Gerenciamento de demanda e eficiência energética

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO 
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO 
PROJETO FINAL DE CURSO 
 
 
 
Gerenciamento de Demanda e Eficiência 
Energética em uma Indústria de Separação 
de Gases do Ar 
 
 
 
 
 
por 
 
CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Recife, Junho de 2010. 
 
2 
 
UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO 
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
Gerenciamento de Demanda e Eficiência Energética na Separação 
de Gases do Ar 
 
 
 
por 
 
CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA 
 
 
 
Monografia apresentada ao curso de Engenharia 
Elétrica da Universidade de Pernambuco, como 
parte dos requisitos necessários à obtenção do grau 
de Engenheiro Eletricista. 
 
 
 
ORIENTADOR: EDUARDO HENRIQUE DINIZ 
FITTIPALDI 
 
 
 
Recife, Junho de 2010. 
 
© Carlos Eduardo Oliveira Barbosa, 2010 
 
3 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradeço aos meus pais e irmãos que sempre foram uma fonte de apoio e inspiração. 
Agradeço ao meu professor orientador Eduardo Henrique Diniz Fittipaldi pela 
oportunidade e pelo apoio ao longo do projeto. Aos amigos e engenheiros Bentto Fellipe e 
Romulo Rianzi pela ajuda na elaboração do estudo. 
Agradeço principalmente a Deus por todos os dias da minha vida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
Resumo da Monografia apresentada ao curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica de 
Pernambuco. 
 
Eficiência Energética na Separação de Gases do Ar 
 
CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA 
Recife, Junho de 2010 
 
Orientador: Eduardo Henrique Diniz Fittipaldi 
Área de Concentração: Combate aos desperdícios de energia elétrica na indústria. 
Palavras-chave: Eficiência Energética, Separação dos Gases do Ar, Redução de Energia 
Elétrica na Indústria. 
Número de Páginas: 48. 
 
O presente projeto tem como objetivo estudar e apresentar a utilização da energia 
elétrica em uma unidade de separação de gases do ar com o intuito de diagnosticar e 
apresentar melhorias no consumo de forma economicamente viável tentando além de diminuir 
o gasto com a energia, elaborar estratégias para consumir menos e de forma mais inteligente. 
Para ser feito este trabalho, é necessário realizar o levantamento de carga da unidade, estudar 
o levantamento e fazer o diagnóstico propriamente dito explicitando os desperdícios no 
consumo de energia ou erro de contratação de energia e por fim, apresentar possíveis 
mudanças e o custo benefício para fazê-las. No final deste trabalho, após toda a analise 
realizada no campo e em literatura, foi encontrada uma solução que necessitava apenas de 
planejamento, sem investimento, do consumo ao longo ano, mas o melhor resultado obtido foi 
a redução de aproximadamente 20% do custo com a energia elétrica obtido pela mudança de 
nível de tensão de fornecimento da empresa de separação de gases. O tempo de retorno do 
investimento relacionado foi de 1 ano e 3 meses. 
 
 
 
 
 
 
5 
 
Abstract of Dissertation presented to UPE. 
 
 
Energy Efficiency in Air Gases Separation 
 
 
CARLOS EDUARDO OLIVEIRA BARBOSA 
 
June/2010 
 
 
 
Supervisor: Eduardo Henrique Diniz Fittipaldi 
Area of Concentration: Tackling the waste of energy in industry. 
Keywords: Energy Efficiency, Air Gases Separation, Reduction in Electric Power 
Industry. 
Number of Pages: 48. 
 
 This project aims to study and present the use of electricity in a air gas separation unit 
with the aim of diagnosing and show improvement in the consumption of an economically 
viable than trying to reduce spending on energy, develop strategies to consume less and 
smarter. To be doing this work, it must perform the lifting load of the unit, study the survey 
and make the proper diagnosis explaining the wasteful consumption of energy or error of 
contracting energy and finally, discuss possible changes and cost-effective to do them. At the 
end of this work, after all the analysis performed in the field and in literature, was found a 
solution that required only of planning, without investment, consumption throughout the year, 
but the best result was a reduction of approximately 20% of the cost the electrical energy 
obtained by changing the voltage level of the company's supply gas separation. The time of 
return of the investment was 1 year and 3 months. 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
Simbologia Descrição 
 
°C 
Bar 
cv 
kWh 
Unidade de temperatura – Grau Celcius 
Unidade de Pressão 
Unidade de Potência – Cavalos a vapor 
Unidade de Energia – Quilowatt-hora 
kW Unidade de Potência – Quilowatt (Pa) 
kVA 
kVArh 
Unidade de Potência – Quilovolt-Ampere (Ps) 
Unidade de Potência – Quilovolt-ampere reativo hora 
kV 
TWh 
 
Unidade de Tensão – Quilovolts 
Unidade de Potência – Terawatt hora 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
LISTA DE ABREVIATURAS / SIGLAS 
 
Termo Descrição 
 
ABNT 
ACL 
ACR 
ANEEL 
CELPE 
CHESF 
COLDBOX Cold Box 
DCA Direct Contact Aftercooler 
EPE 
HSA 
HSV 
Associação Brasileira de Normas Técnicas 
Ambiente de Contratação Livre 
Ambiente de Contratação Regulada 
Agência Nacional de Energia Elétrica 
Companhia Energética de Pernambuco 
Companhia Hidroelétrica do São Francisco 
Caixa Fria 
Pós resfriamento de contato direto 
Empresa de Pesquisa Energética 
Horo-Sazonal Azul 
Horo-Sazonal Verde 
PPM 
PROCEL 
Parte por milhão 
Programa Nacional de Conservação 
de Energia Elétrica 
NBR 
VPSA Vacuum Pressure Swing Adsorption 
Norma Brasileira Regulamentadora 
Adsorção na pressão do vácuo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1.1- Consumo de Energia Elétrica no setor industrial ............................... ................. 13 
Figura 1.2- Evolução das vendas em relação à eficiência de motores na Europa . ................. 14 
Figura 2.1- Promeira Fábrica de Oxigênio instalada no Brasil. .............................................. 20 
Figura 2.2- Comparação entre motor standard e alto rendimento . ......................................... 27 
Figura 2.3- Curva de comparação de rendimento entre motor standard x alto rendimento. ... 28 
Figura 2.4- Curva de um motor em regime de trabalho contínuo S1............................... ...... 29 
Figura 2.5- Curva de um motor em regime de trabalho com carga variável. ......................... 30 
Figura 2.6- Curva de um motor em redime de trabalho com potência variável. ..................... 31 
Figura 3.1- Esquema simplificado do processo de separação dos gases do ar . ...................... 34 
Figura 3.2- Tanque de armazenamento e coluna de destilação ............................................... 34 
Figura 3.3- Etapa de filtragem e compressão de uma unidade . .............................................. 35 
Figura 3.4- Pré-resfriamento de uma unidade ......................................................................... 36 
Figura 3.5- Vasos Pré-purificadores ........................................................................................ 37 
Figura 3.5- Coluna de destilação. ............................................................................................ 39 
Figura 4.1- Gráfico da carga instalada na unidade . ................................................................41 
Figura 4.2- Representação gráfica do consumo de energia elétrica da unidade ...................... 42 
Figura 4.3- Consumo médio da unidade................................................................................. 43 
Figura 5.1- Relação de Consumo na ponta e fora ponta.......................................................... 45 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1.1 – Consumo de Energia Elétrica no País – EPE / Abril 2010..................................12 
 
Tabela 3.1 – Temperaturas de ebulição em °C do O2, N2 e do Ar...........................................38 
 
Tabela 4.1 – Carga Instalada na Unidade.................................................................................40 
 
Tabela 4.2 – Consumo de energia elétrica mensal da unidade.................................................42 
 
Tabela 5.1 – Levantamento contrato do subgrupo A3..............................................................46 
 
Tabela 5.2 – Tarifas da Celpe (Horo-sazonal Azul) Subgrupo A3...........................................47 
 
Tabela 5.3 – Tarifas da Celpe (Horo-sazonal Azul) Subgrupo A1...........................................48 
 
Tabela 5.4 – Levantamento do contrato subgrupo A1..............................................................48 
 
