Com a meta de reduzir o consumo de energia elétrica em todas as plantas da empresa, a Schattdecor Brasil se propôs otimizar e modernizar instalações, processos e equipamentos. Nesse contexto, a Thermique foi contratada para a elaboração do estudo de viabilidade e desenvolvimento do projeto executivo para modernização da Central de Água Gelada (CAG) da planta de Impressão, localizada em São José dos Pinhais, região metropolitana de Curitiba – PR.

A implantação do projeto resultou na redução de 60% no consumo de energia elétrica.  O resultado está associado, principalmente, ao elevado controle de capacidade de todo o sistema, desde a produção de água gelada, com uso de chiller com compressor parafuso inverter e controle de condensação com ventiladores acionados por inversores de frequência, quanto na distribuição, com a associação e operação paralela-simultânea de bombas hidráulicas comandadas por sistema de comando e automação dedicado

O sistema existente e escopo dos serviços realizados pela Thermique

A CAG anteriormente era constituída por um chiller de 385 TR, com bombas primárias e bombas secundárias, operado com fluxo de água constante. A água resfriada pelo chiller era armazenada em um tanque de inércia, incorporado ao chassi do chiller, e succionada pelas bombas hidráulicas secundárias que distribuíam água gelada para diferentes setores da planta.

A Thermique foi contratada para a elaboração do estudo de viabilidade e projeto executivo para modernização da Central de Água Gelada (CAG) da planta de impressão, da Schattdecor. O estudo de viabilidade técnica e econômica mostrou o potencial de redução de energia elétrica previsto com a substituição de equipamentos e modernização do sistema, operando nas condições reais de uso, avaliando aspectos como:

• Perfil de temperatura externa e frequência de ocorrências;
• Variação da carga térmica ao longo do mês e ano;
• Desempenho do sistema em cargas parciais;
• Avaliação de alternativas e composição de equipamentos;
• Avaliação do retorno do Investimento

Para efeitos de redução de consumo de energia, para temperaturas externas inferiores a 15°C foi considerado o desligamento do sistema.

Indiferente à carga térmica adotada, os percentuais de economia gerados na simulação apresentam elevada confiabilidade e o percentual de erro é inferior a 5%.

Conforme verificado, a carga térmica do sistema é extremamente variável, não somente pelas condições externas, mas também pela característica de uso do sistema, sendo recomendado equipamentos com elevado controle de capacidade e com ótimo desempenho quando operando em cargas parciais, condição de operação do sistema na maior parte do tempo.

A partir da definição das condições operacionais foram apresentadas e avaliadas duas alternativas para a composição da CAG, e seus respectivos índices de performance (IPLV), sendo:

• OPÇÃO 1 – Chiller parafuso inverter condensação a ar e sistema de bombeamento com bombas verticais tipo in line.
• OPÇÃO 2 – Chiller parafuso inverter condensação a ar e sistema de bombeamento com bombas convencionais base-luva acionadas com inversor de frequência.

Apesar das opções apresentarem períodos similares para o retorno do investimento – 3,53 anos para a opção 1 e 3,77 anos para a opção 2 -, a primeira opção ainda apresentou uma economia adicional da ordem de R$ 34.518 R$/ano, devido ao sistema de bombeamento hidráulico sendo a solução adotada para o desenvolvimento do projeto executivo.

Desenvolvimento do projeto executivo e soluções

Todo o projeto foi desenvolvido com uso de ferramentas de simulação energética e modelagem BIM (Building Modeling Information), conferindo maior precisão e confiabilidade, já que permitiu a avaliação e validação prévia das soluções de encaminhamentos de tubulações e posicionamento de equipamentos, de acordo com as limitações estruturais e físicas da edificação, mitigando as interferências com outras instalações na fase de execução da obra, tornando o processo de implantação mais rápido e seguro.

De acordo com o engenheiro Paulo Henrique dos Santos, que esteve à frente do projeto representando a Termique, o trabalho não se limitou apenas na substituição de equipamentos, mas numa solução completa de engenharia com aplicação de conceitos técnicos, tecnologias e ferramentas para modelagem e simulação energética, e, principalmente, soluções em sistema de controle e supervisão.

Dentre as principais características na elaboração do projeto destacam-se:

Tecnologia

Todo o projeto foi desenvolvido com uso de ferramentas de simulação energética e modelagem BIM conferindo maior precisão e confiabilidade.

Equipamentos de alta eficiência e confiabilidade

Os equipamentos foram selecionados e projetados para operar com elevado controle de capacidade, segurança operacional e facilidade de manutenção, conferindo à nova CAG uma operação eficiente e confiável.

Conceito de projeto

O sistema de distribuição de água gelada composto por duas bombas no anel primário e seis bombas para os anéis secundários, operando com vazão constante, foi substituída para um sistema de bombeamento primário variável com operação paralelo-simultâneo com o intuito de reduzir o número de equipamentos em operação e conferir ao sistema maior controle de capacidade, promovendo a curva de operação ajustada à curva de demanda. Para tanto, foi projetado e instalado um sistema de controle e automação exclusivo para as bombas hidráulicas a fim de obter máximo rendimento e eficiência dos equipamentos.

Em condições normais, as bombas operam simultaneamente com rotações específicas reduzidas otimizando o consumo de energia pelo sistema de bombeamento, entretanto, em caso de falha e/ou parada para manutenção de um dos equipamentos, uma única bomba é capaz de atender, a plena carga, as condições de operação da planta sem comprometer a produtividade dos processos do cliente.

