Discrete Automation and Motion 7|11 Infomarketing - Reduzindo as emissões de carbono Análises de recuperação ambiental com accionamentos ABB Jukka Tolvanen, Timo Miettinen – As declarações ambientais do produto (DAP) tentam descrever as consequências ambientais de fabricar uma peça específica de um equipamento. O problema com esta abordagem é que não considera os benefícios obtidos pela utilização futura do equipamento. A ABB está por isso a desenvolver uma nova forma de avaliar o impacte ambiental de um equipamento ao longo e além do seu tempo de vida operacional, considerando os custos de produção, a sua utilização e o seu potencial de reciclagem, fornecendo um valor para o retorno sobre o capital natural (RNC). Calculando o RNC, um cliente pode avaliar o tempo de recuperação do investimento feito no equipamento. A avaliação de accionamentos de velocidade variável (VSD), por exemplo, disponibilizaria um indicador sobre quanto tempo o equipamento teria de operar antes de compensar a pegada de carbono gerada durante o seu fabrico. As DAP actuais não consideram as poupanças de energia efectuadas através do tempo de vida operacional do equipamento. O uso de VSD em indústrias que usam bombas e ventiladores resultaria em poupanças significativas. Uma avaliação do RNC de um VSD disponibilizaria um indicador sobre quanto tempo o equipamento teria de operar antes de compensar a pegada de carbono gerada durante o seu fabrico. Os motores eléctricos representam cerca de 65% da energia industrial usada; no entanto, cerca de 20% desta energia é perdida através dos métodos usados para controlar as suas velocidades. Frequentemente a velocidade dos motores é controlada por algum tipo de mecanismo de limitação. O motor em si opera à velocidade total, mas as válvulas num sistema de bombagem ou as pás numa aplicação de ventilação são ajustadas para variar a sua velocidade operacional efectiva. Da mesma forma, podem ser usadas engrenagens e correias para regular a velocidade de máquinas rotativas, mas uma vez que o motor que acciona a operação continua a operar à velocidade total, esses mecanismos são inerentemente ineficientes e geram um desperdício de energia. As melhorias na eficiência operacional dos accionamentos industriais podem potenciar grandes poupanças e ajudar na redução das emissões de CO2. Existem duas grandes formas onde o consumo de energia para motores eléctricos pode ser reduzido: – Implementando um controlo eficiente ao longo da velocidade a que operam – Aumentando a eficiência dos próprios motores Em aplicações de bombagem e ventilação o uso de accionamentos de velocidade variável pode reduzir as contas energéticas até 60%. Uma bomba ou ventilador a funcionar a metade da velocidade consome apenas um quarto da energia de uma unidade a trabalhar à velocidade total. A velocidade de um motor pode ser ajustada alterando a tensão e a frequência da sua alimentação de potência. A electricidade CA é fornecida a uma tensão e frequência fixa, o que significa que um motor CA irá operar continuamente a uma velocidade fixa. Alterando a tensão e frequência, a velocidade de um motor CA pode ser ajustada. Uma alteração na frequência resulta numa mudança correspondente na velocidade do motor (e binário). Isto significa que a velocidade do motor e, por isso a velocidade do equipamento accionado, pode ser definida de acordo com os parâmetros de produção externos, ir, taxa de fluxo ou temperatura, alterando a tensão e frequência da alimentação de potência. Os accionamentos de velocidade variável (VSD) fornecem um sistema pelo qual a tensão e frequência da potência fornecida para o motor podem ser variada e controlada. Recuperação ambiental Muitos motores operam a menos da sua capacidade total, embora funcionem à velocidade total. Os VSD são desenhados para variar a velocidade do motor, para que a menor quantidade de energia seja consumida durante a operação dos motores. Esta redução no consumo de energia pode ser quantificada em dias de recuperação ambiental. Este é o tempo que o VSD necessita para compensar as emissões de CO2 (dióxido de carbono) efectuadas durante a sua produção. Com accionamentos maiores a redução do consumo de energia do motor pode compensar a energia requerida para fabricar o VSD em menos de um dia de operação. Isto significa que os dias de operação