Tabela 5.5 – Comparação motor standard x alto rendimento...................................................52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 11 
1.1 - Contextualização do assunto ........................................................................................ 11 
1.2 - Motivação do Trabalho ................................................................................................. 15 
1.3 – Objetivos do Trabalho ................................................................................................. 16 
1.3.1 – Objetivo Geral ....................................................................................................... 16 
1.3.2 – Objetivo Específico ............................................................................................... 16 
1.4 – Metodologia Utilizada ................................................................................................. 17 
1.5 – Organização do Trabalho ............................................................................................. 18 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 19 
2.1 – Histórico ....................................................................................................................... 19 
2.2 – Aspectos Tarifários – Conceitos Básicos ..................................................................... 20 
2.3 – Motores de Alto Rendimento – Conceitos Bádicos ..................................................... 26 
3. SEPARAÇÃO DOS GASES DO AR ................................................................................ 33 
3.1 – Filtragem e Compressão .............................................................................................. 34 
3.2 – Pré – Resfriamento ....................................................................................................... 35 
3.3 – Purificação ou Pré – Purificação .................................................................................. 36 
3.4 – Separação / Liquefação ................................................................................................ 37 
3.5 – Separação / Liquefação (Destilação) ........................................................................... 37 
4. CARGA TOTAL INSTALADA NA UNIDADE ............................................................. 40 
4.1 – Levantamento da Carga Instalada na Unidade ............................................................. 40 
4.2 – Contribuição dos Equipamentos no Consumo de Energia Elétrica ............................. 41 
5. DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO ..................................................................................... 44 
5.1 – Análise Tarifária e Estudo da Curva de Carga ............................................................. 44 
5.1.1 – Características da Empresa ................................................................................... 44 
5.1.2 – Estudo de Caso ...................................................................................................... 44 
5.2 – Análise da troca dos motores existentes por motores de alto rendimento ................... 50 
5.1.1 – Características da Empresa ................................................................................... 50 
5.1.2 – Estudo de Caso ...................................................................................................... 50 
6. VIABILIDADES ................................................................................................................. 53 
6.1 – Viabilidade econômica e tempo de retorno do investimento ....................................... 53 
7. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS ................................................................... 55 
7.1 – Conclusão ..................................................................................................................... 55 
7.2 – Trabalhos Futuros ......................................................................................................... 55 
8. ANEXOS ............................................................................................................................. 56 
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 58 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
1.1 – CONTEXTUALIZAÇÃO DO ASSUNTO 
 
Qualquer atividade em uma sociedade moderna só é possível com o uso de uma ou 
mais formas de energia. A energia é empregada intensamente na sociedade em geral e em tudo 
o que se faz. Surge então a necessidade de utilizá-la de modo inteligente e eficaz. E entre as 
suas diferentes formas interessam em particular aquelas que são processadas pela sociedade e 
colocadas à disposição dos consumidores onde e quando necessárias e entre estas, cita-se a 
energia elétrica. 
 
Pode-se afirmar com segurança que a energia elétrica é vital ao bem-estar do ser 
humano e ao desenvolvimento econômico no mundo contemporâneo. A racionalização do seu 
uso possibilita melhor qualidade de vida, gerando consequentemente, crescimento econômico, 
emprego e competitividade. Uma Política de Ação referente à Eficiência Energética tem como 
meta o emprego de técnicas e práticas capazes de promover o uso “inteligente” da energia, 
reduzindo custos e produzindo ganhos de produtividade e de lucratividade, na perspectiva do 
desenvolvimento sustentável. Postergar parte do investimento no aumento da oferta de energia 
permite ao governo e ao empresário liberarem recursos para outras prioridades, sem perda de 
qualidade, segurança no abastecimento e com ganhos sociais e ambientais. 
 
Devido à crise econômica de 2009, o foco principal das empresas passou a ser a 
retenção de custos, e entre os vários custos gerenciáveis, seja a empresa do setor industrial ou 
comercial, a energia vem assumindo, cada vez mais, uma importância crescente, motivada 
pela redução de custos decorrentes do mercado competitivo, pelas incertezas da 
disponibilidade energética ou por restrições ambientais. De qualquer forma, seja qual for a 
motivação, promover a eficiência energética é essencialmente usaro conhecimento de forma 
aplicada, empregando os conceitos de engenharia, da economia e da administração aos 
sistemas energéticos. Apesar de esta crise ser recente, há anos que engenheiros, economistas e 
executivos envolvidos com o sistema energético têm sido frequentemente solicitados a 
conservar energia e reduzir desperdícios nos mais variados níveis de produção e consumo. 
 
São oportunas quaisquer medidas de redução de perdas e de racionalização técnico-
 
12 
 
econômica dos fatores de produção, observando a importância que o suprimento de 
eletricidade e combustíveis apresentam em todos os processos produtivos. 
 
No decorrer deste trabalho serão mostradas algumas formas de se consumir energia de 
um jeito eficiente, que além de tornar cada vez mais eficientes as instalações, sistemas e 
equipamentos devem também, avaliar o montante de energia ou demanda energética 
necessária ao atendimento de suas necessidades atuais e futuras, bem como adquirir ou 
contratar no mercado essa disponibilidade energética. Essa aquisição pode ser feita através do 
Ambiente de Contratação Regulado (ACR) – consumo cativo ou do Ambiente de Contratação 
Livre (ACL) – consumo livre, ou ainda ocorrer totalmente ou parcialmente através da auto-
produção de energia elétrica ou cogeração. 
 
A energia elétrica é amplamente utilizada independente do lugar, seja em uma 
residência, prédio comercial ou indústria de grande porte. Em relação a sua obtenção, hoje se 
tem vários meios de geração: hidrelétrica, térmica, eólica, termonuclear. No Brasil, as 
hidrelétricas respondem por 77,61% da capacidade instalada para geração de energia elétrica. 
A energia originada nas termelétricas representa 20,18% do total. As termonucleares são 
responsáveis por 2,20%. Os cenários acima descritos indicam que as termelétricas, de 
construção mais rápida, tendem a aumentar a sua participação na matriz brasileira, como uma 
forma de a oferta responder mais prontamente ao crescimento da demanda. Além de a energia 
hidrelétrica ser menos prejudicial ao meio ambiente, é um tipo de energia bastante eficiente, a 
sua eficiência é de aproximadamente 95%. O investimento inicial e os custos de manutenção 
são elevados, porém, o custo do combustível, que é a água, é nulo. 
 
A classe de maior consumo no Brasil é a industrial, como é mostrado na tabela 1.1. 
Com aproximadamente 43% no ano de 2009, segundo a tabela 1.1 de consumo de energia 
elétrica no Brasil fornecida pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE). E dentro destes 43% 
consumidos pela indústria os motores são responsáveis por 55% como é mostrado na figura 
1.1. Até o primeiro trimestre de 2010, em relação ao ano anterior, o consumo de energia 
elétrica cresceu em 9,3%, sendo que a indústria contribuiu com um crescimento de 13% em 
relação ao ano passado. 
 
 
 
13 
 
Tabela 1.1 – Consumo de energia elétrica do país – 2009 
Consumo de Energia (GWh) 
Brasil 388.204 100,00% 
Residencial 100.638 25,92% 
Industrial 165.632 42,67% 
Comercial 65.567 16,89% 
Outros 56.368 14,52% 
Fonte: EPE – Abril 2010 
 
 
Figura 1.1 – Consumo de Energia Elétrica no setor industrial. 
Fonte: Procel 
 
 Em um estudo realizado na Europa, dos 1150 Tera Watt hora (TWh) consumidos em 
2007 aproximadamente 680 TWh eram consumidos por sistemas motrizes, isto é, 
compressores, sistemas de refrigeração, bombas, ventiladores e outros equipamentos. A 
grande parte do consumo de motores eram motores de pequeno e médio porte (1,1 quilowatt 
(kW) a 11 kW). Tipicamente, motores elétricos são partes de sistemas motrizes, sendo 
responsáveis pela conversão eletromecânica. Portanto, o consumo de energia elétrica dos 
sistemas motrizes era correspondente ao consumo de energia dos motores elétricos. Assim 
como no Brasil, na Europa o motor elétrico é o mais importante tipo de carga na indústria. No 
Brasil, o motor consome cerca de 50% do total da indústria e na Europa esse número chega a 
60%. 
 
 Foi visto neste estudo que poderia ser obtida uma economia de mais de 25% com a 
eficiência energética em sistemas motrizes nas indústrias, esse número poderia ser conseguido 
com o uso de motores de alto rendimento, usando acionamentos de velocidade variável e 
otimizando os sistemas que incorporam os motores elétricos, incluindo componentes 
mecânicos e sistemas de distribuição. 
 
 Em 1999, foi feito um acordo entre os fabricantes de motores e a comissão europeia 
 
14 
 
que representou aproximadamente 80% da produção de motores padrões. Os motores foram 
divididos em três categorias: EFF1 altamente eficiente, EFF2 eficiência moderada e EFF3 
baixa eficiência. A meta do acordo era diminuir a comercialização de motores de baixo 
rendimento em 50% em relação ao ano de 1998. Em 2007, os EFF3 representavam apenas 2% 
das novas vendas no mercado e os EFF1 apareciam com 12%. As vendas de motores e a 
classificação de seu rendimento vêm sendo monitoradas e mostrou que nos anos mais recentes 
os motores de 4 e 2 polos trifásicos industriais na faixa de potência de 1 a 90 kW são os 
maiores responsáveis pelo grande consumo de energia e com esse acordo, os fabricantes de 
motores praticamente não vendem mais os de baixo rendimento. A figura 1.2 mostra o gráfico 
desta evolução da venda de motores em relação aos seus respectivos rendimentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.2 – Evolução das vendas em relação à eficiência dos motores na Europa 
Fonte: CEMEP 
 
 No decorrer do trabalho será visto que em uma unidade separadora dos gases do ar o 
maior consumo de energia vem do uso dos compressores, sendo viável um estudo de caso 
para possivelmente efetuar a troca de seus motores pelos de alto rendimento. 
 
 Este trabalho consiste em diagnosticar as condições de uso da energia elétrica em uma 
unidade separadora de gases do ar, mostrando os métodos utilizados para a eficiência 
energética e analisando possíveis melhorias para diminuição de custo de energia elétrica da 
unidade. 
 
