Análise de viabilidade econômica voltado para a redução de consumo de energia elétrica em uma linha de produção de uma indústria de cerveja

GODINHO, Silvio M.; ROCCA, Graciela A. Dela; RAMOS, James O.; STEFENON, Stéfano F.; AMÉRICO, Jonatas P.

Vol. 38 (Nº 36) Año 2017. Pág. 0

Análise de viabilidade econômica voltado para a redução de consumo de energia elétrica em uma linha de produção de uma indústria de cerveja

Analysis of economic feasibility for the reduction of consumption of electricity in a production line in a beer industry

Silvio Martins GODINHO 1; Graciela Alessandra Dela ROCCA 2; James Oto RAMOS 3; Stéfano Frizzo STEFENON 4; Jonatas Policarpo AMÉRICO 5

Recibido: 21/02/2017 • Aprobado: 20/03/2017

Conteúdo

1. Introdução

2. Análise de viabilidade econômica

3. Descrição de análise de dados da pesquisa

4. Considerações finais

Referências

RESUMO:

Este projeto tem como objetivo analisar o custo das paradas de ineficiência energética para uma linha de produção de uma indústria cervejeira da região de Lages e a viabilidade da implantação de controladores de estado sólido comandado por controlador analógico, substituindo o controle de contato seco existente. A linha de produção em questão tem um consumo elevado de energia durante as paradas programadas. Visto que nos dias de hoje é indispensável à redução dos gastos e desperdício. O método utilizado foi descritivo comparativo que propôs uma análise do consumo médio de energia da linha de produção e seus respectivos impactos. Os resultados observados demonstram um ótimo tempo de retorno do investimento visto que os gastos financeiros são baixos comparados á redução do consumo de energia.
Palavras-chave: Linha de produção. Viabilidade econômica. Resultados e redução de energia.

ABSTRACT:

This project aims to analyze the cost of energy inefficiency from the stops for a production line of a brewery in the region of Lages and the feasibility of the implementation of solid state controllers commanded by analog controller, replacing the existing dry contact control. The production line in question has a high energy consumption during scheduled shutdowns. Since today the reduction of expenses and losses is indispensable. The method used to describe comparative that proposes an analysis of average energy consumption for the production line and its respective impacts. The observed results demonstrate a great time of return of the investment since the expenses are low compared to the reduction of the energy consumption.
Keywords: Production line. Economic viability. Results and energy savings.

1. Introdução

De acordo com uma publicação da Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2015a) as indústrias brasileiras consumiram em 2014 62.042.868,83 MWh. Sendo responsável por aproximadamente 18 % do consumo total de energia elétrica no país. Dados estes que a caracterizam como o setor com maior consumo de energia elétrica. Levando em conta que a média da tarifa de energia elétrica para a indústria é de R$ 335,43 as 6.996.135 unidades industriais do país desembolsaram um total de R$ 20.808.073.215,94 com a energia elétrica no ano passado.

É lógico que este não é único problema do consumo desenfreado da energia. O aumento constante do consumo de energia elétrica nos dias atuais, que se por um lado reflete o aquecimento da economia e a elevação da qualidade de vida da população, por outro lado expõe os principais problemas deste caso. Entre estes problemas a enorme possibilidade do esgotamento de recursos para a produção de energia, além do grande impacto ao meio ambiente.

Uma das principais formas de conter essa expansão é o uso eficiente da energia elétrica. Desse modo foram criados no Brasil vários programas que promovem o uso eficiente da energia elétrica em todos os setores, desde a substituição de lâmpadas, geladeiras e outros eletrodomésticos com consumo elevado nas residências, até as grandes unidades consumidoras. Na indústria em geral não é diferente, existem cada vez mais projetos que visam à conscientização, redução e principalmente a auto-geração de energia, entre outros. Porém é evidente que para uma indústria economizar energia, ela deve ser eficiente, em suas atividades rotineiras. A falta ou o uso ineficiente da energia elétrica interfere diretamente no preço final dos produtos e nas margens de lucro das empresas, ou seja, possui impacto direto no bolso dos consumidores (ANNEL, 2015b).

No Brasil, a indústria de alimentos e bebidas é uma das principais indústrias de transformação, e consequentemente uma das que mais consomem energia, algo em torno de 25 % do consumo de toda a indústria brasileira ficando atrás apenas da Indústria metalúrgica. Na indústria de alimentos e bebidas, pode-se dividir o consumo em calor de processo, aquecimento direto, força motriz, refrigeração, iluminação, entre outros. Porém estes são consumos necessários para o produto final, ou seja, são indispensáveis durante a produção. Por isso a importância de reduzi-los (Sato, 1997).

