenta-se, de seguida, na Figura 73. Figura 73 - Diagrama de carga do circuito que alimenta o tumbler e o compactador 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 kW 0 5 10 15 20 25 30 35 03/11/2020 04/11/2020 05/11/2020 kW 89 7.1.6 Central de ar comprimido Na sequência da desagregação dos consumos de energia elétrica da instalação, foi também monitorizado o circuito que alimenta a central de ar comprimido, no seu respetivo período de funcionamento, sendo que o diagrama de carga resultante desta monitorização se encontra representado na Figura 74. Figura 74 - Diagrama de carga da central de ar comprimido O circuito monitorizado apresenta um diagrama de carga muito regular, mantendo uma potência absorvida acima dos 30 kW, mesmo nos períodos em que não existiu produção (1 de novembro). Deste modo, pode-se concluir que existe uma grande quantidade de fugas na rede de arcomprimido. Posteriormente nesta dissertação, nomeadamente no capítulo destinado às medidas de racionalização energética da instalação, propõe-se a realização de uma auditoria à rede de ar comprimido, de forma a mitigar-se as fugas mencionadas. 7.1.7 Central térmica A central térmica da instalação, pertencente ao setor das utilidades, foi também alvo de monitorização, nomeadamente o circuito que a alimenta, no seu respetivo período de funcionamento. O diagrama de carga resultante da monitorização efetuada apresenta-se, de seguida, na Figura 75. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 kW 90 Figura 75 - Diagrama de carga da central térmica 7.1.8 Sistema de climatização No seguimento do objetivo mencionado, foi também monitorizado o circuito que alimenta o sistema de climatização, no seu respetivo período de funcionamento, sendo que o diagrama de carga resultante da monitorização efetuada se encontra representado na Figura 76. Figura 76 - Diagrama de carga do sistema de climatização 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 03/11/2020 04/11/2020 05/11/2020 kW 0 20 40 60 80 100 120 kW 91 7.1.9 Iluminação Com vista em calcular-se o consumo energético afeto à iluminação da instalação, após o levantamento dos equipamentos utilizados, atribuiu-se o número de horas de funcionamento a cada equipamento, com base no seu período de utilização. Na Tabela 23 apresentam-se os resultados dos levantamentos e processamentos efetuados. Tabela 23 - Consumo energético associado à iluminação da instalação Tipo de Lâmpada Tipo de Balastro Potência de cada Lâmpada (W) Quantidade de Luminárias Quantidade de Lâmpadas Potência do Grupo de Lâmpada (W) Potência Total do Tipo de Lâmpada (kW) Consumo do Grupo de Lâmpada (kWh/ano) Consumo Total do Tipo de Lâmpada (kWh/ano) Fluorescente Tubular Magnético 18 29 89 1 706 22,19 3 788 95 103 36 36 100 3 859 14 032 58 158 255 16 623 77 283 LED Eletrónico 9 1 2 19 22,97 38 125 355 18 27 30 567 1 710 22 69 123 2 775 15 116 30 2 2 62 167 60 3 3 183 541 100 2 2 202 133 160 119 119 19 159 107 650 Vapor de Sódio Magnético 70 10 10 840 0,84 1 970 1 970 Iodetos Metálicos Magnético 400 1 1 480 0,48 788 788 Total – – 457 736 – 46,48 – 223 216 Posteriormente nesta dissertação, nomeadamente no capítulo destinado às medidas de eficiência energética equacionadas para a instalação, serão apresentadas e analisadas soluções de iluminação mais eficientes, comparativamente ao sistema atualmente aplicado na instalação. 7.1.10 Desagregação da utilização por equipamento/subsetor consumidor O levantamento e respetiva desagregação da utilização de energia elétrica foi estimada com base nas contagens realizadas aos respetivos equipamentos e subsetores consumidores deste vetor energético. O erro associado às mesmas foi inferior a 1%, quando comparadas com o contador geral da instalação. Na Figura 77 apresenta-se o resultado do processamento efetuado aos dados recolhidos. 92 Figura 77 - Desagregação do consumo de energia elétrica por equipamento/subsetor Tendo em consideração a informação disposta no gráfico mencionado, nota-se que os jets utilizados na tinturaria antiga são os principais equipamentos consumidores de energia elétrica na instalação (16,1%), seguidos da râmola 1 (14,1%), jets da tinturaria nova (10,9%), sistema de climatização (10,9%) e râmola 3 (7,9%). Por sua vez, os equipamentos/subsetores associados a um menor consumo de eletricidade são a maquinaria utilizada no processo produtivo (6,8%), central de ar comprimido (6,7%), râmola 4 (6,5%), iluminação (5,3%), outros equipamentos/subsetores (4,5%), central térmica (4,2%), râmola 2 (3,8%), compactador (1,5%) e tumbler (0,8%). 7.2 Monitorização da utilização de gás natural A utilização de gás natural na instalação está associada a 73,5% dos consumos energéticos da mesma, sendo que esta se dá maioritariamente no processo produtivo (jets e râmolas). Os encargos financeiros resultantes do consumo deste este vetor energético representam cerca de 810 041 €/ano. Neste subcapítulo apresenta-se a desagregação da utilização de gás natural por equipamento consumidor, sendo a mesma possível graças à existência de contadores de caudal de gás associados a cada um dos equipamentos consumidores. Posteriormente, expõem-se os resultados obtidos do estudo efetuado ao rendimento energético (ou eficiência térmica) da caldeira de vapor 1. 