 
15 
 
1.2 – MOTIVAÇÃO DO TRABALHO 
 
A produção de energia elétrica é, entre as atividades desenvolvidas pelo homem, uma 
das mais intensivas em recursos naturais, produzindo importantes alterações no ambiente, 
muitas vezes negativas. Considerando a importância crescente da energia para o bem estar da 
população e para continuidade das atividades econômicas, a busca por um desenvolvimento 
sustentável passa necessariamente pelo aumento da eficiência e conservação energética, 
aliadas ao uso de uma variedade de fontes renováveis o mais breve possível. 
 
A indústria de separação dos gases do ar é uma grande consumidora de energia elétrica 
devido ao seu processo ser eletrointensivo, isto é, requer uma grande quantidade de energia. 
Em um tipo dessa indústria são necessários poucos operadores devido ao seu sistema ser 
totalmente automatizado. A produção dos gases pode ser praticamente 100% operada 
remotamente sendo ela totalmente dependente da energia elétrica. Se ocorrer uma falha no 
fornecimento de energia, toda a indústria para e válvulas eletromecânicas normalmente 
abertas, com a falta de corrente em seu circuito fecham automaticamente para evitar a 
contaminação do produto. São duas matérias primas necessitadas para a separação dos gases 
do ar, o ar e energia elétrica, onde esta última representa um pouco mais de 60% do valor final 
do produto. Dentro desse aspecto da indústria é visto como a energia elétrica é importante 
neste tipo de indústria, o que leva ao constante monitoramento e avaliação de consumo de 
energia. 
 
 Com a eficiência energética o meio ambiente sofre menos com a construção de novas 
fontes de energia como as hidrelétricas.Com o pensamento de consumir menos e de forma 
mais racional possível a energia elétrica, o crescimento do consumo será de forma mais lenta. 
 
 Para que se consuma a energia elétrica com eficiência, são necessários estudo e 
desenvolvimento tecnológico de equipamentos e máquinas que estejam cada vez mais 
produzindo da mesma forma e consumindo cada vez menos. 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
1.3 – OBJETIVOS DO TRABALHO 
 
1.3.1 – Objetivo Geral 
 
 O presente projeto tem como objetivo geral apresentar as medidas tomadas em uma 
unidade de separação de gases do ar para uma eficiência energética que além de minorar o 
custo de energia elétrica aumente a produção de gases liquefeitos na planta. 
1.3.2 – Objetivos Específicos 
 
 O projeto tem os seguintes objetivos específicos: 
 
 Apresentar as ações tomadas por uma unidade de separação de gases do ar para 
utilização da energia elétrica de forma eficiente; 
 Apresentar formas de diagnósticos para o uso de energia elétrica deixando um 
conhecimento básico de como fazer um diagnóstico energético; 
 Estudar possíveis alterações na planta para diminuir o gasto de energia sem perda de 
produção; 
 Estimular a implantação de programas de gerenciamento energético em unidades 
industriais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
1.4 – METODOLOGIA UTILIZADA 
 
Foram usadas literaturas existentes que abordam esses temas para o aprofundamento 
teórico sobre o que é eficiência energética. Foram usados também, programas que auxiliam na 
interpretação dos casos. Dados coletados na unidade também fazem parte do escopo deste 
trabalho, porém os dados de consumo de energia elétrica e valores em reais do custo da 
energia elétrica foram estimados devido aos dados serem de natureza confidencial da 
empresa. 
 
O desenvolvimento da solução é concretizado a partir da realização de diagnósticos 
energéticos que constaram numa sequência de atividades, tais como: 
 
 Estudo da curva de carga, que mostra o comportamento diário do consumo de potência 
elétrica em função do número de cargas ligadas e da potência consumida. Participação 
de cada segmento no consumo de energia elétrica. 
 Estudo da tarifação, que é importante compreender a sua estrutura e como são 
calculados os valores de energia elétrica. É um parâmetro importante para a correta 
tomada de decisão em projetos envolvendo a conservação de energia. Envolvendo 
também a compra de energia no mercado livre. 
 Estudo dos equipamentos, que é de fundamental importância para se obter resultados 
mais precisos de eficiência. 
 
No final deste projeto são apresentados os resultados obtidos e suas interpretações, 
definindo quais estudos em questão se aplicam ou não na eficiência energética, juntamente 
com a relação de custo-benefício. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
1.5 – ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO 
 
 O projeto será divido em cinco capítulos principais, serão eles: 
 
 Capítulo 1  Introdução: Neste será apresentado a importância da eficiência 
energética perante toda a sociedade e o conceito de eficiência energética. Também foi falado 
neste capítulo sobre a motivação do trabalho, objetivos, metodologia utilizada. 
 
 Capítulo 2  Histórico: É apresentado uma cronologia do começo da separação dos 
gases do ar. 
 
 Capítulo 3  Separação dos gases do ar: Esta parte mostra o processo de separação 
na indústria, um breve passo a passo da produção do oxigênio, nitrogênio e argônio liquido à 
temperaturas criogênicas. 
 
 Capítulo 4  Carga instalada total na unidade de separação dos gases do ar: Onde será 
mostrado o consumo estimado da unidade, o levantamento de carga, separados quais os 
equipamentos mais consumidores de energia elétrica. 
 
 Capítulo 5  Diagnóstico Energético: Vão ser analisadas as condições de 
funcionamento da unidade em relação à eficiência energética propriamente dita. Apresentando 
quais medidas tomadas pela empresa para o melhor uso da energia elétrica sem deixar de 
atender o mercado. 
 
 Capítulo 6  Viabilidades: Nesta etapa será analisada alguma possibilidade de 
melhoria juntando o aperfeiçoamento técnico da eficiência energética com o custo. Mostrará 
possíveis ideias a serem implantadas verificando o retorno do investimento se o houver. 
 
 Capítulo 7  Conclusão e Trabalhos futuros: Com a finalização do estudo de 
eficiência, será apresentado um diagnóstico final com todas as etapas anteriores e possíveis 
estudos mais específicos para melhorar o uso da energia elétrica da unidade. 
 
 
 
 
 
19 
 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
2.1 – HISTÓRICO 
 
Cronologia dos eventos históricos ligados à separação do ar atmosférico. 
 
1862 - Alexander C. Kirk, um engenheiro escocês construiu a primeira máquina industrial 
para produção de ar frio. 
1892 - James Dewar desenvolveu um recipiente isolado à vácuo para a estocagem de fluidos 
criogênicos. 
1895 - Carl Von Linde desenvolveu (em escala industrial) e patenteou um processo de 
liquefação e separação de ar. 
1902 - A produção de oxigênio puro e nitrogênio foi obtido de forma comercial, pelo filho de 
Carl Von Linde, Friedrich, utilizando processo de retificação. No mesmo ano, Georges Claude 
desenvolveu um sistema prático para liquefação do ar, através de uma máquina de expansão. 
Neste mesmo ano, ele fundou a l´Air Liquide para comercializar o seu sistema. 
1910 - Linde AG desenvolveu a coluna dupla de separação de ar 
1912 - Instalada a primeira planta de oxigênio no Brasil, no Rio de Janeiro, como mostrada na 
figura 2.1. Neste mesmo ano, a Linde Air Produtcs, nos Estados Unidos construiu sua 
primeira planta de separação de ar. 
1930 - Iniciado o uso de bombas para oxigênio líquido. 
1932 - A distribuição de produtos líquidos é iniciada nos Estados Unidos. 
1937 - O uso de recipientes isolados a vácuo e perlita é iniciado, em escala comercial, nos 
Estados Unidos. 
1948 - Iniciada a instalação de grandes plantas nos Estados Unidos. 
1953 - A distribuição de produtos líquidos é iniciada no Brasil. 
1970 - Iniciada a instalação de grandes plantas de oxigênio no Brasil. 
1990 - Instalada nos EUA a primeira adsorção na pressão do vácuo (VPSA – Vacuum Pressure 
Swing Adsorption) – planta não-criogênica. 
1994 - Instalada a primeira VPSA no Brasil. 
 
 
 
 
20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.1 - Primeira Fábrica de Oxigênio instalada no Brasil. 
 
2.2 – ASPECTOS TARIFÁRIOS – CONCEITOS BÁSICOS 
 
Seguem adiante conceitos obtidos na resolução 456 da ANEEL (Agência Nacional de 
Energia Elétrica) que ajudam a entender da melhor forma este capítulo. 
 
Carga Instalada: soma das potências nominais dos equipamentos elétricos instalados 
na unidade consumidora, em condições de entrar em funcionamento, expressa em quilowatts 
(kW). 
 
Concessionária ou permissionária: agente titular de concessão ou permissão federal 
para prestar o serviço público de energia elétrica, referenciado, doravante, apenas pelo termo 
concessionária. 
 
Consumidor: pessoa física ou jurídica, ou comunhão de fato ou de direito, legalmente 
representada, que solicitar a concessionária o fornecimento de energia elétrica e assumir a 
responsabilidade pelo pagamento das faturas e pelas demais obrigações fixadas em normas e 
 
21 
 
regulamentos da ANEEL, assim vinculando-se aos contratos de fornecimento, de uso e de 
conexão ou de adesão, conforme cada caso. 
Consumidor livre: consumidor que pode optar pela compra de energia elétrica junto a 
qualquer fornecedor, conforme legislação e regulamentosespecíficos. 
 