Nas indústrias cervejeiras destacam-se a quantidade de linhas de produção, que podem passar de 15 linhas em algumas plantas fabris. A empresa em estudo por sua vez possui 5 linhas de engarrafamento de cerveja. Com capacidade para envazar 6 milhões de hectolitros [6] por ano (Cervieri Júnior et al., 2014).

Uma de suas principais metas globais para 2017, é a redução de 10 % do consumo de energia elétrica em relação ao ano de 2012, conforme esta apresentado na Figura 1.

Figura 1 - Metas globais da empresa para 2017

Fonte: Elaborado pelo autor, 2015.

A empresa em estudo tem uma demanda de aproximadamente 7,5 MW e consome em média 3100000 kWh por mês. Uma única linha de produção consome em média 4500 kWh por dia, independentemente se esteja produzindo ou não. O que torna indispensável o uso eficiente da energia elétrica.

Esta pesquisa tem como objetivo demonstrar a viabilidade econômica de um investimento para reduzir o consumo de energia elétrica em um forno de uma embaladora de uma das linhas de produção da empresa em estudo, com cálculos de lucratividade e tempo de retorno do investimento (VPL, TIR e Payback).

1.1. Justificativa

Só em 2013 o Brasil desperdiçou 10 % da energia que produziu. Isso daria para abastecer os estados do Rio de Janeiro e Ceará por um ano. Diante deste cenário, faz-se necessário através de técnicas e táticas de engenharia econômica a viabilidade de implantação de controladores de potência no forno em questão e a redução do tempo de passagem do produto pelo túnel da embaladora, possibilitando também a diminuição da temperatura dos sets point’s (Campos & Queiroz, 2016).

Foi constatado no equipamento em estudo um consumo elevado de energia em função da temperatura elevada e da oscilação da temperatura em até 16 °C, ou seja ± 8 °C.

A linha de produção 541 da planta consome em média 7500 kWh ou R$ 1500,00 por dia. Esse consumo se deve principalmente ao fato do baixo desempenho durante a produção.

A Embaladora Overlap ZWA onde serão instalados os controladores de potência é uma máquina automática para embalagem com filmetermo-encolhível conhecido na indústria também por filme Shrink. Este filme é encolhido pelo calor do túnel do forno por onde o produto passa por um determinado tempo e temperatura.

1.2. Controlador de Potência

Controladores de potência ou módulos de potência são os equipamentos destinados ao controle de potências, ou ainda controle da quantidade de energia aplicada diretamente sobre a carga de processos diversos, especialmente envolvendo cargas resistivas, podendo ser empregados em iluminação fornos industriais, estufas, injetoras, extrusoras e outros (Furini & Araujo, 2008).

Essa quantidade de energia a ser aplicada a carga é definida pelo controlador do processo que, através de seu sinal de saída, repassa a informação ao controlador de potência. O sinal de saída do controlador de processo é o sinal de entrada do controlador de potência. O controlador recebe sinal de entrada analógica, proveniente de um controlador de processo (exemplo controlador de temperatura) e em função do sinal, modula o tempo de condução do tiristor. Desta forma a carga recebe energia, cujo tempo de duração é proporcional ao nível de sinal de entrada. Com este sistema consegue-se obter uma excelente estabilidade na temperatura controlada. A potência de saída é diretamente proporcional ao sinal de controle, ou seja, menor potência corresponde ao menor sinal de controle.

Os tiristores são componentes internos de alta capacidade de condução de corrente elétrica, que atuam como chaves elétricas e como tais, são dispositivos de apenas dois estados: ligado ou desligado (Pomilio, Paredes & Deckmann, 2013).

Como então entregar a carga do processo quantidades de energia diferentes de 0 % (tiristor desligado) e 100 % (tiristor ligado)? “A resposta está na técnica de modulação da tensão elétrica da rede que alimenta a carga. Ligando e desligando os tiristores em momentos criticamente específicos é possível obter sobre a carga valores médios de potência proporcionais ao definido pelo controlador de processo” (Novus, 2015). Duas técnicas são tradicionalmente utilizadas, ângulo de fase e trem de pulso.

