UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE RECURSOS DA AMAZÔNIA A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM UMA INDÚSTRIA DE ELETROELETRÔNICOS DO POLO INDUSTRIAL DE MANAUS: DESAFIOS DE IMPLANTAÇÃO E NOVAS POSSIBILIDADES ALLAN KARDEC CRAVEIRO DE LIMA MANAUS 2014 UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS FACULDADE DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE RECURSOS DA AMAZÔNIA ALLAN KARDEC CRAVEIRO DE LIMA A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM UMA INDÚSTRIA DE ELETROELETRÔNICOS DO POLO INDUSTRIAL DE MANAUS: DESAFIOS DE IMPLANTAÇÃO E NOVAS POSSIBILIDADES Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia da Universidade Federal do Amazonas, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Recursos da Amazônia, linha de pesquisa em Energia. Área de concentração: Recursos Naturais. Orientador: Prof. Dr. Willamy Moreira Frota MANAUS 2014 ALLAN KARDEC CRAVEIRO DE LIMA A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM UMA INDÚSTRIA DE ELETROELETRÔNICOS DO POLO INDUSTRIAL DE MANAUS: DESAFIOS DE IMPLANTAÇÃO E NOVAS POSSIBILIDADES Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia da Universidade Federal do Amazonas, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Recursos da Amazônia, linha de pesquisa em Energia. Área de concentração: Recursos Naturais. Aprovada em 04 de novembro de 2014. BANCA EXAMINADORA Prof. Dr. Willamy Moreira Frota - Orientador Presidente Prof.ª Drª. Elizabeth Ferreira Cartaxo Membro Prof. Dr. Carlos Alberto Figueiredo Membro * O termo de aprovação assinado encontra-se na Coordenação do PPG-ENGRAM. AGRADECIMENTOS A Deus pelo privilégio da vida e por conceder a coragem para enfrentar dificuldades e proporcionar a determinação para alcançar as vitórias. A minha família, em especial meus pais Allan Rodrigues Lima (in memorian) e Maria Craveiro de Lima, que desde sempre me ensinaram a importância dos estudos na vida de uma pessoa de bem. A minha esposa e companheira Danielly Dias, pelo seu incondicional apoio nos estudos. A UFAM e ao Programa de Pós Graduação em Engenharia de Recursos da Amazônia, PPG-ENGRAM, pela oportunidade de crescimento nos estudos e contribuição para a sociedade acadêmica e científica amazonense. A CAPES pelo apoio financeiro. Ao Prof. Dr. Willamy Moreira Frota pela orientação, observações sobre a pesquisa e disponibilidade em atender e elucidar questões, bem como aos professores, colegas, Secretaria e Coordenação do PPG-ENGRAM, em especial aos Professores Doutores Elizabeth Cartaxo e Carlos Figueiredo, pelas sábias palavras de incentivo, apoio e por apresentar a excelente e tão necessária ferramenta EFICIND. Aos amigos Pedro Luis Sosa, Cristiane Freitas e toda a equipe do NUTAM/FUCAPI, pelo suporte na realização dos estudos, medições e discussões. A empresa Technicolor, na pessoa de seu Diretor Wilson Périco e toda sua equipe de Manutenção, SESMT e P&D, pela disposição, acesso às dependências da indústria e coleta de dados e parâmetros utilizados nesta pesquisa. A FUCAPI, na pessoa da Diretora Presidente Isa Assef pelo apoio e oportunidade de capacitação. Aos Beatles e ao Dream Theater, pela trilha sonora durante os dias escuros e noites em claro. Recebam todos minha eterna gratidão. A concepção da existência de Deus baseia-se num sentimento oriundo do benefício, como por exemplo, a crença na existência do Criador após contemplar o Sol e todo o bem que ele proporciona. Esta é, basicamente, a personificação da Sua existência: uma energia. (Estudo Sistemático da Doutrina Espírita, adaptado) RESUMO Estabelecer padrões de indicadores de eficiência energética é algo desafiador para as indústrias brasileiras, em especial às empresas instaladas no Polo Industrial de Manaus, Amazonas, em todos os ramos de atividades industriais. Neste trabalho, os programas e leis relacionados a eficiência energética são revisados, bem como o cenário nacional e local do uso da energia industrial, nos quais são definidos eixos que resultam em ações diretas de investigação em uma fábrica de eletroeletrônicos do PIM, através de um diagnóstico energético, ações de substituição de equipamentos e complementos para compor uma aceitável avaliação de desempenho energético, buscando principalmente a redução de parte do consumo de energia elétrica. De posse dos resultados analisados as oportunidades de ganhos de eficiência energética foram demonstradas para os usos finais, principalmente em iluminação, indicando economia de energia na ordem de 40%. Foram utilizadas ferramentas tecnológicas de medição em áreas especificas e pesquisas de campo em equipamentos energo- intensivos e no processo produtivo, com a participação do autor desta dissertação, bem como consta o detalhamento de instalação e operação de uma microusina fotovoltaica dentro desta indústria. A operação, de forma pioneira, desta microusina, e as demais ações compõem novos princípios e possibilidades de se atingir um desenvolvimento empresarial sustentável e propiciar a perspectiva de implantação de um sistema de gestão de