16,1% 10,9% 14,1% 3,8% 7,9%6,5% 6,8% 10,9% 6,7% 4,2% 5,3% 1,5% 0,8% 4,5% 93 7.2.1 Desagregação da utilização por equipamento consumidor O levantamento e respetiva desagregação da utilização de gás natural teve por base as contagens realizadas aos respetivos equipamentos consumidores. O erro associado às mesmas foi inferior a 1%, quando comparadas com o contador geral da instalação. Na Figura 78 apresenta-se o resultado obtido do processamento efetuado aos dados recolhidos. Figura 78 - Desagregação do consumo de gás natural por equipamento Analisando-se o gráfico apresentado, pode-se concluir que a caldeira de vapor 1 é o principal equipamento consumidor de gás natural da instalação (53,8%), seguido da râmola 1 (13,6%), râmola 3 (9,9%) e râmola 4 (8,2%). Por sua vez, os equipamentos associados a um menor consumo deste vetor energético são a râmola 2 (4,6%), compactador (4,2%), tumbler (4%) e caldeira de vapor 2 (1,7%). 7.2.2 Rendimento energético da caldeira de vapor 1 Na maioria das instalações industriais a exploração dos geradores de calor não é a mais eficiente, resultando em rendimentos térmicos mais baixos do que seria razoável, e tendo como consequência maiores consumos de energia e um incremento na emissão de poluentes atmosféricos. 13,6% 4,6% 9,9% 8,2% 4% 4,2% 53,8% 1,7% Râmola 1 Râmola 2 Râmola 3 Râmola 4 Tumbler Compactador Caldeira 1 Caldeira 2 m3 94 A combustão incompleta ocorre quando a quantidade de comburente (oxigénio) não é suficiente para queimar todo o combustível, ou seja, quando se tem um excesso de ar de combustão reduzido relativamente ao valor ótimo, havendo formação de monóxido de carbono (CO) e/ou o aparecimento nos gases de combustão de elementos não queimados, tais como o carbono, o hidrogénio ou até mesmo hidrocarbonetos (mais usual em combustíveis não gasosos). (ADENE, 2021) Estas ocorrências implicam perda de rendimento da caldeira, uma vez que estes elementos, não tendo sido queimados no interior da câmara de combustão, não libertam a sua energia, que acaba por se perder sob a forma de calor nos gases de combustão. Além disso, do carbono por queimar, só uma parte sai nos gases de combustão, depositando-se o resto nas paredes da câmara de combustão, formando uma camada isolante (fuligem) que dificulta a transmissão de calor entre os gases quentes e o fluido intermediário a aquecer. Deste modo, tem-se que a regulação e otimização da combustão está diretamente relacionada com o ajuste do respetivo sistema de alimentação de ar ao queimador da caldeira de vapor. Essa regulação deve ser efetuada de modo que o excesso de ar de combustão se situe num valor ótimo (que depende do tipo de combustível), de que resultará um acréscimo do rendimento do processo de queima (com a correspondente economia de combustível), comparativamente à situação em que tais cuidados não são tidos em conta. Na Tabela 24 apresentam-se os valores ótimos dos parâmetros de funcionamento de um equipamento de combustão, para os combustíveis mais frequentes na indústria. (ADENE, 2021) Tabela 24 - Ponto ótimo de funcionamento de uma instalação de combustão Parâmetro Combustível Gás Natural GPL Fuelóleo Lenha Excesso de ar (%) 5 a 10% 5 a 10% 15 a 20% 15 a 50% Teor de CO2 11,4 - 10,9% 13,1 - 12,6% 13,7 – 13,2% 17,5 – 13,3% Teor de O2 1,1 - 2,1% 1,1 - 2,1% 2,9 – 3,6% 2,9 – 7,2% Teor de CO 0,0 - 0,1% 0,0 - 0,1% 0,0 - 0,1% 0,0 - 0,1% De forma a determinar-se o excesso de ar de combustão nos geradores de calor, dependendo do tipo de combustível, faz-se uso da Figura 79, onde se relacionam os valores ótimos das % CO2 e % O2, para o valor de excesso de ar correspondente. 95 Figura 79 - Relação entre as % CO2 , % O2 e excesso de ar na combustão de certos combustíveis No decorrer da auditoria à instalação não foram realizadas medições aos gases de combustão. No entanto, a instalação auditada tinha recentemente solicitado as medições mencionadas a uma empresa especializada no ramo, sendo que no presente estudo são utilizados os valores obtidos nos relatórios de ensaio realizados pela assistência técnica da empresa subcontratada. Deste modo, apresentam-se na Tabela 25 os resultados do processamento efetuado aos dados obtidos dos relatórios de ensaio mencionados. Tabela 25 - Valores dos parâmetros de funcionamento da caldeira de vapor 1 Caldeira de vapor 1 Parâmetro Mínimo Média Máximo O2 (%) 2,8 3,8 4,9 CO (%) 0,0001 0,0002 0,0025 CO2 (%) 9,0 9,6 10,2 Temp. Gases de exaustão (°C) 191 207 226 Excesso de ar (%) 14 20 28 Temp. Ar de admissão (°C) 17 25 35 Pressão absoluta (bar) 8,6 9,9 10,8 102 8. BALANÇO ENERGÉTICO GLOBAL DA INSTALAÇÃO Neste capítulo apresenta-se a desagregação dos consumos energéticos globais da instalação, e respetivos custos associados, pelos diferentes setores e subsetores que a compõem, bem como a desagregação parcial dos consumos de energia elétrica, gás natural e gasóleo. De forma a elaborar-se o balanço energético global da instalação, consequente das desagregações mencionadas, foram considerados dois setores principais na instalação, sendo estes o setor produtivo e o setor das utilidades. Os consumos