O fator determinante para a substituição das bombas hidráulicas foi o ganho de desempenho energético que traria à nova CAG quando combinado o controle de capacidade do chiller com o controle de vazão das bombas, operando de acordo com a variação de carga térmica das instalações, principalmente em cargas parciais.

Aplicação de novos materiais

Toda a tubulação de água gelada da nova CAG, até os pontos de ligação ao sistema existente, foram executadas com tubos de PVC-U por apresentarem características e propriedades que contribuem para a otimização do desempenho do sistema.

Dispositivos de controle e qualidade da água

Dispositivos de pressurização e qualidade da água foram instalados para garantir máxima performance e confiabilidade de operação do sistema, como:

• Separador de microbolhas e sujeira: foi adicionado ao sistema como um dispositivo de proteção auxiliar com a finalidade de garantir a segurança, performance, desempenho e vida útil do chiller, bombas e válvulas. Graças ao efeito ciclônico, a pressão no centro do dispositivo fica abaixo da pressão do sistema causando desprendimento de bolhas de ar presentes na água, que são expelidas do sistema pelo purgador de ar automático instalado na parte superior do equipamento; além disso, a cada ciclo de operação, o separador reduz a presença de partículas de sujeira da rede hidráulica que se depositam no interior dos equipamentos, causando o baixo rendimento e até mesmo falha de operação.
• Tanque de expansão pressurizado: O tanque de expansão pressurizado foi utilizado pela necessidade de absorver a variação de pressão interna do sistema causado principalmente pelo aumento de temperatura da água. O dispositivo garante a pressão positiva da linha em relação à pressão atmosférica evitando a admissão de ar para dentro do sistema, a qual pode causar danos a tubulação e equipamentos, reduzindo o rendimento do chiller, bombas e válvulas.

Substituição de chiller por um trocador de calor a placas

A instalação existente contava com um chiller de 15 TR dedicado ao processo de resfriamento das bobinas da laqueadora, equipamento de impressão, já que a temperatura de fornecimento de água para esse equipamento deveria ser superior à temperatura do ponto de orvalho do ambiente para evitar a condensação do vapor d’água sobre a superfície das bobinas de impressão, causando a perda de qualidade no processo.

O chiller foi substituído por um trocador de calor a placas equipado com válvula de controle proporcional e sistema de automação independente para o controle de temperatura de avanço para o equipamento de impressão através do balanço de massa e energia entre os fluxos de água, resultando em economia de energia, maior controle de capacidade, baixa manutenção e aumento da vida útil do sistema.

Válvulas de controle e balanceamento

Válvulas de controle e balanceamento foram instaladas com o objetivo promover maior autoridade no controle de vazão de água para as unidades terminais (fancoils) assim como garantir a estabilidade das condições operacionais do sistema para maximizar o desempenho de chiller e bombas.

Substituição de bombas por válvulas de controle

As antigas bombas de água gelada responsáveis pelo fornecimento de água para o edifício administrativo foram substituídas por uma válvula de balanceamento (STAF-SG) e uma válvula reguladora de pressão diferencial (PILOT-R) com a finalidade de garantir a vazão e pressão necessária para atendimento dos fancoils responsáveis pela climatização do edifício, uma vez que o sistema de bombeamento foi totalmente modificado, promovendo economia de energia e baixa manutenção.

Facilidade de manutenção

Os principais equipamentos da CAG foram selecionados para permitir facilidade de manutenção. O chiller do sistema é equipado com compressores tipo monorotor inverter, que apresenta importantes características relacionadas à manutenção, quando comparado aos compressores parafuso duplo rotor:

• Vida útil: os compressores tipo monorotor inverter possuem satélites construídos com tecnologia aeroespacial que evita o contato metal–metal, comum em compressores duplo rotor, o que provoca o desgaste do fuso e ruído excessivo. Os compressores monorotor inverter são projetados para até 100.000 horas de operação contínua.
• Material de sacrifício: Os satélites são projetados como componentes de sacrifício, sendo assim, a sua substituição pode ser realizada em campo sem a necessidade de retificação do fuso principal.
• Manutenção: O compressor foi projetado com flanges de acesso para inspeção e substituição de mancais, rolamentos e todas as partes móveis.
• Bombas hidráulicas: Permitem acesso a todos os componentes do selo mecânico, principal item de manutenção, com o procedimento também realizado em campo, sem a necessidade de desmontagem do equipamento da tubulação hidráulica.

Logística de instalação

O projeto foi desenvolvido de forma que a implantação da nova CAG não comprometesse a produtividade da planta com a parada do chiller e bombas existentes, sendo executada em paralelo à CAG existente, conferindo ao processo uma transição segura e confiável.

Acompanhamento da execução

Na fase de execução da obra a Thermique esteve presente ao lado da Schattdecor e da empresa instaladora, C&C Service, oferecendo apoio técnico para avaliação e definição de especificações de materiais e aprovação de equipamentos, gestão e resolução de conflitos.

Concurso Clima Latino

Durante a Refriaméricas, realizada em julho no Centro de Convenções do Aeroporto de Miami, EUA, foi realizada a primeira edição do concurso Clima Latino, com o objetivo de eleger a melhor instalação de AVAC-R na região. O projeto Schattdecor Brasil foi o representante do país no evento e escolhido para a fase final do concurso, ao lado das empresas RSF Refrigeracion y Soluciones de Frio (Costa Rica), Weston (Colombia) e Companía Climatizadora (Panamá).

A matéria foi elaborada a partir das informações prestadas por Paulo Henrique Santos, autor do projeto e diretor técnico da Thermique.