subsequentes vão reduzir efectivamente as emissões de CO2 que de outra forma ocorreriam se fossem usados métodos convencionais para regular a velocidade do motor. Regulação de motores pequenos Embora a eficiência dos motores tenha melhorado, em média 3%, ao longo da última década, poderiam ser ainda obtidas poupanças mais significativas uma vez que as pequenas reduções na velocidade provocam grandes impactos no consumo de energia. Estima-se que os accionamentos CA fornecidos pela ABB ao longo dos últimos dez anos para controlo de velocidade de 1. A base instalada de accionamentos ABB de baixa tensão poupou cerca de 170 TWh em 2008 180 160 140 TWh 120 100 80 60 40 20 0 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 Ano Poupança de energia em 2008 equivalente ao consumo de mais de 42 milhões de lares na UE-27 por ano. 2 Reduzindo as emissões de carbono | Discrete Automation and Motion As melhorias na eficiência operacional dos accionamentos industriais podem potenciar grandes poupanças e ajudar na redução das emissões de CO2. bombas e ventiladores tenham reduzido o consumo de energia em cerca de 170 MWh por ano -1. Isto é equivalente ao consumo médio anual de electricidade de mais de 42 milhões de lares Europeus. Isto corresponde a uma redução média de emissões de CO2 de mais de 140 milhões de toneladas por ano. Apesar das vantagens óbvias de poupança energética, 97% de todos os motores em aplicações inferiores a 2.2 kW, não possuem qualquer forma de controlo de velocidade. Isto corresponde a cerca de 37 milhões dos motores industriais vendidos anualmente em todo o mundo, embora os pequenos VSD estejam cada vez mais baratos para que o tempo de retorno financeiro de um VSD seja entre seis meses e dois anos, dependendo da aplicação (dois anos para a maioria das aplicações de bombagem e de ventilação). Produção versus utilização O termo, declaração ambiental do produto (DAP) é frequentemente usado para descrever o impacto da produção no ambiente. O problema com esta abordagem é que está focalizada apenas na etapa de fabrico e não considera o impacto ambiental do futuro uso do equipamento -2. A recuperação ambiental, por outro lado, é calculada como o período de tempo requerido através do uso de um produto para que possa compensar o fardo ambiental provocado pela sua produção. Isto é por vezes mencionado como o retorno no capital natural (RNC). Os dados das emissões do DAP demonstram que a pegada de carbono do fabrico de um accionamento ACS800 250kW é 3.65kg CO2 / kW ou um total de 912.5kg CO2 / accionamento ACS800 250kW. Estudos realizados na Universidade Tempere de Tecnologia indicam que a informação de recuperação ambiental para o mesmo accionamento, em termos de potencial de aquecimento global (GWP), é 0.5 dias. Por outras palavras, ao operar um accionamento apenas durante meio-dia, é possível compensar totalmente as emissões de carbono efectuadas durante o seu fabrico. A pegada é então “negativa” uma vez que o accionamento baixa as emissões para o motor que controla ao longo do seu tempo de vida operacional -3. O fabrico de VSD de peso inferior produz obviamente emissões de CO2 mais baixas que as produzidas quando se fabricam VSD de classe industrial. No entanto, o tempo de recuperação ambiental é menor para accionamentos maiores. Isto é devido ao facto de os accionamentos maiores pouparem quantidades consideráveis de energia e por isso produzirem um maior impacto na redução de emissões de CO2. Numa aplicação típica de bombagem ou ventilação um VSD poupa 50% do consumo de energia dos motores. Consumo de energia Os cinco maiores factores que afectam o período de recuperação ambiental de um VSD são: – o uso de energia do accionamento – o fabrico de placas electrónicas – a montagem final – a carcaça – os condensadores O factor mais importante que influencia o tempo de recuperação ambiental de um VSD é a energia consumida pelo accionamento durante o seu funcionamento. Isto pode ser melhorado não apenas pela optimização do controlo e eficiência do VSD, mas também pela optimização da eficiência de todo o equipamento no sistema, ie, motor, bomba, ventilador ou extrusora. Podem ser efectuadas mais poupanças através de melhorias do desenho e optimização da utilização do accionamento. Baixas emissões de fabrico Durante o fabrico de VSD, o factor mais