Contrato de adesão: instrumento contratual com cláusulas vinculadas às normas e 
regulamentos aprovados pela ANEEL, não podendo o conteúdo das mesmas ser modificado 
pela concessionária ou consumidor, a ser aceito ou rejeitado de forma integral. 
 
Contrato de fornecimento: instrumento contratual em que a concessionária e o 
consumidor responsável por unidade consumidora do Grupo “A” ajustam as características 
técnicas e as condições comerciais do fornecimento de energia elétrica. 
 
Contrato de uso e de conexão: instrumento contratual em que o consumidor livre 
ajusta com a concessionária as características técnicas e as condições de utilização do sistema 
elétrico local, conforme regulamentação específica. 
 
Demanda: média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema 
elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um 
intervalo de tempo especificado. 
 
Demanda contratada: demanda de potência ativa a ser obrigatória e continuamente 
disponibilizada pela concessionária, no ponto de entrega, conforme valor e período de 
vigência fixados no contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não 
utilizada durante o período de faturamento, expressa em quilowatts (kW). 
 
Demanda de ultrapassagem: parcela da demanda medida que excede o valor da 
demanda contratada, expressa em quilowatts (kW). 
 
Demanda faturável: valor da demanda de potência ativa, identificado de acordo com 
os critérios estabelecidos e considerada para fins de faturamento, com aplicação da respectiva 
tarifa, expressa em quilowatts (kW). 
 
 
22 
 
Demanda medida: maior demanda de potência ativa, verificada por medição, 
integralizada no intervalo de 15 (quinze) minutos durante o período de faturamento, expressa 
em quilowatts (kW). 
 
Energia elétrica ativa: energia elétrica que pode ser convertida em outra forma de 
energia, expressa em quilowatts-hora (kWh). 
 
Energia elétrica reativa: energia elétrica que circula continuamente entre os diversos 
campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho, 
expressa em quilovolt-ampère-reativo-hora (kvarh). 
 
Estrutura tarifária: conjunto de tarifas aplicáveis às componentes de consumo de 
energia elétrica e/ou demanda de potência ativas de acordo com a modalidade de 
fornecimento. 
 
Estrutura tarifária convencional: estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas de 
consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência independentemente das horas de 
utilização do dia e dos períodos do ano. 
 
Estrutura tarifária horo-sazonal: estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas 
diferenciadas de consumo de energia elétrica e de demanda de potência de acordo com as 
horas de utilização do dia e dos períodos do ano, conforme especificação a seguir: 
 
a) Tarifa Azul: modalidade estruturada para aplicação de tarifas diferenciadas de 
consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e os 
períodos do ano, bem como de tarifas diferenciadas de demanda de potência 
de acordo com as horas de utilização do dia. 
 
b) Tarifa Verde: modalidade estruturada para aplicação de tarifas diferenciadas 
de consumo de energia elétrica de acordo com as horas de utilização do dia e 
os períodos do ano, bem como de uma única tarifa de demanda de potência. 
 
 
23 
 
c) Horário de ponta (P): período definido pela concessionária e composto por 3 
(três) horas diárias consecutivas (17:30 às 20:30), exceção feita aos sábados, 
domingos e feriados nacionais, considerando as características do seu sistema 
elétrico. 
 
d) Horário fora de ponta (FP): período composto pelo conjunto das horas 
diárias consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta. 
 
e) Período úmido (U): período de 5 (cinco) meses consecutivos, compreendendo 
os fornecimentos abrangidos pelas leituras de dezembro de um ano a abril do 
ano seguinte. 
 
f) Período seco (S): período de 7 (sete) meses consecutivos, compreendendo os 
fornecimentos abrangidos pelas leituras de maio a novembro. 
 
Fator de carga: razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade 
consumidora, ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado. 
 
Fator de demanda: razão entre a demanda máxima num intervalo de tempo 
especificado e a carga instalada na unidade consumidora. 
 
Fator de potência: razão entre a energia elétrica ativa e a raiz quadrada da soma dos 
quadrados das energias elétricas ativa e reativa, consumidas num mesmo período 
especificado. 
 
Fatura de energia elétrica: nota fiscal que apresenta a quantia total que deve ser paga 
pela prestação do serviço público de energia elétrica, referente a um período especificado, 
discriminando as parcelas correspondentes. 
 
Grupo “A”: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em 
tensão igual ou superior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão inferior a 2,3 kV a partir de 
 
24 
 
sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo nos termos definidos no art. 82, 
caracterizado pela estruturação tarifária binômia e subdividido nos seguintes subgrupos: 
 
a) Subgrupo A1 - tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV; 
b) Subgrupo A2 - tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV; 
c) Subgrupo A3 - tensão de fornecimento de 69 kV; 
d) Subgrupo A3a - tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV; 
e) Subgrupo A4 - tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV; 
f) Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV, atendidas a partir de 
sistema subterrâneo de distribuição e faturadas neste Grupo em caráter 
opcional. 
 
Grupo “B”: grupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em 
tensão inferior a 2,3 kV, ou, ainda, atendidas em tensão superior a 2,3 kV e faturadas neste 
Grupo nos termos definidos nos arts. 79 a 81, caracterizado pela estruturação tarifária 
monômia e subdividido nos seguintes subgrupos: 
 
a) Subgrupo B1 - residencial; 
b) Subgrupo B1 - residencial baixa renda; 
c) Subgrupo B2 - rural; 
d) Subgrupo B2 - cooperativa de eletrificação rural; 
e) Subgrupo B2 - serviço público de irrigação; 
f) Subgrupo B3 - demais classes; 
g) Subgrupo B4 - iluminação pública. 
 
Iluminação Pública: serviço que tem por objetivo prover de luz, ou claridade 
artificial, os logradouros públicos no período noturno ou nos escurecimentos diurnos 
ocasionais, inclusive aqueles que necessitam de iluminação permanente no período diurno. 
 
Pedido de fornecimento: ato voluntário do interessado que solicita ser atendido pela 
concessionária no que tange à prestação de serviço público de fornecimento de energia 
elétrica, vinculando-se às condições regulamentares dos contratos respectivos. 
 
 
25 
 
Ponto de entrega: ponto de conexão do sistema elétrico da concessionária com as 
instalações elétricas da unidade consumidora, caracterizando-se como o limite de 
responsabilidade do fornecimento. 
 
Potência: quantidade de energia elétrica solicitada na unidade de tempo, expressa em 
quilowatts (kW). 
 
Potência disponibilizada: potência que o sistema elétrico da concessionária deve 
dispor para atender às instalações elétricas da unidade consumidora, segundo os critérios 
estabelecidos nesta Resolução e configurada nos seguintes parâmetros: 
 
a) unidade consumidora do Grupo “A”: a demanda contratada, expressa em 
quilowatts (kW); 
b) unidade consumidora do Grupo “B”: a potência em kVA, resultante da 
multiplicação da capacidade nominal ou regulada, de condução de corrente 
elétrica do equipamento de proteçãogeral da unidade consumidora pela tensão 
nominal, observado no caso de fornecimento trifásico, o fator específico 
referente ao número de fases. 
 
Potência instalada: soma das potências nominais de equipamentos elétricos de 
mesma espécie instalados na unidade consumidora e em condições de entrar em 
funcionamento. 
 
Subestação: parte das instalações elétricas da unidade consumidora atendida em 
tensão primária de distribuição que agrupa os equipamentos, condutores e acessórios 
destinados à proteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas. 
 
Tarifa: preço da unidade de energia elétrica e/ou da demanda de potência ativas. 
 
Tarifa monômia: tarifa de fornecimento de energia elétrica constituída por preços 
aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa. 
 
 
26 
 
Tarifa binômia: conjunto de tarifas de fornecimento constituído por preços aplicáveis 
ao consumo de energia elétrica ativa e à demanda faturável. 
 
Tarifa de ultrapassagem: tarifa aplicável sobre a diferença positiva entre a demanda 
medida e a contratada, quando exceder os limites estabelecidos. 
Tensão secundária de distribuição: tensão disponibilizada no sistema elétrico da 
concessionária com valores padronizados inferiores a 2,3 kV. 
 
Tensão primária de distribuição: tensão disponibilizada no sistema elétrico da 
concessionária com valores padronizados iguais ou superiores a 2,3 kV. 
 
Unidade consumidora: conjunto de instalações e equipamentos elétricos 
caracterizados pelo recebimento de energia elétrica em um só ponto de entrega, com medição 
individualizada e correspondente a um único consumidor. 
 
Valor líquido da fatura: valor em moeda corrente resultante da aplicação das 
respectivas tarifas de fornecimento, sem incidência de imposto, sobre as componentes de 
consumo de energia elétrica ativa, de demanda de potência ativa, de uso do sistema, de 
consumo de energia elétrica e demanda de potência reativas excedentes. 
 
2.3 – MOTORES DE ALTO RENDIMENTO – CONCEITOS BÁSICOS 
 
Motor elétrico de alto rendimento é um motor que possui rendimento superior ao 
motor standard, gera baixas perdas, reduz significativamente a elevação de temperatura com 
consequente aumento da vida útil. Esses motores são projetados para, fornecendo a mesma 
potência útil (na ponta do eixo) que outros tipos de motores, consumirem menos energia 
elétrica da rede (maior rendimento). 
 