1.3. Instalação dos controladores de potência

O forno da embaladora da linha de produção produz em média 45 fardos por minuto. Trabalhando com quatro estágios de temperatura durante a produção, formando uma espécie de “pirâmide” de temperatura. Ele trabalha com 185 °C em seu primeiro e em seu último estágio e 190 °C nos estágios intermediários. Com a oscilação da temperatura de ± 8 °C, o consumo de energia se torna muito alto devido a senoide da temperatura elevada. Com a instalação dos controladores de potência, além da redução do consumo, a estabilidade na temperatura do forno irá permitir a redução do tempo de passagem do produto pelo túnel do forno e por sua vez a redução nos “Set point’s”.

2. Análise de viabilidade econômica

A análise de viabilidade econômica busca identificar os benefícios alcançados a partir de um investimento realizado e compará-los com os investimentos totais e outros custos associados com o intuito de verificar a viabilidade da implementação do projeto. “Engenharia Econômica são os métodos e técnicas de decisões empregadas na escolha entre alternativas de investimentos tecnicamente viáveis, nas quais as diferenças futuras serão expressas em termos de dinheiro” (Hess, Marques, Paes & Puccini, 1985, p.2).

2.1. VPL (Valor presente líquido)

Para analisar-se a viabilidade deste projeto utiliza-se o VPL que determina o valor presente de custos futuros descontados a uma taxa de juros apropriada, menos o custo do investimento inicial.

De acordo com Panesi (1984, p. 172) o valor presente líquido no instante considerado inicial, de todas as variações de caixa. Se o VPL de uma alternativa de investimento der positivo, isso significa que é interessante tal investimento do ponto de vista econômico a taxa mínima de atratividade. Se der negativo, não compensa o investimento, uma vez que o somatório dos valores presentes dos recebimentos é menor que o somatório dos valores presentes de desembolsos (Righez et al., 2016).

2.2. TIR (Taxa interna de retorno)

O método utilizado será o TIR que é a taxa necessária para igualar o valor de um investimento com os seus respectivos retornos futuros ou saldos de caixa gerados em cada período. Segundo Panesi (1984, p. 170) TIR é um método do fluxo de caixa descontado, ou seja, taxa que faz com que o valor atual das entradas seja igual ao valor atual das saídas. Para um projeto ser viável devem ser utilizadas estas técnicas e critérios além de obedecidas etapas cruciais na análise financeira. Segundo Buarque (2006) o projeto é como uma caixa mágica, onde através de fluxo físico, alguns insumos são transformados em produtos novos.

2.3. Payback

O tempo de retorno, ou ainda, Payback é o método mais usado para avaliar investimentos de eficiência energética. Para Panesi (1984, p. 169) Payback“ é um método simples para avaliar investimentos de eficiência energética que indica para o investidor quanto tempo levará para retornar o capital investido no projeto”.

Conforme Cardoso (2014) método do payback consiste em determinar o valor de T na seguinte equação:

Em que:

I = investimento

FCt = o fluxo de caixa no período t

K = o custo de capital

3. Descrição de análise de dados da pesquisa

3.1. Análises de consumo de energia.

Adotou-se para o estudo da pesquisa a medição de consumo de energia de três meses, janeiro, fevereiro e março. O gráfico 1, mostra o consumo de energia elétrica em kWh durante todo o mês de janeiro de 2015 na linha de produção 541. Percebe-se que os maiores picos de consumos ocorreram durante 10 dias do mês em estudo, conforme o gráfico 1.

Gráfico 1: Consumo de energia no mês de Janeiro de 2015

Fonte: Elaborado pelos autores 2015

As tabelas 1 e 2 demonstram a quantidade de energia que é necessária para envazar cada garrafa de cerveja na linha de produção em questão. Tendo em vista que a produção total de garrafas no mês de janeiro foi de 10.833.239 unidades e o consumo total foi de 178540 kWh, verifica-se assim que foram produzidas em média 62 garrafas por kWh.

Tabela 1: Consumo e impactos no mês de janeiro de 2015.

DIA	CONSUMO (kWh)	GASTO (R$)	MAIOR IMPACTO	TEMPO (Min)
2/1/2015	7925	R$ 1.585,00	Setup de embalagem	191,66
3/1/2015	7145	R$ 1.429,00	Assepsia	51,36
4/1/2015	7780	R$ 1.556,00	Assepsia	84,50
10/1/2015	7164	R$ 1.432,80	Assepsia	74,63
21/1/2015	6842	R$ 1.368,40	Assepsia	30,70
28/1/2015	7866	R$ 1.573,20	Setup de embalagem	391,86