afetos a estes setores foram divididos pelos seus respetivos subsetores, da seguinte forma: ➢ Setor Produtivo • Tinturaria: consumos de energia elétrica e de gás natural associados aos equipamentos instalados neste subsetor; • Acabamentos: consumos de energia elétrica e de gás natural associados aos equipamentos instalados neste subsetor. ➢ Setor das Utilidades • Central de ar comprimido: consumo de energia elétrica associado aos equipamentos responsáveis pela produção de ar comprimido; • Central térmica: consumos de energia elétrica e de gás natural associados às caldeiras e respetivos motores/bombas, responsáveis pela produção de vapor; • Sistema de climatização: consumo de energia elétrica associado aos equipamentos instalados neste subsetor; • Iluminação: consumo de energia elétrica associado aos sistemas de iluminação interior e exterior da instalação; • Outros: consumos de energia elétrica e térmica (gás natural e gasóleo) não desagregados. Deste modo, apresentam-se de seguida, respetivamente, a tabela representativa da desagregação do consumo de energia da instalação e respetivos custos associados (Tabela 30), no ano de referência da presente auditoria, pelos diferentes setores e subsetores que a constituem, assim como o diagrama representativo do balanço global de energia da instalação (Figura 80). 103 Tabela 30 - Desagregação dos consumos energéticos e respetivos encargos financeiros da instalação por setor e subsetor Energia Elétrica Gás natural (1) Gasóleo/Diesel Total kWh tep € % t tep € % t tep € % tep € % Consumo % Custo Setor Produtivo 2 880 753 619,4 294 796 68,4% 1048,9 1129,6 360 468 44,5% 0 0,0 0 0% 1749,0 655 264 50,6% 52,2% Tinturaria 1 423 530 306,1 145 674 33,8% 0 0 0 0% 0 0 0 0% 306,1 145 674 8,9% 11,6% Acabamentos 1 457 223 313,3 149 122 34,6% 1 048,9 1 129,6 360 468 44,5% 0 0 0 0% 1 442,9 509 590 41,8% 40,6% Setor das Utilidades 1 330 874 286,1 136 192 31,6% 1308,1 1408,9 449 573 55,5% 10,3 10,4 13 126 100% 1705,4 598 891 49,4% 47,8% Central de Ar Comprimido 282 179 60,7 28 876 6,7% 0 0 0 0% 0 0 0 0% 60,7 28 876 1,8% 2,3% Central Térmica 176 888 38,0 18 101 4,2% 1 308,1 1 408,9 449 573 55,5% 0 0 0 0% 1 446,9 467 674 41,9% 37,3% Sistema de Climatização 459 067 98,7 46 978 10,9% 0 0 0 0% 0 0 0 0% 98,7 46 978 2,9% 3,7% Iluminação 223 216 48,0 22 842 5,3% 0 0 0 0% 0 0 0 0% 48,0 22 842 1,4% 1,8% Outros Consumos 189 523 40,7 19 394 4,5% 0 0 0 0% 10,3 10,4 13 126 100% 51,1 32 520 1,5% 2,6% Total 4 211 627 905,5 430 988 100% 2357,0 2538,5 810 041 100% 10,3 10,4 13 126 100% 3454,4 1 254 154 100% 100% Figura 80 - Balanço energético global da instalação 104 Analisando-se a informação apresentada, pode-se concluir que o consumo de energia por parte da instalação, no ano de referência, afeto ao setor produtivo foi de 50,6%, sendo que os restantes 49,4% estão associados ao setor das utilidades. No que diz respeito à distribuição dos encargos financeiros, resultantes dos consumos energéticos mencionados, tem-se que 52,2% destes estão relacionados com o setor produtivo e 47,8% com o setor das utilidades. A auditoria realizada permitiu ainda aferir que da totalidade do consumo de energia alocado ao setor produtivo, cerca de 17,5% deste está relacionado com o subsetor da tinturaria e 82,5% com o subsetor dos acabamentos. Relativamente ao consumo energético associado ao setor das utilidades, pode-se afirmar que cerca de 84,9% do mesmo provém da central térmica, na sua maioria através do consumo de gás natural pelas caldeiras para produção de vapor, e que os demais subsetores representam os restantes 15,1%, distribuídos de forma quase equitativa. 105 9. INDICADORES ENERGÉTICOS Os indicadores energéticos são uma ferramenta utilizada nas auditorias com o objetivo de se analisar a evolução do consumo de energia numa instalação, num dado período de referência, face à produção, Valor Acrescentado Bruto (VAB) e emissões de CO2 obtidas nesse mesmo período de referência. (ADENE, 2021) Estes indicadores permitem aferir a eficiência energética da instalação auditada e são ainda utilizados no acompanhamento da evolução das MURE (Medidas de Utilização Racional de Energia). Os principais indicadores energéticos, estudados anteriormente nesta dissertação no subcapítulo 2.4. “Legislação Portuguesa: SGCIE”, são a Intensidade Energética (IE), indicador definido como a razão entre o consumo total de energia e o Valor Acrescentado Bruto (VAB) da instalação, o Consumo Específico de Energia (CE), definido como a razão entre o consumo total de energia (considerando apenas 50% da energia resultante de resíduos endógenos e de outros combustíveis renováveis) e o valor de produção da instalação, e a Intensidade Carbónica (IC), que se traduz na razão entre as emissões de GEE e o consumo total de energia por parte da instalação. 