Os motores de alto rendimento apresentam as seguintes características: 
 Chapas metálicas de maior qualidade; 
 Maior volume de cobre, o que reduz a temperatura de operação; 
 Enrolamentos especiais, que produzem menos perdas estatóricas; 
 Rotores tratados termicamente, reduzindo perdas rotóricas; 
 
27 
 
 Altos fatores de enchimentos das ranhuras, que provêm melhor dissipação do 
calor gerado; 
 Anéis de curto-circuito dimensionados para reduzir as perdas joule; 
 Projetos de ranhuras do motor são otimizados para incrementar rendimento; 
 
A eficiência energética em motores é muito importante não só pelo falo já comentado 
anteriormente de representarem 55% do total consumido pela indústria no país, 
correspondendo a 24% do consumo global, como também porque promove a racionalização 
da produção e do consumo de energia elétrica, eliminando os desperdícios e diminuindo os 
custos. Portanto, na especificação de motores para novos empreendimentos deve-se sempre 
optar por motores de alto rendimento. 
É importante destacar que, tão importante quanto escolher um motor de alto 
rendimento, é necessário fazer seu correto dimensionamento. Os motores de alto rendimento 
são totalmente intercambiáveis com os da linha standard existentes no mercado, o que deixa a 
zero algum custo excedente na troca desses motores. A figura 2.2 mostra um exemplo de 
standard x alto rendimento de 20 cavalos a vapor (cv) de 4 polos e a 2.3 mostra um gráfico 
apresentando a diferença de rendimento entre os dois motores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.2 – Comparação entre motor standard e alto rendimento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.3 – Curva de comparação de rendimento entre motor standard x alto rendimento 
 
Além da utilização de um motor de alto rendimento, é fundamental uma especificação 
correta do motor para se obter a melhor performance no seu consumo de energia elétrica. 
Quando um motor trabalha de maneira constante, acionando uma carga constante 
durante muito tempo, diz-se que o motor está trabalhando no regime contínuo, denominado de 
S1 pela NBR 7410 da ABNT. Neste regime de trabalho o motor aciona uma carga constante 
durante um tempo suficientemente longo para ele atingir sua temperatura de equilíbrio 
térmico, está mostrado na figura 2.4. A partir daí, é comum seu funcionamento se prolongar 
por várias horas, dias, ou meses, sem interrupções. Os exemplos de máquinas que trabalham 
em regime S1 são os ventiladores, exautores, bombas centrífugas, compressores de ar, bombas 
de alimentação de caldeira a vapor entre outras. 
 
 
 
 
 
 
29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.4 – Curva de um motor em regime de trabalho contínuo S1 
 
Para a escolha de um motor para acionar qualquer um desses tipos de máquinas é 
preciso conhecer, mesmo que aproximadamente, a potência requerida pela máquina. O motor, 
escolhido pelos catálogos dos fabricantes, deverá ter uma potência igual ou superior à 
potência requerida pela máquina, quando o acoplamento for direto. Se o acoplamento for 
efetuado por um redutor ou multiplicador de velocidades, a potência fornecida pelo motor 
deverá ser acrescida da perda no acoplamento. Mesmo naqueles casos em que a potência 
padronizada do motor, no catálogo, seja ligeiramente menor do que a da máquina, deve-se 
sempre escolher o motor de potência imediatamente acima da potência requerida da máquina, 
a menos que o motor possua Fator de Serviço (fator que multiplica a potência nominal do 
motor, dando-lhe condições de operar com sobrecarga contínua) maior que um. Com a 
escolha do motor sendo feita por estes critérios, a possibilidade de superaquecimento fica 
descartada, pois a elevação de temperatura máxima permitida para sua classe de isolamento 
térmico nunca será ultrapassada nas condições nominais de operação. 
 
Uma variação desse regime, que ocorre muito na prática, é o regime contínuo com 
carga variável, que é um regime de trabalho em a carga no eixo do motor é contínua, porém, 
varia ao longo do tempo. A velocidade do motor é considerada constante para todas as 
condições de carga. Um exemplo deste tipo de carga pode ser encontrado nas bombas que 
enchem os tanques criogênicos de armazenamento de produtos da unidade separadora de 
 
30 
 
gases. Neste caso o calculo da potência requerida torna-se um pouco mais complexo, não se 
devendo escolher a potência do motor pelo máximo valor da carga do diagrama, pois o motor 
funcionaria superdimensionado a maior parte do tempo, nem pelo menor valor, neste caso, ao 
contrário, ele funcionaria subdimensionado. No primeiro caso, teríamos um motor 
antieconômico, devido à potência sobrando no motor; no segundo, um motor cuja vida útil 
seria encurtada ou, devido ao aquecimento do enrolamento pela sobrecarga, um defeito por 
causa da destruição precoce do isolamento. A escolha pela potência média também não seria 
uma solução correta, pois não se estaria levando em consideração as perdas elétricas que 
poderiam provocar superaquecimento do motor durante os períodosem que ele funcionaria 
com carga maior que sua potencia nominal. A escolha da potência do motor para acionar uma 
máquina que opera com carga variável, pela média das potências requeridas durante o período 
de operação, só seria acessível quando as flutuações da carga fossem pequenas. 
 
A figura 2.5 mostra um diagrama de carga de uma máquina em que a carga varia de 
forma discreta, isto é, durante os períodos de operação ela se mantém constante. Nas 
máquinas reais isto pode não acontecer, durante os períodos podem ocorrer variações da carga 
de forma contínua. Porém, é sempre possível, por métodos aproximativos, transformar estas 
variações contínuas em variações discretas. 
 
Figura 2.5 – Curva de um motor em regime de trabalho contínuo com carga variável. 
 
Para especificar o motor adequado para realizar o acionamento desta máquina utiliza-
se o método da corrente equivalente. É baseado no princípio do valor eficaz de uma corrente 
 
31 
 
variável, isto é, o calor produzido por uma corrente variável no tempo é igual ao calor 
produzido por uma corrente contínua equivalente. No caso de uma corrente alternada 
senoidal, i=Im sem ωt, o valor eficaz equivalente é igual a , sendo Im a amplitude 
senoidal da onda. Este valor é obtido a partir da expressão seguinte, sendo T o período da 
onda senoidal. 
 
Assim, sob o ponto de vista térmico, o motor estará corretamente escolhido se a sua 
corrente nominal for igual ou maior do que a corrente equivalente eficaz correspondente às 
variações da corrente requerida pelo motor durante o seu período de operação, isto é, In≥Ieq. 
Para o diagrama da figura 2.5, esta corrente equivalente será calculada conforme a equação 
seguinte. 
 
Pode-se escrever uma equação semelhante em que se substitui, no diagrama de carga, 
a corrente pela potência mecânica fornecida pelo motor, como está na figura 2.6. 
 
Figura 2.6 – Curva de um motor em regime de trabalho contínuo com potência variável. 
 
 
32 
 
Isto é possível porque, nos motores de indução, para variações da carga dentro de 
limites comparativamente próximos, o fator de potência e o rendimento permanecem 
praticamente constantes, o que permite estabelecer uma relação direta entre a corrente e a 
potência mecânica fornecida no eixo. O motor será então escolhido pelo método da potência 
equivalente, como indicado na expressão a seguir. 
 
Após o motor ter sido escolhido sob o ponto de vista térmico, deve-se verificar se ele 
atende aos requisitos de ordem mecânica, isto é, se o seu conjugado máximo é maior que o 
máximo conjugado exigido pela carga durante o período. O motor estará escolhido 
corretamente, sob o ponto de vista mecânico, se for observada a relação abaixo: 
 
Sendo PN a potência nominal do motor escolhido e Pmáx a máxima potência do 
diagrama de carga. λ é o fator de sobrecarga momentânea do motor escolhido, sendo um dado 
fornecido pelo catálogo do fabricante, normalmente expresso pela relação . Se a 
condição acima não for satisfeita, deve-se escolher um motor de potência imediatamente 
superior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
3. SEPARAÇÃO DOS GASES DO AR 
 
As plantas de separação de gases produzem nitrogênio, oxigênio e argônio usando 
apenas ar e energia elétrica como matérias primas. 
 
O processo de produção criogênica, usando a destilação de componentes a baixíssimas 
temperaturas, garante a pureza desejada. 
 
As etapas mais importantes da produção criogênica de gases do ar estão mostradas na 
figura 3.1 e são elas: 
 
1. Filtragem e compressão do ar  O ar é filtrado do meio ambiente e 
comprimido para gerar o fluxo do processo. 
2. Pré-resfriamento  O ar passará por trocadores de calor que irão “secar” o ar 
fazendo com que seja separada a água do ar. 
3. Purificação  Nesta etapa são removidos os contaminantes, incluindo vapor de 
água e CO2 (que irão formar blocos de gelo durante o processo de destilação) e 
hidrocarbonetos. 
4. Destilação / separação dos componentes  Trocadores de calor resfriam o ar a 
temperaturas criogênicas (aproximadamente a -185 ºC). Na coluna de destilação, os 
componentes do ar são separados pelo seu ponto de ebulição. 
5. Armazenamento na forma líquida  Neste processo os produtos estão livres de 
contaminação química ou biológica. Na figura 3.2 são mostrados tanques de armazenamento 
dos produtos no estado líquido a temperatura criogênica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.1 – Esquema simplificado do processo de separação dos gases do ar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2 – Tanques de estocagem e coluna de destilação. 
 