energia, baseado principalmente na norma ABNT NBR ISO 50001. Palavras-chave: eficiência energética; diagnóstico energético; Polo Industrial de Manaus, Sistema de Gestão de Energia; microusina fotovoltaica. ABSTRACT Establish energy efficiency indicators standards is challenging for Brazilian industries, especially to companies located in the Industrial Pole of Manaus, Amazonas, in all branches of industrial activities. In this work, programs and laws related to energy efficiency are reviewed, as well as the national and regional setting of the use of industrial energy, in which are defined axes that result in direct action research in a electronics factory through a energy diagnosis, exchange of shares of equipment and accessories to compose an acceptable assessment of energy performance, mainly seeking the reduction of the power consumption. With the results analyzed the energy efficiency gains opportunities were demonstrated for end uses, especially in lighting, indicating energy savings in the order of 40%. Technological measurement tools were used in specific areas and field research in energy-intensive equipment and in the production process, with the participation of the author of this work, as well as contains the details of installation and operation of a photovoltaic microplant inside this industry. The pioneering operation in this microplant, and other actions comprise new principles and possibilities of achieving sustainable business development and facilitating the deployment perspective of an energy management system, mainly based on the ABNT NBR ISO 50001. Keywords: Energy efficiency; energy diagnosis; Industrial Pole of Manaus, Energy Management System; Small plant of photovoltaic energy. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Oferta interna de energia elétrica por fonte ................................................26 Figura 2. Cadeia de energia ......................................................................................30 Figura 3. Consumo de energia elétrica na indústria por uso final ..............................31 Figura 4. Comparação do consumo de energia elétrica total e industrial entre 1999 e 2009 .....................................................................................................................34 Figura 5. Representação de alguns conceitos de luminotécnica .................................35 Figura 6. Temperatura das cores e suas aplicações ....................................................38 Figura 7. Índice de reprodução de cores ....................................................................38 Figura 8. Variação da eficiência luminosa de diversos tipos de lâmpadas em lm/k ....39 Figura 9. Tempo de vida útil em horas das lâmpadas ................................................40 Figura 10. Iluminância de diversos ambientes...........................................................43 Figura 11. Fator de utilização da luminária (FU) ......................................................44 Figura 12. Modelo de Sistema de Gestão da Energia da ABNT ISO 50001:2011 ......50 Figura 13. Estrutura do consumo de eletricidade na rede por setor em indicadores nacionais pelo PDE 2020 ........................................................................................52 Figura 14. Consumo brasileiro industrial de energia elétrica (TWh) e crescimento (%) no período de 2010 a 2013 ................................................................................52 Figura 15. Participação dos subsetores de atividades no faturamento do PIM de janeiro a agosto de 2014 ..........................................................................................53 Figura 16. Investimento e faturamento total e parcial do setor de eletroeletrônicos no PIM ....................................................................................................................54 Figura 17. Metodologia utilizada na pesquisa ...........................................................58 Figura 18. (a) Área de testes e empacotamento dos equipamentos; (b) Área dos monitores para programação e testes dos equipamentos e (c) Área dos materiais para a produção .......................................................................................................60 Figura 19. Linhas de luminárias no ambiente de estudo da fábrica ............................61 Figura 20. Luminária do tipo calha de 2400 mm .......................................................61 Figura 21. Reator POUP-HO, 2 x 110 W ..................................................................62 Figura 22. Lâmpada LED TUBE ..............................................................................63 Figura 23. Características das lâmpadas tubulares LED da LED Star ........................63 Figura 24. Visão dos traçados “virtuais” para determinar o centro de cada malha .....65 Figura 25. (a) Medidor Multi-K instalado com medição de tensão de fase e (b) Comunicador de dados Smart Gate M da Gestal ......................................................67 Figura 26. Tela