9.1 Intensidade Energética (IE) A intensidade energética representa a quantidade de energia, expressa em toneladas equivalentes de petróleo, necessária para produzir uma unidade de riqueza, num determinado processo. Trata-se de um indicador que reflete a conjugação de vários fatores, entre os quais se destacam a eficiência energética, sendo este o principal indicador de desempenho energético. De forma simplificada, pode-se dizer que a intensidade energética reflete a contribuição da componente energética no valor acrescentado bruto de uma instalação. Do ponto de vista da eficiência energética, interessa sobretudo que sejam gerados produtos cuja incrementação de energia seja a mais racional e valorizada possível. Para um mesmo consumo energético, quanto maior for o valor acrescentado, menor será o valor do indicador em estudo, significando que a energia consumida foi racionalizada, eliminando-se desperdícios ou consumos residuais, e, consequentemente, utilizada de uma forma mais eficiente. O VAB da instalação, no ano de referência, foi calculado tendo por base o Despacho nº 17449/2008 de 27 de junho (Diário da República, 2008), da Direção Geral de Energia e Geologia, e o Sistema de Normalização Contabilística (SNC), através da seguinte fórmula: 106 𝑉𝐴𝐵 =(𝑆𝑁𝐶71)+(𝑆𝑁𝐶72)+(𝑆𝑁𝐶74)+(𝑆𝑁𝐶781)−(𝑆𝑁𝐶61)− (𝑆𝑁𝐶62)−(𝑆𝑁𝐶688) (1.6) Em que: • SNC 71 – representa os rendimentos associados às vendas; • SNC 72 – representa os rendimentos associados às prestações de serviços; • SNC 74 – representa os rendimentos associados aos trabalhos para a própria entidade; • SNC 781 – representa os rendimentos suplementares; • SNC 61 – representa os custos associados às mercadorias vendidas e às matérias consumidas; • SNC 62 – representa os custos associados a fornecimentos e serviços externos; • SNC 688 – representa outros custos e perdas operacionais. De acordo com a documentação fornecida pela instalação auditada, apresenta-se na Tabela 31 os dados da declaração IES (Informação Empresarial Simplificada), necessários para cálculo do VAB. Tabela 31 - Dados da declaração IES da instalação auditada SNC Designação € 71 Vendas 50 364,80 72 Prestações de serviços 6 365 076,51 74 Trabalhos para a própria empresa 0,00 781 Rendimentos suplementares 7 708,60 61 Mercadorias vendidas e matérias consumidas 1 856 829,13 62 Fornecimentos e serviços externos 2 183 919,04 688 Outros custos e perdas operacionais 76 673,43 Assim sendo, tendo em conta a equação 1.6 e os dados apresentados na Tabela 31, tem-se, então, que o VAB da instalação auditada, no ano de referência, foi de 2 305 728,31 €. Desta forma, apresenta-se na Tabela 32 o indicador Intensidade Energética (IE) da instalação, para o ano de referência (2019), tendo como base o consumo total de energia e o VAB calculados, assim como o valor deste indicador que se pretende alcançar no fim do período de redução (8 anos). 107 Tabela 32 - Indicador Intensidade Energética (IE) 2019 (Ano de referência da auditoria) Redução IE de 6% (tep>1000) ao fim de 8 anos Consumo de Energia (tep/ano) VAB (€/ano) Intensidade Energética (IE) (kgep/€) Redução da Intensidade Energética (kgep/€) Valor da Intensidade Energética no fim da redução (kgep/€) 3 454,4 2 305 728,31 1,498 0,090 1,408 9.2 Consumo Específico de Energia (CE) O consumo específico de energia (CE), como referido anteriormente, é o indicador que pode ser definido como a razão entre o consumo de energia e a produção, num dado período de tempo. Assim sendo, para um mesmo valor de produção, o consumo específico de energia será tanto menor quanto menor for o consumo de energia da instalação. Por outro lado, para o mesmo consumo energético da instalação, o consumo específico de energia será tanto menor quanto maior for o volume de produção obtido. Deste modo, apresenta-se na Tabela 33 o indicador Consumo Específico de Energia (CE) da instalação, para o ano de referência (2019), tendo como base o consumo total de energia e a produção obtida, assim como o valor deste indicador que se pretende alcançar no fim do período de redução (8 anos). Tabela 33 - Indicador Consumo Específico de Energia (CE) 2019 (Ano de referência da auditoria) Redução CE de 6% (tep>1000) ao fim de 8 anos Consumo de Energia (tep/ano) Produção (kg/ano) Consumo Específico de Energia (CE) (kgep/kg) Redução do Consumo Específico de Energia (kgep/kg) Valor do Consumo Específico de Energia no fim da redução (kgep/kg) 3 454,4 2 679 598 1,289 0,077 1,212 Tendo em conta que o consumo de energia e a produção variaram mensalmente, resultando desta forma numa variação do consumo específico de energia, tornou-se imprescindível caracterizar a desagregação e evolução destas variáveis ao longo do ano de referência, sendo que se apresentam na Tabela 34 e Figuras 81 e 82 os resultados obtidos. 108 Tabela 34 - Desagregação do consumo de energia, produção e consumo específico de energia ao longo do ano de referência (2019) Mês do ano Consumo de energia (kgep) Produção (kg) Consumo específico de energia (kgep/kg) janeiro 259 249 264 661 0,980 fevereiro 259 336 227 092 1,142 março 326 985 330 853 0,988 abril 289 688 192 303 1,506 maio 303 572 208 717 1,454 junho 313 302 183 909 1,704 julho 298 631 238 124 1,254 agosto 192 215 108 018 1,779 setembro 319 722 275 990 1,158 outubro 329 997 268 346 1,230 novembro 307 579 252 020 1,220 dezembro 254 146 129 565 1,962 Total 3 454 422 2 679 598 1,289 Média 287 869 223 300 1,365 Figura 81 - Evolução do consumo de energia e da produção da instalação ao longo do ano de referência (2019) 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 