3.1 – FILTRAGEM E COMPRESSÃO 
 
Partículas suspensas são retidas por uma filtragem mecânica. O filtro é composto por 
uma manta com a finalidade de retirar impurezas sólidas do ar puxado para dentro do 
 
35 
 
processo como areia, folhas, qualquer material em suspensão no ar. Depois de filtrado, o ar é 
comprimido da pressão atmosférica e é elevado até a pressão de trabalho da coluna inferior 
que é aproximadamente de sete bar. O ar é comprimido em vários estágios inter-resfriados 
onde parte da umidade é removida antes de seguir para as etapas de pré-resfriamento e 
purificação. Na figura 3.3 são mostradas essas duas etapas iniciais do processo de separação 
de gases do ar. 
 
A compressão do ar, além de ajudar na remoção da umidade, fornece o head 
necessário para que a expansão do mesmo seja realizada fornecendo refrigeração à planta. 
 
 
 
 
 
Figura 3.3 – Etapa de filtragem e compressão de uma unidade 
 
3.2 – PRÉ – RESFRIAMENTO 
 
Devido a compressão, a temperatura do ar é aumentada. Não é possível seguir para a 
etapa de purificação com a temperatura do ar alta, pois, nesta condição, há muita umidade em 
forma de vapor que não pode ser passado adiante, pois, em temperaturas criogênicas (abaixo 
de -150°C), o vapor se transformaria em pequenos pedaços de gelo obstruindo o processo, 
além de o vapor conter substâncias contaminantes para o processo. 
 
Portanto, é feito o resfriamento via resfriador (Chiller) quando a pressão do ar é de 
aproximadamente 7 bar ou via pós resfriamento de contato direto (DCA – Direct Contact 
Aftercooler), ilustrado na figura 3.4, quando a pressão do ar é mais elevada. Neste segundo 
caso, a elevação da pressão permite que, mesmo com um menor resfriamento, grande parte da 
umidade seja removida. A principal função desta etapa é de secar o ar fazendo com que as 
moléculas de águas que estão na forma de vapor de água se condensem para que possa ser 
feita a separação da água e do ar. 
 
 
 
 
36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.4 – Pré-resfriamento de uma unidade 
 
3.3 – PURIFICAÇÃO OU PRÉ–PURIFICAÇÃO 
 
Nesta etapa são dois vasos que trabalham em escalas, a figura 3.5 exemplifica esses 
dois vasos, quando um está operando o outro está sendo limpo. Nos vasos purificadores 
encontra-se o molecular ativo, a primeira molecular, que são malhas que servem para reter 
hidrocarbonetos (componente que em contato com oxigênio líquido gera uma explosão), o 
restante da água que ainda tenha sobrado depois do pré-resfriamento e dióxido de Carbono 
(CO2) contido no ar, isto porque como foi dito anteriormente, a água no processo de separação 
congelaria e obstruiria o processo devido a sua temperatura de solidificação ser 0°C (zero 
grau Celcius) e a temperatura na separação (destilação) é de aproximadamente -180°C, o 
mesmo motivo para o CO2 quecongela na temperatura de -78°C e também obstruiria o 
processo, já o hidrocarboneto que é o contaminante mais grave, pois na coluna de destilação 
onde teremos oxigênio líquido, a reação destes dois elementos, hidrocarboneto e oxigênio 
líquido, causa uma combustão instantânea gerando uma explosão. Esses três contaminantes 
ficam absorvidos nas paredes do molecular ativo e na saída do vaso estará um ar purificado 
para seguir para a coluna de destilação. 
 
Por medida de segurança, após os pré-purificadores encontramos o analisador de CO2 
como forma de garantia que o pré-purificador esteja funcionando corretamente. A 
especificação é de 2 parte por milhão (ppm) de CO2, caso passe deste valor o sistema 
automaticamente alerta o operador que deverá tomar ações para não por em risco a operação, 
se chegar a um valor de 10 ppm, a planta para automaticamente. A análise é feita apenas para 
DCA 
 
37 
 
o CO2 pelo fato de ser o elemento de maior dificuldade de apreensão do catalisador, 
garantindo que não está passando CO2 é certo de que não está passando nem umidade nem 
hidrocarbonetos. Após o analisador o ar chega à caixa fria (ColdBox). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.5 – Vasos Pré-Purificadores 
 
3.4 – SEPARAÇÃO / LIQUEFAÇÃO 
 
O ar limpo e seco segue então para a cold box onde ficam as colunas de destilação e os 
trocadores, é onde o ar vai a temperatura criogênica propriamente dita. Nesta etapa, o ar é 
resfriado até aproximadamente seu ponto de liquefação no trocadores de calor múltiplos 
passes (PHX) , caso a planta possua vasos pré-purificadores, ou no trocadores de calor de 
passes reversíveis (RHX), neste caso, o resfriamento é feito juntamente com a remoção de 
contaminantes. O frio necessário ao processo pode ser obtido através de turbinas de expansão, 
liquefadores ou uma combinação de ambos. O liquefador é constituído de uma série de 
equipamentos como compressores, boosters, turbinas de expansão e trocadores de calor 
criogênicos com o objetivo de produzir líquido. Depois de resfriado, o ar segue para as 
colunas de destilação onde seus principais componentes são separados. 
 
A refrigeração necessária para o processo é obtida via turbina de expansão ou via 
liquefadores, dependendo do ciclo da planta. 
 
3.5 – SEPARAÇÃO / LIQUEFAÇÃO (DESTILAÇÃO) 
 
A destilação é o processo pelo qual componentes de uma mistura que possuem 
 
38 
 
pressões de vapor diferentes são separados. A pressão de vapor de um líquido está associada a 
sua temperatura de ebulição, quanto maior a sua pressão de vapor menor a sua temperatura de 
ebulição e mais volátil é o líquido. Por exemplo: 
 
Em uma mistura de álcool com água à temperatura e pressão ambiente, o álcool tende 
a evaporar deixando somente a água no recipiente. Isto ocorre porque o álcool possui pressão 
de vapor maior do que a água (álcool é mais volátil). Se tiver outros componentes na mistura, 
os que tivessem maior pressão de vapor tenderiam a evaporar mais rápido. 
 
Em uma coluna de destilação possuímos diversos estágios (um em cima do outro) que 
funcionam como o exemplo citado. Os componentes mais leves tendem a subir para os 
estágios superiores enquanto que os componentes com pressão de vapor menor (menos 
voláteis) tendem a descer para os estágios inferiores. 
 
Uma coluna de destilação possui diversos pratos, como é mostrado na figura 3.6. 
Estes pratos possuem furos para que o vapor possa subir e dispositivos chamados de 
downcomers para que o líquido possa descer. 
 
Como se pode prever, cada prato ou cada estágio da coluna terá uma composição 
determinada e, por causa disso, uma pressão e temperatura diferente. 
 
O nitrogênio, por ser o componente mais volátil, como mostra a tabela 3.1, migrará 
para o topo da coluna e o oxigênio, como é o menos volátil ficará no fundo da coluna. 
 
Tabela 3.1 – Temperaturas de ebulição em °C do O2, N2 e do Ar. 
Pressão / 
Produto 
1 bar 
1,55 bar 
(Coluna Superior) 
6,2 bar 
(Coluna Inferior) 
Oxigênio -183,0 -178,6 -162,3 
Nitrogênio -185,9 -181,6 -164,4 
Argônio -195,8 -191,9 -176,4 
 
Como a temperatura de saturação do nitrogênio é menor do que a do oxigênio a 
mesma pressão, dizemos que a coluna está “esfriando” quando a concentração do nitrogênio 
(N2) aumenta. 
 
 
39 
 
O ar purificado e frio alimenta então as duas colunas de destilação onde ocorre 
efetivamente a separação de oxigênio, nitrogênio e argônio. Na coluna inferior, onde a pressão 
é mais alta, o líquido que vai se separando torna-se progressivamente rico em oxigênio, no 
fundo da coluna, enquanto o vapor que é retirado no topo da coluna fica cada vez mais rico 
em nitrogênio. Na coluna superior, de baixa pressão, o oxigênio proveniente do fundo da 
coluna inferior já purificado atinge cerca de 99.8%, sendo então retirado do processo e 
enviado para armazenamento. O nitrogênio com alta pureza, aproximadamente 5 ppm de 
oxigênio como impureza, é retirado do topo da coluna inferior. 
 
Entre as duas colunas de destilação há um trocador de calor denominado condensador 
principal que tem uma importante função no processo: nele, o oxigênio à baixa pressão da 
coluna superior é vaporizado, enquanto o nitrogênio vapor proveniente da coluna inferior, à 
alta pressão, é condensado. O nitrogênio líquido é assim usado como refluxo das colunas 
inferior e superior, o que é necessário para que ocorra a destilação. 
 