inicial do software Smart 32 ............................................................68 Figura 27. Tela de supervisão das grandezas elétricas ...............................................69 Figura 28. Tela de supervisão de harmônicos ...........................................................70 Figura 29. Tela de relatório de energia elétrica .........................................................70 Figura 30. Imagem em satélite da empresa Technicolor ............................................73 Figura 31. Inversor Grid-Tie da Outback Power TM.................................................76 Figura 32. Banco de acumuladores em um sistema fotovoltaico................................76 Figura 33. Controlador de carga da Outback Power Systems ....................................77 Figura 34. Exemplo de painéis solares instalados em suporte metálico .....................79 Figura 35. (a) Conectores do tipo MC4 macho e fêmea; (b) Conectores MC4 para ligações em paralelo e (c) Exemplo de conexão dos cabos MC4 com os painéis ......79 Figura 36. Sala de controle do Sistema Fotovoltaico da LACTEC na UFPR .............80 Figura 37. Representação do conceito de desempenho energético .............................85 Figura 38. Consumo de energia elétrica geral da fábrica (dados em kWh) ................88 Figura 39. Relação entre a demanda e o consumo de energia elétrica entre janeiro/2013 e setembro/2014 ..................................................................................89 Figura 40. Demanda medida no período de 1°/agosto a 28/agosto de 2014 ...............90 Figura 41. Consumo de energia elétrica das lâmpadas do ambiente de estudo medido entre 1° e 28/agosto ....................................................................................90 Figura 42. Demanda medida no período de 1°/setembro a 28/setembro ....................91 Figura 43. Consumo de energia elétrica das lâmpadas do ambiente de estudo, medido entre 1°/setembro a 28/setembro .................................................................91 Figura 44. Diagrama com o resultado, em lux, das medições em cada malha ............92 Figura 45. Diagrama com comportamento do nível de iluminação em relação ao ponto médio medido ...........................................................................................93 Figura 46. Posto de trabalho com luminária adicional ...............................................94 Figura 47. Isolinhas dos níveis de iluminância medidos no ambiente estudado .........95 Figura 48. Consumo durante o mês de agosto de 2014 ..............................................96 Figura 49. Consumo ocorrido em 1° de agosto de 2014 ............................................97 Figura 50. Consumo do dia 02 de agosto de 2014 .....................................................97 Figura 51. Consumo do dia 03 de agosto de 2014 .....................................................98 Figura 52. Consumo de energia medido nas quatro semanas de medição de setembro..................................................................................................................99 Figura 53. Demandas máximas – média de uma curva de carga do dia 01/08/14 ..... 100 Figura 54. Demanda medida nas quatro semanas de medição do mês de agosto ...... 101 Figura 55. Demanda medida nas quatro semanas de medição do mês de setembro................................................................................................................ 102 Figura 56. Demanda máxima média da curva de carga do dia 12 de setembro ........ 102 Figura 57. Curvas de corrente e tensão médios diários em agosto ........................... 103 Figura 58. Curvas de corrente e tensão médios diários em setembro ....................... 104 Figura 59. Curva de carga diária nos meses de agosto e setembro ........................... 104 Figura 60. Comparativo de iluminância das lâmpadas utilizadas na área de estudo ............................................................................................................... 108 Figura 61. (a), local de instalação do sistema fotovoltaico e (b), local da sala de controle do sistema ................................................................................ 110 Figura 62. Vista lateral dos suportes metálicos e instalação da 1ª fileira de painéis ................................................................................................................... 113 Figura 63. Configuração da montagem de um bloco gerador de paineis fotovoltaicos.......................................................................................................... 113 Figura 64. Ligações elétricas dos painéis ................................................................ 114 Figura 65. Esquema de ligação elétrica dos painéis ................................................. 114 Figura 66. Vista dos condutores chegando ao barramento ....................................... 115 Figura 67. Disjuntores dos painéis .......................................................................... 115