Produção [kg] Consumo de Energia [kgep) Consumo de Energia Produção 109 Figura 82 - Evolução do consumo específico de energia face à produção obtida ao longo do ano de referência (2019) Analisando a informação disposta na tabela e gráficos apresentados, nota-se que o consumo específico de energia é superior nos meses de menor produção da instalação, o que indica que existem sistemas energéticos com consumos fixos e/ou sistemas que não dependem proporcionalmente das unidades produzidas. No que diz respeito à relação entre o consumo mensal de energia e a produção da instalação, esta é não-linear e apresenta um consumo mínimo de, aproximadamente, 186 tep/mês. Esta relação pode ser observada através da Figura 83, onde se verifica que esta é não-linear, dado que o coeficiente de correlação R se situa afastado da unidade (praticamente metade). Figura 83 - Comparação entre o consumo mensal de energia e a produção da instalação ao longo do ano de referência (2019) 0 50 000 100 000 150 000 200 000 250 000 300 000 350 000 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 Produção [kg] Consumo Específico de Energia [kgep/kg] Consumo específico de energia Produção 110 Para finalizar a análise deste indicador energético, tornou-se relevante a comparação entre o consumo específico de energia e a produção da instalação ao longo do ano de referência, sendo que esta encontra-se representada na Figura 84, do qual se pode concluir que, por norma, o consumo específico de energia tende a ser mais reduzido quanto maior for a produção da instalação. Figura 84 - Comparação entre o consumo específico de energia e a produção obtida ao longo do ano de referência (2019) 9.3 Intensidade Carbónica (IC) A intensidade carbónica é definida como a razão entre a quantidade de emissões de GEE resultantes da utilização dos vetores energéticos e a totalidade de energia que efetivamente foi obtida nessa utilização. Assim sendo, para um mesmo valor de consumo energético, a intensidade carbónica será tanto menor quanto menor forem as emissões de GEE associadas. Por outro lado, para as mesmas emissões de GEE, a intensidade carbónica será tanto menor quanto maior for o consumo de energia da instalação. De referir que, dos três vetores energéticos utilizados na instalação, o gasóleo é aquele que apresenta maior emissões de GEE (3 098 kg CO2eq/tep), seguido pelo gás natural (2 684 kg CO2eq/tep) e por fim pela energia elétrica (2 186 kg CO2eq/tep). 111 Desta forma, apresenta-se na Tabela 35 o indicador Intensidade Carbónica (IC) da instalação, para o ano de referência (2019), tendo como base o consumo total de energia e as respetivas emissões de GEE, assim como o valor deste indicador que se pretende alcançar no fim do período de redução (8 anos). Tabela 35 - Indicador Intensidade Carbónica (IC) 2019 (Ano de referência da auditoria) Manutenção IC ao fim de 8 anos Emissões de GEE (t CO2eq/ano) Consumo de Energia (tep/ano) Intensidade Carbónica (t CO2eq/tep) Valor máximo de Intensidade Carbónica (t CO2eq/tep) 8 824,3 3 454,4 2,555 2,555 Dado que o consumo de energia e, consequentemente, as emissões de GEE variaram mensalmente, resultando desta forma numa variação da intensidade carbónica, tornou-se imprescindível caracterizar a desagregação e evolução destas variáveis ao longo do ano de referência, sendo que se apresentam na Tabela 36 e Figuras 85 e 86 os resultados obtidos. Tabela 36 - Desagregação do consumo de energia, emissões de GEE e intensidade carbónica ao longo do ano de referência (2019) Mês do ano Consumo de energia (tep) Emissões de CO2 (t CO2eq) Intensidade Carbónica (t CO2eq/tep) janeiro 259,2 662,9 2,557 fevereiro 259,3 664,1 2,561 março 327,0 838,1 2,563 abril 289,7 741,2 2,559 maio 303,6 776,0 2,556 junho 313,3 800,7 2,556 julho 298,6 761,4 2,550 agosto 192,2 488,7 2,543 setembro 319,7 815,7 2,551 outubro 330,0 841,3 2,550 novembro 307,6 786,0 2,555 dezembro 254,1 648,2 2,550 Total 3 454,4 8 824,3 2,555 Média 287,9 735,4 2,555 118 Figura 90 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #1 e respetiva poupança resultante Figura 91 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #1 e respetiva poupança resultante Figura 92 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #1 e respetiva poupança resultante 0 10 20 30 40 50 60 0 25 000 50 000 75 000 100 000 125 000 150 000 175 000 200 000 225 000 Consumo de energia [teo] Consumo de Energia Elétrica [kWh] kwh tep 0 2 500 5 000 7 500 10 000 12 500 15 000 17 500 20 000 22 500 25 000 Custos de energia [€] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Emissões de GEE [t CO2eq] 119 10.2 MURE #2 – Instalação de um Sistema de Gestão de Energia (SGE) Qualquer processo de gestão de energia tem necessariamente de começar pelo conhecimento da situação energética da instalação alvo de implementação de um SGE. O princípio fundamental deste processo é a identificação do objeto de gestão e, consequentemente, a avaliação de desempenho do mesmo. De uma forma geral, a utilização de equipamentos controlados automaticamente introduz substanciais benefícios ao processo produtivo, sendo a aquisição destes equipamentos amortizada graças às economias de