O argônio é separado aproximadamente no meio da coluna superior, mas não na 
pureza desejada. Para se obter argônio puro é necessário utilizar mais duas colunas de 
destilação: a coluna de argônio cru e a coluna de argônio refinado. Na coluna de argônio cru a 
corrente proveniente da coluna superior, que contém cerca de 10% de argônio é purificado a 
aproximadamente 97% de argônio, sendo o restante oxigênio e nitrogênio. O oxigênio é 
removido pela reação com hidrogênio em um forno catalítico, formando vapor d'água, 
retirado por secagem. O argônio entra então na coluna de argônio refinado, onde é retirado 
como produto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.6 – Coluna de Destilação 
 
 
 
40 
 
4. CARGA INSTALADA TOTAL NA UNIDADE 
 
4.1 – LEVANTAMENTO DA CARGA INSTALADA 
 
O conceito de Carga Instalada é a soma das potências de todos os equipamentos, que 
estejam em condições de funcionamento, instalados nas dependências da unidade 
consumidora, expressa em quilowatts (kW). 
 
Na indústria, os maiores consumidores de energia são os sistemas motrizes. Do total 
de energia consumida pela indústria no setor elétrico brasileiro, os motores representam cerca 
de 50% do total utilizado, segundo projeto realizado pelo Programa Nacional de Conservação 
de Energia elétrica (PROCEL) sob regulação da Agência Nacional de Energia Elétrica 
(ANEEL). A análise das soluções técnicas escolhidas para os projetos analisados aponta 
predominância de projetos para economia de eletricidade. Como exemplo, 19% das ações 
envolvem troca de motores, 20% envolvem melhorias em sistemas de iluminação e 8% 
envolvem melhorias em sistemas de ar comprimido. 
 
No caso de uma unidade separadora de gases do ar o consumo de energia praticamente 
se restringe ao consumo dos motores elétricos que acionam cargas mecânicas como bombas 
hidráulicas, compressores e ventiladores. Na tabela 4.1 está demonstrada a carga instalada na 
unidade sendo separada por tipo de equipamento e onde “outros” são as cargas da oficina, 
iluminação, sala de controle e departamento administrativo (consumo da iluminação e 
refrigeração das salas). No Anexo I está a planilha 8.1 com detalhamento da carga instaladana 
unidade. 
 
Tabela 4.1 – Carga instalada na unidade 
Potência Instalada (kW) 
BOMBAS 517,06 
COMPRESSORES 10.796,75 
AQUECEDORES 555,50 
VENTILADORES 143,78 
OUTROS 211,50 
TOTAL 12.224,58 
 
 
 
41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.1 – Gráfico da carga instalada na unidade 
 
4.2 – CONTRIBUIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS NO CONSUMO DE 
ENERGIA ELÉTRICA 
 
Feito o levantamento de carga, deverá ser feita agora a segregação da parcela que cada 
equipamento significa em relação ao consumo de energia elétrica mensal. Isto se deve para 
obter os pontos mais significativos do processo onde deverão ser trabalhados para obtenção de 
uma redução de consumo de energia considerável. 
 
Na figura 4.2 é mostrado o consumo mensal de energia elétrica em uma unidade 
separadora de gases do ar, observa-se que os compressores são os equipamentos que mais 
consomem energia da unidade totalizando 89% de toda energia fornecida para a unidade, 
seguidos por aquecedores com 5%, bombas com 3%, outros com 2% e ventiladores com 1%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
42 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.2 – Representação gráfica do consumo de energia elétrica da unidade 
 
 
Na tabela 4.2 é mostrado o consumo de energia elétrica mensal da unidade separadora 
de gases do ar com os seus equipamentos separados por quantidade de energia consumida. 
 
Tabela 4.2 – Consumo de Energia Elétrica mensal da unidade 
Parcela de Consumo Mensal de Energia Elétrica (Kwh/MÊS) 
BOMBAS 183.173,42 
COMPRESSORES 6.116.173,50 
AQUECEDORES 313.950,00 
VENTILADORES 74.933,25 
OUTROS 86.742,00 
TOTAL 6.774.972,17 
 
Na figura 4.3, é mostrado um gráfico com a média de consumo de energia elétrica do 
período de novembro de 2008 a outubro de 2009 dos equipamentos da unidade de separação 
dos gases do ar. A média foi de 6.371.904,98 kWh 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.3 – Consumo médio da unidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
5. DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO 
 
Um diagnóstico energético a uma instalação ou a um setor da mesma assume 
particular importância, dado que, qualquer processo de gestão de energia terá necessariamente 
que começar pelo conhecimento da situação energética da instalação. O princípio é óbvio - 
para gerir é indispensável conhecer o objeto de gestão. 
 
O diagnóstico energético pode interpretar-se como uma radiografia ao desempenho 
energético de uma área específica de uma instalação consumidora, como por exemplo, ao 
sistema de ar comprimido ou ao sistema de iluminação. Através dele, avalia-se quanta energia 
é efetivamente consumida e de que forma é essa energia utilizada, estabelece-se os principais 
fluxos e identifica-se os setores ou áreas onde é prioritário atuar, seguindo-se a definição das 
economias de energia passíveis de implementar. 
 
5.1 – ANÁLISE TARIFÁRIA E ESTUDO DA CURVA DE CARGA 
 
5.1.1 – Característica da Empresa 
 
O fornecimento desta empresa é feito pela Companhia Energética de Pernambuco 
(CELPE) e seu contrato de fornecimento de energia elétrica é do grupo A / Subgrupo 3 (69 
kV) com estrutura tarifária horo-sazonal azul. 
 
Como já foi dito, por motivo de confidencialidade dos números de consumo de energia 
elétrica, os valores aqui expressos são apenas estimativas obtidas pelo levantamento de carga 
feito na unidade. A demanda contratada na ponta pela empresa é de 8.000 kW (oito mil 
quilowatts) e fora da ponta de 10.000 kW (dez mil quilowatts) e seu consumo médio no 
período de novembro de 2008 a outubro de 2009 foi de 6.500.000 kWh (seis milhões, 
trezentos e setenta e um mil, novecentos e quatro quilowatts hora) por mês. 
 
5.1.2 – Estudo de Caso 
 
 A unidade não tem gerador pelo tamanho da sua carga instalada. Devido a isso, não 
pode evitar a utilização da energia no horário crítico que é o horário de ponta. Pode ser 
estudada a viabilidade de ser comprado um gerador para, no horário de ponta, suprir o 
 
45 
 
consumo de apenas uns equipamentos específicos com a finalidade de diminuir o consumo de 
energia elétrica e assim minimizar o valor pago pela tarifa nestas três horas do dia. 
 
 A empresa usa de outro artifício para minimizar o consumo de energia no horário de 
ponta. A produção é automatizada para quando entrar neste horário, nem todos os 
equipamentos permaneçam ligados. Isto resulta em uma queda de produção e do consumo de 
energia elétrica pela unidade. Analisando a figura 5.1 em conjunto com a tabela 5.1, nota-se 
que fora do horário de ponta a planta se encontra em alta produção com todos os 
equipamentos em funcionamento e no horário de ponta a planta passa a utilizar um pouco 
mais de 60% de sua capacidade de produção. Com essa redução de 40% da utilização de 
energia em três horas por dia, a empresa chega a economizar R$ 750.000,00 (setecentos e 
cinquenta mil reais) e evita consumir 2.500.000 kWh (dois milhões e quinhentos mil 
quilowatts hora) por ano e essa energia não consumida é no horário crítico de fornecimento. 
Este planejamento é elaborado para que ao mesmo tempo em que gaste menos energia não 
falte produto para o mercado, isto é possível devido aos grandes tanques de armazenamento 
dos produtos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5.1 – Relação de consumo na ponta e fora ponta 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
46 
 
Tabela 5.1 – Levantamento do Contrato do Grupo A3 (69 kV) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A empresa gasta anualmente R$ 20.791.674,45 (vinte milhões, setecentos e noventa e 
um mil, seiscentos e setenta e quatro reais e quarenta e cinco centavos). Deve ser feito 
primeiramente uma verificação no contrato de energia elétrica da empresa com a CELPE, isto 
é, fazer uma adequação tarifária com a finalidade de obter economia neste valor pago e 
transferir o gasto com energia elétrica para outras áreas. A empresa economizando na conta de 
energia elétrica poderá investir em novos equipamentos e novas tecnologias com o intuito de 
consumir menos energia. 
 
A primeira observação a ser feita vista a tabela 5.1 são os valores de demanda 
ultrapassada do contrato. Somando os valores das multas por ultrapassagem chega-se ao 
número R$ 371.892,10 (trezentos e setenta e um mil, oitocentos e noventa e dois reais e dez 
centavos) em 12 meses de análise. Para evitar o pagamento desta multa pode ser feito junto à 
concessionária uma adequação do valor da demanda nesses meses, no entanto em que a 
mesma seja comunicada pelo menos cento e oitenta dias antes do faturamento da conta de 
energia elétrica. Com esse ajuste efetuado, a empresa conseguiria uma economia anual de R$ 
247.959,43 (duzentos e quarenta e sete mil, novecentos e cinqüenta e nove reais e quarenta e 
três centavos). Para obter essa economia não seria necessário investimento algum, apenas um 
planejamento adequado que previsse o consumo de energia nos três meses seguintes. 
 
Para o estudo de adequação tarifária foi elaborada, primeiramente, uma tabela com as 
tarifas cobradas no contrato de energia elétrica pela empresa concessionária no período em 
 
47 
 
que foi realizado o levantamento do consumo, de novembro de 2008 a outubro de 2009. A 
tabela 5.2 mostra os valores cobrados. 
 
