Ar comprimido na indústria: quais são as otimizações energéticas obtidas com a digitalização?

No setor da indústria, 5 a 10% dos consumos de eletricidade são imputados ao ar comprimido. Encontramo-lo em quase todos os setores industriais: produção de aço, de vidro ou de cimento, agroalimentar, etc. Assim, é oportuno debruçarmo-nos sobre a monitorização e a otimização da sua utilização nas instalações. Que benefício podemos tirar da digitalização para otimizar uma instalação?

schéma air comprimé portugais

Ar comprimido: produções e aplicações

Produção de ar comprimido

VPT

Sabia que 90% do consumo energético de uma rede de ar comprimido tem origem nos compressores? Este equipamento energívoro é, assim, um aspeto que merece a nossa atenção. No entanto, outros equipamentos geralmente necessários (secadores, filtros, depósitos, etc.) não devem ser negligenciados.

Estes vários componentes implicam a recolha de um grande número de dados. Fornecem-nos um melhor conhecimento da fábrica e das áreas a otimizar. Graças à digitalização, aliada às competências dos engenheiros em energia, a monitorização, e depois a otimização dos equipamentos industriais de ar comprimido, pode ser uma alavanca importante de melhoria do desempenho energético.

 

Schéma air comprimé-VPT 3

 

Quais são os consumos?

O ar produzido alimenta vários tipos de utilizações:

  • ar de processo, geralmente misturado com um produto para a limpeza, polimento, microareação, criogenia (à base de CO2), pintura e humidificação por pulverização:
    • Cabinas de pintura
    • Processamento de plásticos (sopradores)
    • Engarrafamento
  • comando pneumático e controlo de robôs automatizados, em particular na indústria têxtil, de impressão ou de embalagens 
  • funcionamento de ventosas com venturi que equipam as cadeias de montagem para o fabrico de metais e alumínio, mas também na indústria da madeira e do plástico ou ainda na área médica
  • transporte de produtos em pó e granulados, nomeadamente nas indústrias cimenteira ou cerealífera
  • fabrico de vidro oco que exige débitos de ar importantes para formar o produto.

 

A solução METRON permite digitalizar os sistemas de produção de ar comprimido, mas também as utilizações e, desta forma, proporcionar transparência a este vetor. Isto melhora a eficácia da produção, da distribuição e das utilizações finais, sejam elas quais forem. A produção e o consumo são considerados para uma otimização completa do sistema de ar comprimido.

 

Big Data e inteligência artificial: como monitorizar e otimizar os processos à base de ar comprimido com a digitalização?

 

Um dos desafios do ar comprimido é poder otimizar o consumo energético sem que isso tenha impacto nos processos e assegurando o débito correto, as pressões corretas e a qualidade do ar em qualquer momento.

Que dados devem ser recolhidos para o ar comprimido?
  • O consumo elétrico da central e dos compressores
  • O débito de ar produzido
  • Os débitos dos vários elementos consumidores (se disponíveis)
  • A qualidade do ar (pressão, humidade, etc.) na saída da central e na rede
  • As condições do ar exterior (humidade, temperatura, pressão)

Recolher os dados implica, antes de tudo, poder aceder aos históricos de consumo. De facto, a importação dos dados históricos permite obter uma imagem mais representativa dos funcionamentos anteriores da central do ar e dos elementos consumidores. Contudo, sendo estes sistemas estáveis, é possível obter KPI representativos após alguns meses de observação, mesmo sem a ajuda do histórico.

 

Este processo de digitalização do ar comprimido é, geralmente, executado em 3 fases, segundo a maturidade das instalações e os dados disponíveis.

 

1. Monitorização básica

A primeira etapa, a elaboração de um relatório e a seleção dos KPI corretos, permite melhorar o nível de detalhe do seguimento, ganhar tempo e obter uma maior visibilidade sobre as utilizações, nomeadamente a sua decomposição por área. Apesar de ser simples, esta parte comporta já muitas informações. Facilita o controlo dos consumos e confere mais transparência ao seio da fábrica.