energia que proporcionam. Um SGE tem como missão dar uma visão global e centralizada do estado de funcionamento de toda a instalação e, simultaneamente, permitir a atuação em tempo real caso ocorra alguma anomalia nos processos decorrentes. No caso concreto da instalação auditada, pretende-se a implementação de um SGE que monitorize constantemente os consumos dos principais equipamentos consumidores de energia. A implementação de um SGE permitirá a redução dos consumos de energia da instalação, alertando e identificando ineficiências dos equipamentos utilizados, podendo os técnicos verificar quando é necessária a substituição, reparação ou manutenção dos mesmos, caso apresentem aumentos nos seus consumos específicos. Através dos resultados obtidos pelo sistema, os operadores podem ser sensibilizados para os desvios operacionais dos equipamentos e respetivos custos associados, traduzindo-se esta medida num cuidado superior, por parte dos mesmos, com os consumos de energia, sendo esta mais uma forma de racionalização energética. Espera-se ainda que o sistema permita a redução dos custos de energia elétrica dos equipamentos, através da modulação de cargas por horários tarifados, planeando o consumo preferencialmente para os horários de vazio e de super vazio, levando a uma maior eficiência global de toda a instalação elétrica. Para além disto, o sistema fica encarregue do controlo e quantificação exata, por sector e subsetor, das emissões de GEE resultantes dos processos decorrentes. O SGE a implementar tem obrigatoriamente de monitorizar, em tempo real, os consumos de energia dos pontos de monitorização que se pretendem controlar. Para tal, deve permitir: 120 • A visualização instantânea dos consumos de todas os equipamentos ligados ao sistema, podendo a qualquer momento efetuar gráficos de consumos dos pontos de monitorização (por consumo ou produção de energia e por período horário). Os desvios de consumo, face ao esperado, devem ser facilmente detetáveis com o cálculo automático dos mesmos. Como o programa de gestão de energia fará parte de um programa de controlo global da empresa, devem também ser facilmente calculados em tempo real, todos os indicadores de eficiência energética; • Para cada ponto de monitorização ou conjunto de vários pontos, o software SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition ), deverá permitir programar um relatório, que poderá ser impresso ou extraído a qualquer momento, com os consumos energéticos e consequentes custos para o intervalo temporal pretendido, em formatos editáveis e não editáveis; • A introdução de variáveis de processo dos diferentes sectores da instalação, de forma a calcular automaticamente os consumos específicos para cada sector. O carregamento ( upload ) destas variáveis poderá ser efetuado por via manual ou por via de ficheiros originados por outros programas; • A futura expansão, e respetiva monitorização, da instalação, sendo apenas necessário, para o efeito, colocar novos contadores de energia e conversores adicionais nos locais definidos; • A disponibilização de toda a informação sobre as variáveis monitorizadas (valores instantâneos e totalizadores), para posterior incorporação no SCADA geral da instalação, por intermédio de ODBC ( Open Database Conectivity ); • A aquisição e monitorização, em tempo real, dos dados dos analisadores e com armazenamento em base de dados centralizada. Os dados obtidos podem ser recuperados, representados e impressos facilmente, tanto em tabelas como em gráficos de tendência; • A simulação da fatura de energia mensal da instalação, respetiva aos valores obtidos dos pontos de consumo conectados ao sistema, e emissão de alarmes caso ocorram consumos anómalos ou quebras de serviço; • A geração de relatórios pré-configurados e/ou criados à medida das necessidades; • A construção de ecrãs personalizados e de opções de controlo remoto para os equipamentos. 121 No caso específico da instalação auditada, propõe-se a instalação de 12 analisadores de energia elétrica, implementados nos equipamentos/subsetores que se encontram assinalados na Figura 93. Figura 93 - Fluxograma representativo dos pontos de monitorização de energia elétrica propostos Relativamente à gestão do consumo de energia térmica (gás natural e vapor) e ainda do consumo de água necessária aos processos, propõe-se a monitorização dos equipamentos apresentados na Tabela 41, aproveitando-se, sempre que possível, os contadores atualmente existentes, sendo estes os contadores de gás natural de todos os equipamentos mencionados (através dos quais foi possível a desagregação do consumo de gás natural por equipamento – subcapítulo 7.2.1) e o contador de vapor atualmente implementado na caldeira de vapor 1. Tabela 41 - Identificação dos pontos de monitorização de gás natural, vapor e água propostos Equipamento Contadores de Gás Natural Contadores de Vapor Contadores de Água Râmola 1 Râmola 2 Râmola 3 Râmola 4 Compactador Tumbler Caldeira de vapor 1 Caldeira de vapor 2 122 O investimento associado à instalação do SGE proposto é de 18 952 €, sendo que este valor engloba o custo de aquisição dos equipamentos e respetiva instalação/formação