importante que influencia o tempo de recuperação ambiental é a produção dos componentes electrónicos. Mais de 50% das emissões de CO2 são geradas durante a sua produção. Aqui o fabrico de placas electrónicas cria o fardo ambiental mais pesado. O seu transporte é geralmente menos significativo, desde que não sejam movimentadas por via aérea. O processo de fabrico pode ser optimizado para reduzir as emissões, ie, o uso de peças modulares intermutáveis que podem ser montadas facilmente, ajuda a optimizar o processo de montagem, aumentando a eficiência da 2. Dados da declaração ambiental do produto (DAP) para o accionamento industrial da ABB, ACS800, 250 kW – emissões Efeito ambiental Unidade equivalente Fase de fabrico Utilização Potencial aquecimento global (GWP) kg Co2 / kW 3.65 1,570 Potencial de acidificação (AP) kmol H + / kW 0.00 0.27 kg O2 / kW 0.05 18.20 Potencial de destruição do ozono (ODP) kg CFC-11 / kW 0.00 0.00 Oxidantes fotoquímicos (POCP) kg etileno / kW 0.00 0.27 Eutrofização Discrete Automation and Motion | Reduzindo as emissões de carbono 3 3. Recuperação ecológica (em dias) para três tipos de accionamentos ABB Produto Potência kW Fase GWP ACS140 0.75 6 ACS350 7.5 1.1 4. Uma tabela MET pode ser usada para avaliar os diferentes componentes da carga ambiental de um produto – Fabrico ACS800 250 Product AP EP 0.5 POCP ACS140 6.0 8.0 15.0 ACS350 0.9 1.2 1.3 ACS800 0.4 0.9 1.0 Pressupostos: o accionamento fornece 50% de poupança energética em aplicações típicas de bombagem e ventilação, usando uma mistura média de electricidade UE-25. Materiais Energia Toxicidade – Peso (kg) – entradas materiais principais – Materiais recuperados – Plásticos (kg) – Metais valiosos (kg) – Circuitos impressos e cartas electrónicas) (kg, mm2, camadas) – Água usada nos processos (l) – Químicos (kg) – Volume (m3) – Consumo de energia de processos de fabrico (kWh) (R&D, equipamento e fábrica de produção alocados para um produto) – Químicos usados no fabrico (quantidades, toxicidade, ...) – Emissões dos processos de fabrico – Materiais de interesse (a serem separados no fim da vida) Em aplicações de bombagem e ventilação o uso de accionamentos de velocidade variável pode reduzir as contas energéticas até 60%. Abordagem holística Os fabricantes tentaram descrever a ferramenta ambiental de uma peça específica de equipamento durante o seu processo de fabrico, através de uma declaração ambiental do produto (DAP). O problema com esta abordagem é que não é prestado atenção ao uso futuro do equipamento. produção e ajudando a reduzir o inventário, especialmente quando a mesma peça é usada para fabricar diferentes modelos. Tal facilidade de montagem pode ainda ajudar com o processo de desmontagem, o que significa que as peças podem ser facilmente classificadas para possível reutilização. Tais considerações significam que a selecção de matériasprimas para fabrico é cada vez mais importante. Em vez de DAP, a ABB tem desenvolvido uma nova forma de prever os custos ambientais do tempo de vida do produto. Com estes cálculos da recuperação ambiental é possível demonstrar que o fardo ambiental do fabrico de um VSD é recuperado em dias, dependendo do tamanho e da utilização do VSD. O uso de produtos e sistemas ecoeficientes contribui para a redução da carga ambiental. Considerar a reciclagem eficiente de VSD no fim da fase de vida de um produto, ajuda a reduzir o seu impacto no ambiente, seja pela reutilização de materiais ou pela extracção do seu conteúdo energético. Por exemplo, as peças em alumínio podem ser refundidas, o que evita o elevado custo do impacto ambiental da extracção do alumínio. Para avaliar a carga ambiental de um produto, factores nas diferentes fases da produção podem ser reunidos numa tabela MET (MET; materiais, energia e toxicidade). Aqui apresentamos a linha para fabrico -4. A tabela inclui normalmente linhas de matérias-primas e a produção de matériasprimas e componentes; o seu uso e a sua utilidade no fim da vida de um produto. Apesar das vantagens óbvias de poupança energética, 97% de todos os motores em aplicações inferiores a 2.2 kW, não possuem qualquer forma de controlo de velocidade. Para mais informações: ABB, S.A. Discrete Automation and Motion Quinta da Fonte, Edifício Plaza I Tel: +(351) 214 256 000 Fax: +(351) 214 256 290 [email protected] www.abb.pt