 

2. Monitorização avançada

Algumas soluções, como a solução METRON, permitem a normalização dos consumos efetuados graças ao poder de cálculo dos algoritmos de aprendizagem automática (machine learning) e às competências dos engenheiros em energia. Desta forma, os industriais que desejem ir mais longe na monitorização das suas instalações, obtêm consumos de referência.

O cruzamento dos dados da fábrica com os dados exteriores à central do ar (produção das oficinas, meteorologia, etc.), permite, de facto, construir modelos de referência precisos e com um bom nível de detalhe. O valor acrescentado? Beneficiar de alertas rápidos em caso de desvio e, assim, consolidar os ganhos durante projetos de eficiência energética.

3. Otimizações

O último ponto-chave deste processo é a otimização. O cruzamento do conjunto dos dados monitorizados com as bases de conhecimento da atividade permite a identificação e a avaliação de projetos de eficiência energética. A isto juntam-se os métodos de modelização, a integração das competências na atividade e o poder dos algoritmos de otimização para realizar simulações a fim de quantificar os ganhos potenciais.

 

Alguns exemplos concretos de otimização:

  • Otimização das regras de ativação dos compressores para dar resposta ao perfil de débito (sequenciamento ideal)
  • Detetar e avaliar as oportunidades clássicas (instalação do compressor de velocidade variável, modificação do ponto de regulação da pressão, desobstrução dos filtros, etc.)
  • Detetar fugas e utilizações anómalas
  • Simular outras configurações da central (ex.: renovação do compressor, adição de tampões, etc.)

 

Contexto: Uma fábrica de cerveja na Ásia.

Produção de cerveja de cerca de 4000 k hl por ano:

Consumo anual da fábrica

  • Eletricidade: 42 GWh/ano (dos quais 10% para o sistema de ar comprimido)
  • Gás natural líquido: 10000 k NM3/ano
  • Fatura de energia: 12 M $/ano

Âmbito: Sistema de ar comprimido

 

Objetivos: O primeiro desafio do cliente foi digitalizar e melhorar a gestão energética da fábrica. Um outro desafio foi propor um novo sequenciamento dos compressores que permitisse respeitar a solicitação de ar comprimido ao mesmo tempo que se minimizava o consumo e, desta forma, se otimizava os custos.

 

Ações: Graças à solução METRON-EVA® factory, as equipas adaptaram em tempo real o sequenciamento para reduzir os custos tendo-se, simultaneamente, conservado o volume de produção.

Alcance do serviço:

Gestão dos desempenhos do consumo e das fugas

  • Alertas de obstrução de filtros
  • Sequenciação e otimização do sistema de ar comprimido
  • Adaptação da sequenciação para dar resposta às solicitações com o menor custo
  • Modelização e previsão do ponto de orvalho
  • Definição de um KPI para cada central e produção total de ar
  • Avaliação do retorno do investimento para um secador novo que minimizasse o desperdício do ar comprimido

 

Resultados: Monitorização de ponta, alertas em tempo real, sequenciamento e otimizações que permitiram alcançar

Poupanças concretizadas: 2%/ano; Potencial: 4,1%/ano, ou seja 256 MWh no total; 2 dias/homem de tempo ganho e um potencial de -256 MWh de eletricidade consumida, o que corresponde a uma redução das emissões de GEE de -136 toneladas de CO2/ano

 

Os industriais podem hoje contar com a digitalização para desenvolver inteligência energética nas suas instalações de produção, tanto na parte do ar comprimido, como em outros vetores energéticos.

O objetivo? Poder visualizar e controlar o seu consumo de eletricidade ao longo do tempo graças a uma ferramenta de monitorização evolutiva e adaptada ao seu nível de maturidade. O sistema, implementado e mantido no seu desempenho ideal todos os dias, é também capaz de avaliar modificações na área e procurar sistematicamente otimizações sobre o consumo e produção do ar para permitir poupanças de energia e ganhos de produtividade. E você? Está pronto para a digitalização da sua fábrica?