dos mesmos, bem como os ensaios necessários ao correto funcionamento do sistema. De notar que o orçamento apresentado requer visita do instalador, de forma a validar e confirmar os diâmetros das tubagens, comprimentos de cabos e operacionalidade dos equipamentos a integrar. Na Tabela 42 apresenta-se o orçamento proposto para implementação do SGE, relativo aos equipamentos, software e instalações necessárias, bem como a validação do funcionamento do sistema. Tabela 42 - Orçamento proposto para a implementação do SGE Componente do SGE Especificação do componente Quantidade Preço Total (€)l Analisador de energia elétrica Tipo CVM–C10, trifásico, display LCD, 4 quadrantes, comunicação RS-485, protocolo MODBUS, entradas de corrente isoladas, alimentação auxiliar 230 V 2 18 952 Centralizador de impulsos Modelo LM4I/40M, de 4 entradas e 4 saídas, protocolo MODBUS/RTU, comunicação RS-485 8 Conversor Modelo TCP 1RS+ (Ethernet para RS-485) 2 Modelo TCP RS-232/485 (para Ethernet) 2 Transformador de intensidade Tipo TC6 600/5 9 Tipo TC5,2 400/5 15 Tipo TC4 200/5 12 Cablagem Tipo U/UTP CAT6 AWG 1 Tipo LIYCY 2*0,75 mm2 1 Tipo LIYCY 4*0,50 mm2 1 Contador de água Modelo ITRON DN50, juntamente com o emissor Cyble 2 Instalação elétrica Instalação dos componentes elétricos do sistema e validação do seu funcionamento 1 Software Software PowerStudio SCADA 1 Programação Programação do software PowerStudio SCADA e validação do seu funcionamento 1 A experiência, baseada em casos reais, de implementação de sistemas de gestão de energia tem demonstrado que a utilização destes sistemas tem conduzido a economias significativas de energia nas instalações em que foram implementados, geralmente na ordem dos 1,5%. 123 Desta forma, prevê-se que a implementação do SGE proposto gere economias de energia elétrica aproximadas de 63 174 kWh/ano, correspondentes a 13,6 tep/ano, e economias de gás natural que rondam as 35 toneladas anuais, que correspondem a 38,1 tep/ano. Estas economias de energia podem ser convertidas para as correspondentes poupanças financeiras que resultam, respetivamente, em cerca de 6 465 €/ano e 12 151 €/ano, totalizando, aproximadamente, 18 616 €/ano. Tendo em consideração o investimento a realizar e a poupança afeta, a melhoria proposta apresenta um payback simples de 1,0 anos. Assim sendo, apresentam-se na Tabela 43 e Figuras 94, 95 e 96, respetivamente, o resumo da MURE projetada e a comparação entre a situação atual e a situação após melhoria, em termos de consumo de energia (eletricidade e gás natural), custos energéticos e emissões de GEE. Tabela 43 - Resumo da MURE “Instalação de um Sistema de Gestão de Energia” MURE Tipo de MT Consumo anual atual Consumo anual após melhoria Poupança anual Investimento (€) Payback simples (anos) tep € t CO2eq tep € t CO2eq tep € t CO2eq Instalação de um SGE MT 10 – Monitorização e Controlo 3 444 1 241 029 8 792,2 3 392,3 1 222 413 8 660,3 51,7 18 616 131,9 18 952 1,0 Figura 94 - Consumos de energia antes e após a implementação da MURE #2 e respetiva poupança resultante 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 Consumo de energia [tep] Energia Elétrica Gás Natural 124 Figura 95 - Custos energéticos antes e após a implementação da MURE #2 e respetiva poupança resultante Figura 96 - Emissões de GEE antes e após a implementação da MURE #2 e respetiva poupança resultante 10.3 MURE #3 – Unidade de Produção para Autoconsumo (UPAC) No nosso país, a produção de energia solar fotovoltaica é regulamentada pelo Decreto-Lei nº 153/2014, de 20 de outubro (Diário da República, 2014), responsável pela criação dos regimes jurídicos aplicáveis à produção de eletricidade destinada ao autoconsumo, por intermédio das Unidades de Produção para Autoconsumo (UPAC), e também aplicáveis à venda de energia elétrica à Rede Elétrica de Serviço Público (RESP), por intermédio de Unidades de Pequena Produção (UPP). 0 75 000 150 000 225 000 300 000 375 000 450 000 525 000 600 000 675 000 750 000 825 000 Custos de energia [€] Energia Elétrica Gás Natural 0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 Emissões de GEE [t CO2eq] Energia Elétrica Gás Natural 125 As UPP são unidades de produção de eletricidade a partir de fontes de energia renováveis, baseadas numa só tecnologia de produção, com capacidade máxima instalada de 1 MW, em que a totalidade de energia produzida tem obrigatoriamente de ser injetada na RESP. Estas unidades vieram substituir os anteriores regimes de microprodução e miniprodução. As UPAC consistem em unidades de produção de energia elétrica destinada à satisfação das necessidades de abastecimento de eletricidade do próprio produtor (autoconsumo), sendo possível injetar o excedente de energia produzida na RESP, ao preço de mercado. De referir que a rentabilidade de um sistema de autoconsumo não resulta da venda do excedente de energia elétrica produzida, mas da poupança gerada na fatura de eletricidade anual, através da redução da necessidade de aquisição de energia ao comercializador contratado, sendo este o principal motivo para a escolha da UPAC (em vez da UPP) na medida de racionalização energética que se apresenta. Dado que se pretende vender a energia