Tabela 5.2 – Tarifas da CELPE (Contrato Horo-sazonal Azul) Subgrupo A3 
TARIFAS SUBGRUPO A3 (69 kV) 
Ciclo 
Tarifa 
Consumo 
Ponta 
Tarifa 
Consumo 
Fora 
Ponta 
TarifaDemanda 
Ponta 
Tarifa 
Demanda 
Fora 
Ponta 
Tarifa Demanda 
Ultrapassagem 
na Ponta 
Tarifa Demanda 
Ultrapassagem 
Fora Ponta 
nov/08 0,31722 0,19284 36,06620 8,44599 108,19886 25,33798 
dez/08 0,28644 0,17500 36,16618 8,46938 108,49854 25,40816 
jan/09 0,28677 0,17520 36,20840 8,47927 108,62521 25,43782 
fev/09 0,28216 0,17238 35,62607 8,34290 106,87823 25,02871 
mar/09 0,28561 0,17449 36,06104 8,44476 108,18313 25,33430 
abr/09 0,28548 0,17441 36,04532 8,44108 108,13598 25,32326 
mai/09 0,33993 0,20617 47,53694 9,82323 142,61083 29,46971 
jun/09 0,33107 0,20080 42,31319 8,48840 126,93959 25,46521 
jul/09 0,33656 0,20413 47,06641 9,72600 141,19925 29,17802 
ago/09 0,33613 0,20386 47,00573 9,71346 141,01719 29,14040 
set/09 0,33646 0,20407 47,05291 9,72321 141,15875 29,16965 
out/09 0,34406 0,20868 48,11555 9,94280 144,34667 29,82842 
 
Segundo a resolução 456 da ANEEL quando a demanda contratada ou estimada pelo 
interessado, para fornecimento, for superior a 2.500 kW (dois mil e quinhentos quilowatts), o 
nível de tensão que pode ser aplicada nesse caso é igual ou superior a 69 kV. A unidade em 
estudo se encaixa nesse perfil. A fim de avaliar a adequação tarifária da unidade será feita uma 
estimativa do mesmo consumo de energia elétrica, com a mesma demanda contratada na 
ponta e fora da ponta para um contrato com a concessionária horo-sazonal azul no subgrupo 
A1 (230 kV). 
 
Para essa simulação foi montada a tabela 5.3 com as tarifas do contrato a ser testado 
pela unidade no período devido do levantamento do consumo. Além da tabela das tarifas, a 
tabela 5.4 mostra o importe anual estimado da conta de energia elétrica com o fornecimento 
da unidade pela concessionária em 230 kV. 
 
As tabelas 5.1 e 5.4 foram elaboradas por uma estimativa do consumo de energia da 
unidade levantado em campo, e o que mostram não são valores reais pagos pela empresa de 
separação de gases do ar à concessionária de energia elétrica. 
 
 
48 
 
Tabela 5.3 – Tarifas da CELPE (Contrato Horo-sazonal Azul) Subgrupo A1 
TARIFAS SUBGRUPO A1 (230 kV) 
Ciclo 
Tarifa 
Consumo 
Ponta 
Tarifa 
Consumo 
Fora 
Ponta 
Tarifa 
Demanda 
Ponta 
Tarifa 
Demanda 
Fora 
Ponta 
Tarifa Demanda 
Ultrapassagem 
na Ponta 
Tarifa Demanda 
Ultrapassagem 
Fora Ponta 
nov/08 0,31722 0,19284 5,80026 0,00000 17,40078 0,00000 
dez/08 0,28644 0,17500 5,81632 0,00000 17,44897 0,00000 
jan/09 0,28677 0,17520 5,82311 0,00000 17,46935 0,00000 
fev/09 0,28216 0,17238 5,72946 0,00000 17,18839 0,00000 
mar/09 0,28561 0,17449 5,79941 0,00000 17,39825 0,00000 
abr/09 0,28548 0,17441 5,79689 0,00000 17,39067 0,00000 
mai/09 0,33993 0,20617 6,85308 0,00000 20,55925 0,00000 
jun/09 0,33107 0,20080 6,67048 0,00000 20,31295 0,00000 
jul/09 0,33656 0,20413 6,78525 0,00000 20,35575 0,00000 
ago/09 0,33613 0,20386 6,77650 0,00000 20,32951 0,00000 
set/09 0,33646 0,20407 6,78330 0,00000 20,34992 0,00000 
out/09 0,34406 0,20868 6,93650 0,00000 20,89095 0,00000 
 
Tabela 5.4 – Levantamento do Contrato do Grupo A1 (230 kV) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Analisando a tabela 5.4 observa-se que o importe anual da conta de energia elétrica da 
unidade seria em torno de R$ 16.033.591,62 (dezesseis milhões, trinta e três mil, quinhentos e 
noventa e um reais e sessenta e dois centavos). Fazendo a diferença entre os importes do 
contrato atual da empresa (horo-sazonal azul subgrupo A3) e o contrato simulado (horo-
sazonal azul subgrupo A1) é encontrada uma economia de aproximadamente R$ 4.758.082,83 
(quatro milhões, setecentos e cinqüenta e oito mil, oitenta e dois reais e oitenta e três 
centavos). 
 
 
49 
 
O nível de tensão de fornecimento a um cliente nem sempre é o mais apropriado, quer 
porque o cliente incrementou significativamente o consumo inicial, quer porque o produto que 
fabrica exija uma melhoria na qualidade de serviço imposto pelo cada vez mais exigente 
mercado, que impõe produtos com qualidade cada vez maior e tempos de resposta cada vez 
mais curtos. 
 
O serviço de Mudança do Nível de Tensão é composto por: 
 Estudo técnico-econômico da mudança de tensão de alimentação; 
 Fornecimento de Postos de Transformação/Subestações; 
 Execução de ramais de ligação à rede de distribuição / transmissão; 
 Apoio no processo técnico-administrativo associado à mudança. 
 
Várias situações podem conduzir um cliente a sentir a necessidade de aumentar o nível 
de tensão de alimentação: 
 Impossibilidade da rede de BT (Baixa Tensão) ou MT (Média Tensão) fornecer 
a potência necessária para cobrir as necessidades da instalação do cliente; 
 Redução dos custos com energia elétrica (uma vez que quanto mais elevado o 
nível de tensão, mais baixa é a tarifa); 
 Melhoria da qualidade de serviço (a qualidade da energia elétrica melhora com 
o aumento do nível de tensão; de acordo com o próprio Regulamento da 
Qualidade de Serviço, o número de interrupções por ano, bem como a sua 
duração, é maior na alimentação em BT e menor em MT e AT). 
 
Para a realização dessa mudança de tensão de fornecimento seria necessária uma 
subestação industrial de 230/69 kV 18 MVA com uma entrada de 230 kV e interligação com o 
setor de 69 kV já existente. Pesquisando em empresas responsáveis por este tipo de serviço 
foi avaliado o total da construção da nova subestação em aproximadamente R$ 6.000.000,00 
(seis milhões de reais). 
 
 
 
 
 
 
50 
 
5.2 – ANÁLISE DA TROCA DOS MOTORES EXISTENTES POR 
MOTORES DE ALTO RENDIMENTO 
 
5.2.1 – Características da empresa 
 
Na unidade existem vários motores para diferentes fins, compressores, ventiladores, 
bombas. Para avaliar a troca desses motores padrões por motores de alto rendimento, 
primeiramente é necessário saber a potência de todas as máquinas, no anexo 1 poderá ser vista 
uma tabela com todos os equipamentos, suas potências em kW, tempo de utilização diária, 
energia requerida no dia por equipamento e no mês por equipamento e total da unidade. 
 
Hoje são oferecidos no mercado motores de alto rendimento de 1 até 500 cv. Devido a 
esta restrição nem todos os motores poderão ser avaliados para a troca por terem sua potência 
nominal maior do que as ofertadas pelos fabricantes de motores de alto rendimento. 
 
5.2.2 – Estudo de Caso 
 
Será adotado nesta etapa do trabalho, o rendimento de um motor de alto rendimento 
como sendo 91% e do motor standard padrão sendo 85%. Analisando os motores entre a faixa 
de 1 a 500 cv que são usados na unidade de separação de gases do ar, observa-se que na 
maioria são bombas com potências que variam de 3/4 cv até 250 cv. 
 
Na tabela 5.5, é mostrada economia de energia obtida com a troca de todos os motores 
standard por motores de alto rendimento. Verificou-se que houve uma economia de 
aproximadamente 329.767 kWh (trezentos e vinte e nove mil, setecentos e sessenta e sete 
quilowatts hora) por ano. 
 
Neste caso, o custo da substituição refere-se apenas à aquisição do motor de alto 
rendimento, uma vez que não haverá necessidade de adaptação pela utilização de carcaças 
normalizadas. 
 
A substituição dos motores resultou não somente na redução do consumo de energia 
elétrica, como também na redução da demanda contratada. O cálculo da economia em reais 
 
51 
 
foi feito por uma tarifa de consumo média do contrato atual da empresa que é o horo-sazonal 
azul subgrupo A3 (69 kV) utilizando a fórmula que segue.