elétrica produzida em excesso à RESP, esta é realizada mediante a celebração de um contrato entre o produtor e o comercializador de último recurso (CUR) ou um comercializador de mercado livre, pelo prazo máximo de 10 anos, renováveis por períodos de 5 anos, sendo o preço da energia calculado de acordo com o disposto na Lei. A este valor acresce uma compensação mensal fixa, nos primeiros 10 anos, às UPAC com potência instalada superior a 1,5 kW, sendo que esse valor é também calculado de acordo com o disposto na Lei. Os requerimentos para instalação de uma UPAC, com injeção da energia excedente na RESP, são regulamentados pela Portaria nº 14/2015, de 23 de janeiro (Diário da República, 2015), que estipula que o produtor necessita de obter um certificado de exploração da instalação, emitido pela DGEG, e um contador bidirecional ou equivalente (autónomo do contador da instalação de consumo) e que o produtor tem ainda de pagar umas das seguintes taxas de registos junto do Sistema Eletrónico de Registo de Unidades de Produção (SERUP): • 30 €, caso a potência instalada seja igual ou inferior a 1,5 kW; • 100 €, caso a potência instalada seja superior a 1,5 kW e igual ou inferior a 5 kW; • 250 €, caso a potência instalada seja superior a 5 kW e igual ou inferior a 100 kW; • 500 €, caso a potência instalada seja superior a 100 kW e igual ou inferior a 250 kW; • 750 €, caso a potência instalada seja superior a 250 kW e igual ou inferior a 1 MW. No caso da potência instalada ser superior a 1 MW, o produtor necessita de obter uma licença de produção e de exploração junto do SERUP. De notar ainda que os valores apresentados são atualizados periodicamente pela DGEG. 126 Relativamente ao processo de licenciamento da UPAC, o produtor necessita de seguir os seguintes passos: • Efetuar o registo junto do SERUP; • Efetuar o pagamento à DGEG da taxa de inscrição correspondente à potência instalada, como referido anteriormente; • Após o pagamento da taxa segue-se a validação do registo pelos Operadores da Rede de Distribuição (ORD) e comercializador, no prazo de 10 dias úteis, e ainda a validação da DGEG, mediante os pareceres das entidades mencionadas; • Após as validações necessárias, o produtor deve ainda efetuar um pedido de inspeção no prazo de 8 a 12 meses, tendo esta inspeção a finalidade de avaliar a conformidade da instalação com os regulamentos aplicáveis; • Após a realização da inspeção, é elaborado um relatório que, em caso positivo, implica a emissão do certificado de exploração definitivo e autorizada a ligação da unidade de produção à instalação elétrica de utilização. A medida de racionalização energética que se apresenta pressupõe a instalação de uma unidade de produção para autoconsumo (UPAC) com ligação à rede elétrica, utilizando um sistema solar fotovoltaico. Na Figura 97 apresenta-se um esquema simplificado da UPAC a implementar na instalação. Figura 97 - Esquema representativo da UPAC a implementar na instalação 127 De forma a alcançar-se a melhor solução para o sistema a implementar, tornou-se fundamental a obtenção do perfil de consumo energético da instalação. Este perfil foi anteriormente abordado no subcapítulo 7.1.1 desta dissertação, sendo que o valor médio de potência elétrica diária requerida pela instalação contabiliza, aproximadamente, 600 kW. Ainda nesta etapa, foi gerado um ficheiro CSV, de 8 760 linhas, referente ao consumo horário anual da instalação e elaborado com base na monitorização dos consumos elétricos da mesma (anteriormente abordados no capítulo 7 desta dissertação), sendo este ficheiro imprescindível ao software de simulação do projeto. De forma a suprir-se grande parte da energia elétrica consumida pela instalação, através da energia solar fotovoltaica gerada, propõem-se a instalação de um sistema solar fotovoltaico com potência de pico de 480 kWp. No projeto do sistema, primeiramente, foram adotados os módulos fotovoltaicos a utilizar, sendo os mesmos correspondentes ao modelo “JKM405M-72HL-V” do fabricante Jinko Solar . Estes módulos apresentam inúmeras recomendações e revisões positivas nos estudos de mercado existentes, nomeadamente em termos de qualidade/preço, sendo esta a razão fundamental da sua escolha. As principais especificações deste modelo apresentam-se na Tabela 44. De referir que a ficha técnica do módulo fotovoltaico mencionado se encontra no Anexo IV. Tabela 44 - Principais especificações do módulo fotovoltaico “JKM405M-72HL-V” do fabricante Jinko Solar Parâmetro Mínimo Tipo de célula fotovoltaica Silício monocristalino Eficiência do módulo fotovoltaico (𝜂𝑚𝑜𝑑) 20,1% Potência máxima (𝑃𝑚𝑜𝑑) 405 Wp Tensão máxima (𝑈𝑚𝑎𝑥𝑀𝑜𝑑(𝑆𝑇𝐶)) 42,0 V Intensidade máxima (𝐼𝑚𝑎𝑥𝑀𝑜𝑑(𝑆𝑇𝐶)) 9,65 A Tensão em circuito aberto (𝑈𝑂𝐶(𝑆𝑇𝐶)) 50,1 V Intensidade de curto-circuito (𝐼𝑆𝐶(𝑆𝑇𝐶)) 10,48 A Coeficiente de temperatura em função da tensão (∆V) -0,28%/ºC A potência do sistema fotovoltaico será a soma da potência de todos os módulos ligados entre si. Sabendo-se os valores de potência designada para o sistema e de potência do tipo de módulo fotovoltaico escolhido, determina-se o número de módulos fotovoltaicos (𝑁º𝑀𝑜𝑑) adequados ao sistema, através da seguinte equação: