Estudo de Esteiras Da VALE Vitória

Relatório de Identificação de Oportunidade

VALE

Porto de Vitória

Eficiência Energética Industrial

Sistema de Correias Transportadoras

Vitória - ES

CLIENTE DESENVOLVIMENTO

http://www.vale.com/vale/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?tpl=home



TÍTULO DO DOCUMENTO

RELATÓRIO DE IDENTIFICAÇÃO DE OPORTUNIDADE

Porto de Vitória – Vitória – ES - Sistema de Correias Transportadoras

Cliente

VALE

Unidade Industrial

Porto de Vitória – ES

Referência do Documento

BR-0110/09

CONTROLE DE REVISÕESREV DATA RESPONSÁVEL DESCRIÇÃO

0 JULHO 2009 FAV EMISSÃO ORIGINAL

Preparado por

Francisco A. Vieira – Engenheiro Eletricista - MSc

Francisco Soares – Engenheiro Eletricista

Jaime Damasceno – Engenheiro Eletricista

Marcelo Perucci – Engenheiro Eletricista

Marcelo Schumacker – Engenheiro Eletricistas

Sérgio Provenzano Junior – Engenheiro Eletricista Sr

([email protected])

([email protected]) ([email protected])

([email protected])

([email protected]) ([email protected] )

DESENVOLVIMENTO

ABB LtdaGerência de Desenvolvimento de Negócios – Eficiência EnergéticaAv. Rio Branco 1, Sala 802 – Centro20090-003 Rio de Janeiro – RJFone 21 2518 5770 / Fax: +21 2518 6551

mailto:[email protected]








ÍNDICE – SEÇÕES

1. Sumário Executivo..................................................................................4

2. Objetivo..................................................................................................6

3. O sistema do Porto de Vitória.................................................................7

4. Metodologia............................................................................................10

4.1. Desenvolvimento dos trabalhos......................................................10

4.2. Estimativa de economia e investimento..........................................11

5. Descrição do Sistema de Correias Transportadoras..............................12

5.1. Descrição Física do Sistema de Correias Transportadoras............12

5.2. Características operacionais:..........................................................13

5.3. Características Técnicas.................................................................15

6. Estimativa de Consumo de Energia.......................................................17

6.1. Desempenho energético das correias transportadoras;.................17

6.2. Dados medidos na balança do TRD13............................................19

6.3. Processo produtivo..........................................................................20

6.4. Carga típica em um navio................................................................21

6.5. Medições dos motores das correias transportadoras.....................22

6.6. Estimativa do consumo total anual..................................................24

6.7. Estimativa de redução do consumo total anual...............................26

7. Síntese das Ações Apresentadas..........................................................29

8. Avaliação Econômica.............................................................................31

8.1. Tarifas de Energia Elétrica..............................................................31

8.2. Redução de custo total....................................................................32

8.3. Análise Econômica..........................................................................33

8.4. Ganhos Técnicos e Comerciais.......................................................34



1. Sumário Executivo

Este Relatório de Identificação de Oportunidade apresenta o resultado dos

estudos efetuados para o sistema de correias transportadoras do Porto de Vitória

– Vitória - ES. Numa próxima etapa, serão efetuadas as medições dos motores,

para confirmação dos dados aqui elencados. Os resultados são estimados em

função dos levantamentos efetuados diretamente no processo pela ABB e VALE

além de todos os dados que foram disponibilizados pela VALE para o estudo em

questão. Foram também monitoradas pela equipe da VALE todas as respectivas

etapas de processo para o embarque do minério no Porto de Vitória.

Este estudo não tem como objetivo analisar todas as oportunidades existentes no

Porto de Vitória, sendo o mesmo um projeto piloto. O mesmo servirá também

como ferramenta de divulgação, com o objetivo de promover outros projetos para

a redução do consumo e do custo com energia elétrica em outros Portos ou

processos produtivos da VALE. Um diagnóstico energético de todos os processos

utilizados nessa planta poderá ser desenvolvido no futuro para levantamento de

todas as oportunidades existentes.

Os principais resultados deste estudo são: a indicação do potencial de energia

salva para o Sistema de Correias Transportadoras; o investimento necessário; e

a metodologia utilizada para a indicação de energia salva. Esses dados serão

utilizados para a VALE avaliar a viabilidade desse projeto de acordo com a sua

própria metodologia.

Com a implantação das ações aqui apresentadas, para o Sistema de Correias

Transportadoras, além do aumento da confiabilidade e produtividade do Porto de

Vitória, estima-se que há um potencial geral de 40% de economia de energia

elétrica e de 30% de redução da demanda de potência elétrica. A tabela 1

apresenta os principais valores de energia elétrica salva e investimento para o

projeto aqui descrito.



Tabela 1 – Valores de Energia Salva e Investimento.

Demanda Retirada Fora da Ponta 1.782 kW

Demanda Retirada da Ponta 1.782 kW

Energia Evitada 11.770 MWh / Ano

Percentual de redução de consumo 40 %

Percentual de redução da demanda 30 %

Redução de Custo Anual MR$ 4,09

Investimento Total MR$ 7,20

Investimento Com Créd. ICMS MR$ 6,34

Pay back simples (anos) 1,76



2. Objetivo

O objetivo deste Relatório é apresentar as oportunidades de eficientização do uso

de energia elétrica para os motores que integram o sistema de correias

transportadoras do Porto de Vitória – Vitória - ES. É apresentado também todas

as etapas de trabalhos necessárias para efetiva implantação dessas

oportunidades.

Este estudo não tem como objetivo analisar todas as oportunidades existentes no

Porto de Vitória, sendo o mesmo um projeto piloto. O mesmo servirá também

como ferramenta de divulgação, com o objetivo de promover outros projetos para

a redução do consumo e do custo com energia elétrica em outros Portos ou

unidades industriais da VALE.

O projeto aqui a ser apresentado trará junto a outros ganhos energéticos o

aumento da confiabilidade do sistema do Porto de Vitória, aumentando

sensivelmente a produtividade para o sistema como um todo.

Para efetiva implantação do projeto, faz-se necessário na sua evolução

desenvolver o projeto executivo detalhado, onde serão confirmados os custos de

implantação estimados.



3. O sistema do Porto de Vitória

O estudo de caso aqui apresentado, trata do Píer II do Porto de Vitória da VALE.

Serão apresentados os ganhos financeiros que serão obtidos com instalação dos

Inversores de Freqüência de Média Tensão aos motores que integram o sistema

correias transportadoras de correia existentes. Serão substituídos os

acoplamentos hidráulicos existentes. A figura 1 apresenta um esquemático geral

do sistema de correias transportadoras existentes no Porto de Vitória.

Figura 1 - Sistema de Correias Transportadoras.

Com o objetivo de otimizar o processo, foram selecionados os seguintes motores

integrantes das correias transportadoras do Porto para fazerem parte deste

estudo:

TR-D11 - M1 (200HP);

TR-D12 - M1 (510HP) e M2 (510HP);

TR-D13 - M1 (1000HP), M2 (1000HP), M3 (1000HP) e M4 (600HP);

TR-D15 - M1 (410HP) e M2 (410HP);

CN3 - M1 (500HP) e M2 (600HP); e

CN4 - M1 (600HP) e M2 (600HP).



A seleção das correias transportadoras aqui apresentadas foi função de

representarem a maior demanda por energia no Pier II. Entende-se desta forma

que este estudo engloba o caso mais conservador no que se refere à economia

de energia e payback de projeto. O potencial a ser desenvolvido pela VALE

através da extensão deste projeto a toda a unidade o Porto de vitória trará

ganhos comerciais e técnicos muito maiores dos os que estão elencados neste

relatório. Trará também modernidade ao Porto e possibilitará a apresentação do

mesmo como modelo em eficiência energética em seu segmento de mercado. A

figura 2 apresenta um esquemático da área selecionada para a aplicação do

projeto aqui apresentado. A figura 3 apresenta uma foto do Píer 2.

Figura 2 – Correias Transportadoras selecionadas para o projeto.



Figura 3 – Navio atracado no Píer II de Vitória

Para que o sistema de correias transportadoras tenha eficiência máxima, é

imprescindível que sejam respeitadas as características projetadas para o

material transportado, tais como: tamanho, peso bruto e peso específico, ângulo

de repouso estático e dinâmico, mobilidade do material; velocidade de transporte.

Soma-se ainda a estas características, com grande importância para o

rendimento do sistema; os arranjos, perfis e desenhos de rotas. Essas infinidades

de arranjos podem aumentar ou diminuir a eficiência do sistema utilizado,

dependendo do projeto e tecnologia implantada.



4. Metodologia

A metodologia aqui apresentada foi aplicada ao estudo desenvolvido no Porto de

Vitória.

4.1. Desenvolvimento dos trabalhos

O desenvolvimento deste trabalho seguiu a seguinte metodologia:

Visitas aos locais para conhecimento das instalações e identificação dos

equipamentos e sistemas.

Reuniões com equipe da unidade industrial para coletar informações sobre

aspectos operacionais, rotinas de utilização, manutenção e produção.

Levantamento das oportunidades de redução de consumo de energia

elétrica para o sistema analisado.

Levantamento de dados operacionais, com instrumentos de medição (será

confirmada numa próxima etapa).

Análise dos dados de operação e consumo coletados.

Análise de investimentos necessários para as oportunidades existentes e

valor total do custo de energia elétrica que poderá ser reduzido com a

implantação do projeto.

Os dados técnicos referentes à utilização de energia foram obtidos através de

das características técnicas dos respectivos motores instalados no Porto de

Vitória e consumos específicos que foram disponibilizados pela VALE. Foram

também disponibilizados os dados referentes ao embarque no Porto, durante o

período de um mês.

É importante salientar que a análise quantitativa apresentada leva em

consideração os dados coletados durante o processo de aquisição de dados e,



portanto, é baseada em dados reais de operação do Porto de Vitória. Para

melhorar ainda mais a assertividade dos dados coletados, será necessário

executar medições em campo durante um período, que será acordado entre

VALE e ABB.

4.2. Estimativa de economia e investimento

A estimativa de economia foi gerada através da metodologia descrita

anteriormente e está apresentada no item 6. Para a análise do investimento

associado a economia de energia gerada por essa ação, será considerado o

retorno simples como a relação direta entre o investimento e a economia anual,

expresso em anos.



5. Descrição do Sistema de Correias Transportadoras

5.1. Descrição Física do Sistema de Correias Transportadoras

O sistema de correias transportadoras é utilizado para movimentar os produtos

e / ou matéria prima dentro de uma unidade industrial. Em uma unidade portuária

grande parte da energia elétrica utilizada é função da utilização deste sistema,

que transporta os produtos para carregamento e descarregamento de navios.

As principais características técnicas e operacionais para o Porto de Vitória

consideradas nos cálculos deste estudo estão elencadas a seguir:

Carregamento de 75 Mton/ano a uma taxa comercial nominal de 8.500

ton/hora;

Tempo médio entre a saída de um navio e a entrada de outro de duas

horas e meia;

Tempo de limpeza das correias (reverso) por dia: 7 minutos, porém só

ocorre quando muda o material;

Funcionamento do porto também durante o período de ponta (18 às 21h);

Funcionamento das esteiras transportadoras em média carga cerca de 20

horas / dias para um navio de médio porte de 200.000 ton;

Tempo de funcionamento das esteiras transportadoras em vazio de cerca

de 30 minutos / dias;

Partida do motores das esteiras transportadoras em média de 10 vezes

por dia;

Ocorre aproximadamente uma manutenção programada por mês, com

duração de 48 horas em média;



Faltas de energia ocorrem cerca de 4 horas por mês.

5.2. Características operacionais:

Os motores integrantes do sistema de correias transportadoras são

supervisionados por sistemas de partidas sem controle de potência. O tipo de

partida é direto. Há correntes de partidas da ordem de 5 a 8 vezes a corrente

nominal, trazendo desta forma dificuldades para a partida desses motores com

todo o processo de carregamento em funcionamento. Há redução de

funcionamento do processo industrial para que a partida possa acontecer sem

problemas para o sistema elétrico.

Mesmo em períodos de baixa carga ocasionados por restrições no processo de

carregamento dos navios, há grandes limitações para redução das potências dos

mesmos. Não há controle de velocidade e potência disponibilizada pelos motores

as correias transportadoras.

A etapas existentes no sistema de correias transportadoras são: i) sistema em

vazio; ii) sistema com carga parcial; iii) sistema com carga total; iv) limpeza das

correiais v) parada vi) inicio de processo vii) manutenção.

A redução no consumo energético ocorrerá devido ao novo sequenciamento de

partida dos transportadores e do modelamento de carga de minério em cada

segmento de transporte, minimizando a operação em vazio dos transportadores,

adequando o consumo/velocidade de transporte em relação à carga de minério

efetivamente transportada.

Essa automatização de processo não implicará em redução dos níveis de

segurança operacionais, pelo contrário, trará mais controle e confiabilidade para

o processo.

Tradicionalmente, a partida dos transportadores de uma determinada rota de

transporte em portos é iniciada do carregamento para o pátio, ou seja, dos

carregadores de navio para as recuperadoras de minério. Este procedimento



ocorre devido à falta de indicação do volume de minério existente em cada

segmento de transportador, o qual por questões de segurança operacional dos

equipamentos, parte sempre “esvaziando” a rota antes da entrada efetiva em

operação da recuperadora de minério para o abastecimento da mesma.

Para o estudo aqui proposto, a rota típica considerada é composta por

transportadores de diferentes comprimentos, o qual ocasiona um tempo teórico

de partida convencional de 5min e 40 seg. Fazendo uma ampliação com outras

etapas de projeto que a VALE está desenvolvendo este tempo é da ordem de

8min e 20seg. Na prática o tempo de rota “padrão” para a operação nos portos

atuais pode chegar a 15 min com a inclusão de tolerâncias de segurança.

A figura 4 apresenta o sistema de correais transportadoras ampliado.

Figura 4 - Sistema de Correias Transportadoras.

5.3. Características Técnicas

O sistema de correias transportadoras aqui estudado tem as principais

características técnicas apresentadas na tabela 2.

Tabela 2 – Características Técnicas do Sistema de Correias Transportadoras.



NAVIOD153x6011303,6160002000084CN-04

NAVIOD133x6001303,61600020000MaCN-03

CN4D13400/3001523,6160002000084D15

CN3, D15, (s9)D12-(s11)3X1000/6003323,6160002000084D13

D12D3-D6-D7-D9-

D112X500873,6160002000084D12

D12A3A-C3A-

H24200163,05140001600084D11

DESCARREGA EM

RECEBE DE

POTÊNCIA (HP)

COMPR. (m)

VELOC. (m/s)

CAPAC. NOMINA

L (t/h)

CAPAC. PROJETO

(t/h)

LARG. (POL.)

TRANSP. (TR)

NAVIOD153x6011303,6160002000084CN-04

NAVIOD133x6001303,61600020000MaCN-03

CN4D13400/3001523,6160002000084D15

CN3, D15, (s9)D12-(s11)3X1000/6003323,6160002000084D13

D12D3-D6-D7-D9-

D112X500873,6160002000084D12

D12A3A-C3A-

H24200163,05140001600084D11

DESCARREGA EM

RECEBE DE

POTÊNCIA (HP)

COMPR. (m)

VELOC. (m/s)

CAPAC. NOMINA

L (t/h)

CAPAC. PROJETO

(t/h)

LARG. (POL.)

TRANSP. (TR)

Os motores integrantes desse sistema têm as características técnicas

apresentadas na tabela 3.



Tabela 3 – Características Técnicas dos motores elétricos.

Fabricante

Tipo de motor Motor de indução trifásico

Potência nominal

200 HP 410 HP 500 HP 510 HP 600 HP 1.000 HP

Tensão nominal 4.160 V

Corrente nominal

52,6 66 A 80 A 127 A

Fator de potência

0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85

Rendimento 96,4% 96,4% 96,4% 96,4% 96,4% 96,4%

Carcaça

Frequência 60 Hz

Velocidade nomina

RPM

Número de pólos

Forma construtiva

B3D

Grau de Proteção

IP55

Classe de isolação

F

Fator de Serviço 1,0

Regime de Funcionamento

Contínuo



6. Estimativa de Consumo de Energia

A estimativa para o consumo de energia anual para o sistema de correias

transportadoras aqui estudado será efetuada em função da combinação das

respectivas etapas de processo definidas no carregamento de um navio típico.

Todos os períodos em que não há funcionamento do processo produtivo serão

descontados do total de hora disponíveis no ano.

A estimativa será apresentada em duas etapas: i) troca de tecnologia, redutor

pelo VSD com redução das perdas e ii) redução de velocidade no processo com

redução de potência elétrica e consumo de energia.

6.1. Desempenho energético das correias transportadoras;

Diversas ações do tipo: manutenção preventiva, preditiva, lubrificação dos

sistemas mecânicos, melhoria do sistema de limpeza da correia transportadora,

melhoras na calha de carregamento e descarregamento, melhora nos rolamentos

os roletes, poderão agregar muito valor para a redução dos índices específicos

para a utilização de cada esteira transportadora. Dessa forma é de fundamental

importância a implantação de acompanhamento sistemático dos índices

específicos (kW / ton) de produtos transportados.

As ações aqui propostas fundamentam-se nas trocas dos redutores e

acoplamentos hidráulicos pelos VSD. A seguir são apresentados os rendimentos

destas formas de atuação em esteiras transportadoras.

O motor e o conjunto de acionamento utilizado, têm perdas na transmissão da

potência ssociada. Com base em Belt Conveyors For Bulk Materials: Conveyor

Equipment Manufactures Association – CEMA; Second Edition; Publishing

Company Inc., essas perdas são apresentadas na tabela 4.

Tabela 4 – Rendimentos para sistemas de transmissão.



Transmissão Eficiência ()

Correias V e polias 0,94

Corrente e rodas dentadas s/ caixa de óleo 0,93

Corrente e rodas dentadas c/ caixa de óleo 0,95

Redução simples em redutores de engrenagens, helicoidais ou tipo espinha de peixe em moto redutores 0,95

Redução dupla, idem 0,94

Redução tripla, idem 0,93

Redução dupla em redutores "shaft-mounted" de engrenagens helicoidais

0,94

Redutores de rosca sem fim com redução até 20:1 0,90

Idem de 20:1 a 60:1 0,70

Idem de 60:1 a 100:1 0,50

Acoplamento hidráulicos 0,96 - 0,98

Queda de tensão 0,90 - 0,95

Para as esteiras transportadoras estudas, foi considerado o seguinte rendimento

total:

Onde:

1 = 0,94 (Redutor de Engrenagens)

2 = 0,97 (Acoplamento Hidráulico)

3 = 0,95 (Queda de tensão)

t = 0,93 * 0,94 * 0,97 = 0,87

De forma conservadora, foi utilizado a queda de tensão de 5 %, sendo que pode

ser utilizado o valor de 5 a 10%.

De uma forma geral, a capacidade de projeto é 20 % superior à capacidade

nominal desejada. Desta forma, pode ser considerado, de que em todas as



correias transportadoras existe um potencial maior do que o aqui indicado. Não

foi considerado essa condição para que haja margem para ajustes do potencial

no futuro.

6.2. Dados medidos na balança do TRD13.

A média utilizada de produto embarcado, conforme apresentado na figura XXX é

de 8.500 on / h. Esta medição da balança mostra que a utilização das esteiras

transportadoras ocorre abaixo das capacidades nominais das mesmas. Assim Em

média são de 8.000 t/h, concluímos que o motor remanescente tem reserva de

potência suficiente para tracioná-lo.

A carga da Balança da TR-D13 é apresentada na figura 5 onde está apresentada

a carga média e os máximos e mínimos utilizados durante uma carga típica de

navio.

Período analisado: 01/04/09 de 08:57 às 10:57 h.

Navio: com carga típica.

Minério: não disponibilizado.

Carga média: 8.500 ton / h

Carga máxima: 17.000 ton / h

Carga mínima:.1.000 ton / h



Figura 5 – Gráfico da Balança TR13.

6.3. Processo produtivo

O processo produtivo do Porto de Vitória foi referenciado conforme informações

levantadas junto à equipe de produção dessa unidade. A unidade funciona, em

regime normal, de forma contínua 24 h / dia.

A tabela 5 apresentada as referidas condições de funcionamento dos fornos para

as rotinas diárias.

Tabela 5 – Condições de funcionamento dos fornos.

Tempo de operação dos fornos (h)

Rotina diária

2ª-feira a 6ª-feira 24

Sábado 24

Domingo 24

O total máximo de uso anual é 8760 h.

TM = 8.760 h



A tabela 6 apresentada todas as manutenções e paradas programadas para um

ano típico dentro da unidade do Porto de Vitória.

Tabela 6 – Manutenções e paradas programadas.

Tempo (h)

Manutenções e paradas programadas

Manutenção mensal 48

Manutenção anual 72

Paradas de produção 72

O total de horas anual do sistema com paradas ou manutenção é:

TM = (48 x 12) + 72 + 72 = 720 h

O total de horas em que o sistema de correias transportadoras está em funcionamento no ano é:

TS = 8.760 – 720 = 8.040 h

6.4. Carga típica em um navio

Para a apuração do consumo de energia correspondente ao processo de

carregamento efetuado pelo sistema de correias transportadoras, foram

considerados os seguintes tempos de referência: tempo de carregamento médio

do navio é de 20 horas, junto com o intervalo entre saída de um navio e entrada

de outro de 2:30 hs.

6.5. Medições dos motores das correias transportadoras

As medições serão apresentadas numa próxima etapa. Sua execução está

planejada para ocorrer entre final de julho e início de agosto de 2009.



6.5.1. Regime de utilização

Todas as correias transportadoras (exceto CN3 ou CN4 que não operam em

conjunto) funcionam simultaneamente no processo de carregaemtno dos navios

no Porto de Vitória.

Para o cálculo do consumo de energia das correias transportadoras aqui

estudadas, com o sistema atual sem variação de velocidades e no futuro com

controle através de inversores de frequência, será utilizada a tabela 7, onde estão

indicados todos os valores estimados para a utilização do processo de

carregamento dos navios. As medições atuais (ex-ante) serão efetuadas in loco,

pela ABB e as medições posteriores (ex-post), serão medidas de acordo com as

mesmas condições.

Tabela 7 – Utilização de Potencia Elétrica (redução de velocidade).

CondiçãoAntes (kW)

Depois (kW)

Red. (kW)

Carregam. Navios 100% 100% nom. 4.567 4.033 534Carregam. Navios 80% 80% nom. 3.654 2.581 1.073Carregam. Navios 70% 70% nom. 3.197 1.976 1.221Carregam. Navios 60% 60% nom. 2.740 1.452 1.288Func. sem Produção 30% nom. 2.420 1.136 1.283Retomadas Produção 30% nom. 2.420 1.136 1.283Intervalo entre Navios 30% nom. 2.420 1.136 1.283Limpeza das Correias 30% nom. 2.420 1.136 1.283

Dem. Máx. (15 min) 5275 4033 1.242

Tabela 8 – Utilização de Energia Elétrica (redução de velocidade).



Tempo (horas)

Consumo Antes (kWh)

Consumo Depois (kWh)

Red. (kWh)

Carregam. Navios 100% 5 22.837 20.166 2.671Carregam. Navios 80% 3 10.962 7.744 3.218Carregam. Navios 70% 2 6.394 3.953 2.442Carregam. Navios 60% 10 27.405 14.520 12.885Func. sem Produção 0,5 1.210 568 642Retomadas Produção 1 2.420 1.136 1.283Intervalo entre Navios 2,5 6.050 2.841 3.209Limpeza das Correias 0,12 282 133 150

Total 24,12 77.560 51.061 26.499

Tabela 9 – Utilização de Potencia Elétrica (redução das perdas).

Condição Antes (kW) Depois (kW)

Red. (kW)

Carregam. Navios 100% 100% nom. 611 121 490Carregam. Navios 80% 80% nom. 489 77 411Carregam. Navios 70% 70% nom. 428 59 368Carregam. Navios 60% 60% nom. 367 44 323Func. sem Produção 30% nom. 324 34 290Retomadas Produção 30% nom. 324 34 290Intervalo entre Navios 30% nom. 324 34 290Limpeza das Correias 30% nom. 324 34 290

Dem. Máx. (15 min) 706 121 585

Tabela 10 – Utilização de Potencia Elétrica (redução das perdas).



Tempo (horas)

Consumo Antes (kWh)

Consumo Depois (kWh)

Red. (kWh)

Carregam. Navios 100% 5 3.055 605 2.450Carregam. Navios 80% 3 1.467 232 1.234Carregam. Navios 70% 2 856 119 737Carregam. Navios 60% 10 3.666 436 3.231Func. sem Produção 0,5 162 17 145Retomadas Produção 1 324 34 290Intervalo entre Navios 2,5 809 85 724Limpeza das Correias 0,12 38 4 34

Total 24,12 10.377 1.532 8.845

6.6. Estimativa do consumo total anual

6.6.1. Sistema existente (sem controle de velocidade)

Não há controle de velocidade para as correias transportadoras utilizadas no

Porto de Vitória.

Levando em consideração que o tempo de duração médio de um carregamento

de navio de 24,12 horas, e o número de horas de funcionamento da produção no

ano é de 8.040, têm-se os seguintes resultados:

Nº de Navios carregados por ano = 8.040 / 24,12 = 333

Demanda

Para cálculo da demanda máxima utilizada para o sistema, tem-se:

Dem. = carregamento do navio 100% + func. simultâneo de CN3 ou CN4

Dem. = 4.567 + 708 = 5.275 kW

6.6.2. Sistema proposto - VSD

O controle proposto para o sistema de correias transportadoras é o VSD

(Variable Speed Drive). O ajuste para o sistema será efetuado em função da



carga ótima para o funcionamento da balança. Assim a carga carregada no navio

será ajustada através das velocidades dos motores das respectivas esteiras. As

esteiras terão velocidades variáveis em função da carga recebida ou a ser

entregue.

A partida suave é responsável por diminuir significativamente o desgaste

mecânico de motores, redutores, correias e outros equipamentos mecânicos

envolvidos no acionamento da carga, também elimina os efeitos danosos que

uma partida direta gera no sistema elétrico, como quedas de tensão e aumento

da demanda que, em horários de demanda máxima, pode resultar em

penalidades para o usuário frente à concessionária de energia.

O estado da arte no controle de velocidade e torque proporcionado pelo VSD

permite controle absoluto do processo produtivo, permitindo ajustes minuciosos e

o máximo desempenho no uso dos equipamentos elétricos. A emissão de

relatórios e informações on-line com sistemas de automação (PLC / SDCD)

permite melhores diagnósticos, reduz a quantidade de paradas não programadas

e facilitam a intervenção humana no processo produtivo com significativa

diminuição de riscos ao operador.

Unidos, o arranque suave e o estado da arte no controle de motores

proporcionados por um VSD, aumentam a disponibilidade do processo em função

da redução do tempo de manutenção nos equipamentos elétricos e mecânicos e

da maior precisão no controle do sistema de acionamento, além do uso racional

de energia.

Os motores das esteiras transportadoras poderão ser controlados através dos

diferentes torques exigidos ao longo do carregamento de um navio. No futuro,

poderá ser utilizado o sistema de controle por processo (início da cadeia de

pilhas ao descarregamento).

Demanda



O sistema de controle com VSD permitirá não partir o sistema de CN3 e CN4 de

forma simultânea. Isso ocorrerá devido ao controle preciso dos inversores,

permitindo partir em rampa e controlar as potências e velocidades de partidas

dos motores elétricos.

Para cálculo da demanda máxima utilizada para o sistema, tem-se:

Dem. = carregamento do navio 100% = 3.494 kW

6.7. Estimativa de redução do consumo total anual

A estimativa do carregamento médio anual no Porto de Vitória está apresentadas

na tabela 9.

Tabela 11 – Número de cargas por ano.

Horas de duração por ano

Duração Carregament

o Navios + intervalos

entre entrada e saída de

navios

Número de cargas por

ano

PIER 2 8040 24,12 333

333Total

Multiplicando o número de cargas por ano pela energia salva por carregamento

típico de um navio, temos a energia anual salva. As tabelas 12 e 13 apresentam

os valores.

Tabela 12 – Energia Anual Salva (redução de velocidade).



Ind. kWh / Navio Atual 77.560

Ind. kWh / Navio VSD 51.061

Energia Anual Salva - Estimada (MWh) 8.824

Tabela 13 – Energia Anual Salva (redução de perdas).

Ind. kWh / Navio Atual 10.377

Ind. kWh / Navio VSD 1.532

Energia Anual Salva - Estimada (MWh) 2.945

O total de energia anual salva é:

Energia Anual Salva = 8.824 + 2.945 = 11.770 MWh.

A implantação do projeto aqui apresentado proporcionará uma economia de

energia. Esta redução de consumo é em média igual a 40% do consumo total

típico para carregamento de um navio, sendo iguais tanto no horário de ponta

quanto no horário fora de ponta. Portanto, as economias com redução do

consumo de energia são as apresentadas na tabela 16.

Tabela 14 – Reduções de demanda e consumo de energia elétrica.



Demanda de potência elétrica (kW) 1827Redução de consumo de energia elétrica / navio (kWh) 35344Redução de consumo de energia elétrica / dia (kWh) 35.173Redução de consumo de energia elétrica / ano (MWh) 11.770

As reduções previstas são de 40% para o consumo de energia elétrica e de 30%

para a demanda de potência elétrica.



7. Síntese das Ações Apresentadas

São aqui propostas ações de eficiência energética para o sistema de correias

transportadoras. As ações referem-se, tanto ao nível do sistema, como ao nível

dos equipamentos, que proporcionarão relevante possibilidade de redução de

demanda e consumo de energia elétrica para o sistema.

O principal objetivo é redução do consumo de energia elétrica e

consequentemente redução dos custos associados, além do aumento da

confiabilidade de produtividade do Porto de Vitória.

Dentro das ações aqui descritas, a proposta técnica apresentada pela ABB, tem

como principais materiais, equipamentos e serviços propostos a seguir, para os

motores que acionam as esteiras TR-D11, TR-D12, TR-D13, TR-D15, CN3 e

CN4:

Painéis de Média Tensão, incluindo disjuntor principal para proteção do

conjunto Transformador + Inversor + Motor;

Transformadores isoladores a óleo com duplo secundário, 12 pulsos, com

secundários defasados de forma que a rede “enxergue” um sistema de 24

pulsos, alimentação de entrada 4,16kV e tensão de saída 2x 2305V;

Painéis inversores de freqüência de Média Tensão, 12 pulsos com

alimentação de entrada 2x 2305 V (+10/-5%) / 60Hz e tensão de saída

4,0kV;

Softwares especiais para o controle e manutenção dos acionamentos;

Interfaces digitais de operação instalados nas portas dos painéis;

Engenharia de aplicação (Hardware e Software) incluindo documentação a

ser fornecida ao cliente;

Supervisão de Instalação dos Equipamentos fornecidos;

Comissionamento e start-up do sistema ofertado;



Acompanhamento de produção após start-up, incluindo assistência à

operação;

Treinamento de operação e manutenção para operadores do cliente;

Materiais e serviços de instalação;

Em função da existência de um Filtro Senoidal na saída dos Inversores de Média

Tensão da ABB, não será necessário a troca dos motores existente de 4,16kV

por novos motores com isolação especial para suportar os transientes de

corrente e tensão gerados pelo chaveamento dos semicondutores dos

inversores. Os motores não sofrerão nenhum estresse adicional em decorrência

desta mudança de acionamento. E mais, serão poupados em termos de sobre-

aquecimento e correntes de partida, uma vez que a plataforma de controle dos

inversores da ABB utiliza um método de Controle Direto de Torque que reduz

significativamente o estresse nos motores, além de prover a partida suave para a

rede elétrica.

Os cabos de média tensão também poderão ser reaproveitados em decorrência

do Filtro Senoidal dos Inversores, minimizando o tempo de parada para

instalação dos novos equipamentos. Desta forma, serão eliminados os custos

associados à aquisição de novos cabos com blindagem especial.

As propostas técnica e comercial estão anexadas ao estudo aqui apresentado.



8. Avaliação Econômica

Neste item é apresentada a avaliação econômica do investimento, para a

implantação do projeto aqui apresentado.

8.1. Tarifas de Energia Elétrica

Foram considerados, na avaliação dos custos atuais e das medidas propostas, os

valores para energia elétrica apresentados na tabela 15. Estes valores foram

informados pela VALE.

Tabela 15 – Custos de transporte de energia elétrica para o Porto de Vitória.

Demanda de potência elétrica na ponta R$ 27,17 / kW

Demanda de potência elétrica fora da ponta R$ 4,25 / kW

consumo de energia elétrica na ponta R$ 28,20 / MWh

consumo de energia elétrica fora da ponta R$ 28,20 / MWh

Obs.: Aos preços de energia indicados estão inclusos os custos de transporte.

Tabela 16 – Custos de energia elétrica para o Porto de Vitória.

consumo de energia elétrica na ponta R$ 103,03 / MWh

consumo de energia elétrica fora da ponta R$ 103,03 / MWh

A energia que será economizada coma implantação do projeto poderá ser

comercializada no mercado Spot. O valor aqui considerado foi a média realizada

na Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) durante os últimos

doze meses: R$ 80,80 / MWh.



8.2. Redução de custo total

A tabela 17 apresenta as reduções de custos com demanda e energia elétrica

com aplicação desse projeto. A demanda de ponta foi considerada uma redução

de 4.000 kW. Esta redução poderá ser pleiteada junto a concessionária de

energia local. Projetos de eficiência energética têm direito a redução de demanda

contrata de forma obrigatória. Como o Porto de Vitória tem uma demanda da

ordem de 17.000 kW, poderá pleitear a redução dos 4.000 kW.

Tabela 17 – Redução anual dos custos de energia elétrica na VALE.

Demanda de potência elétrica na ponta (R$/kW) R$ 1.304.160Demanda de potência elétrica fora da ponta (R$/kW) R$ 93.170Redução de consumo de energia elétrica ponta seco (R$/MWh) R$ 86.399Redução de consumo de energia elétrica ponta úmido (R$/MWh) R$ 61.713Redução de consumo de energia elétrica f. ponta seco (R$/MWh) R$ 814.570Redução de consumo de energia elétrica f. ponta úmido (R$/MWh) R$ 581.836

Total R$ 2.941.848

Custos de Aquisição de Energia Elétrica no Ano

Tabela 18 – Venda de energia salva no mercado SPOT.

Preço de Liquidação das Diferenças no SPOT (média 12 meses)

R$ 80,80

Energia salva / ano 11.770 MWh

Total 950.950



8.3. Análise Econômica

A tabela 19 apresenta a consolidação das economias estimadas, os

investimentos previstos e o retorno simples do investimento.

Tabela 20 – Análise econômica do projeto.

Demanda Retirada F. Ponta 1.782 kW R$ 93.170Demanda Retirada da Ponta 4.000 kW R$ 1.304.160Energia Salva Anual 11770 MWh / Ano R$ 1.544.518Custo Energia SPOT R$ 950.950Custo Anual Evitado de Energia e Demanda

R$ 3.892.798

Redução de custo de Manutenção anual

R$ 200.000

Redução de custo anual R$ 4.092.798

Investimento (total e s/ ICMS) R$ 7.200.000 R$ 6.336.000

Pay Back simples (anos) 1,76 1,55

Aumento de Produtividade (ton/ano) 0 0%

As ações analisadas foram realizadas através de algumas considerações. Isto

pode trazer uma margem de erro para as condições aqui apresentadas, seja na

questão de economia de energia, quanto para os investimentos associados. Será

efetuado um projeto de engenharia, onde será confirmado as adequações do

projeto aqui apresentado.



8.4. Ganhos Técnicos e Comerciais

A proposta aqui apresentada trará superioridade técnica para o funcionamento

das correias transportadoras do Porto de Vitória, frente às atuais condições

desse sistema.

Abaixo são indicadas algumas das vantagens que a VALE poderá beneficiar-se:

Aumento de confiabilidade do processo;

Melhor eficiência do processo;

Possibilidade de trabalho da balança em seu ponto de operação otimizado

(maior exatidão);

Redução da parada do sistema por quebra de embreagens;

Possibilidade de redução compulsória pela concessionária de energia

elétrica da demanda contratada;

Possibilidade de interligação dos inversores ao controlador de demanda do

Porto de Vitória;

Possibilidade ajuste da demanda na ponta pelo funcionamento do Pier 2

na demanda de ponta contratada no futuro (atual 17.500 kW para 5.000

kW);

Redução do Consumo de Energia Elétrica;

Redução dos Custos Operacionais dos para os sistemas transportadores;

Redução das correntes de partida dos motores;

Possibilidade de partida dos motores, mesmo com produção em

funcionamento (partida em rampa);

Baixo índice de manutenção do sistema elétrico;

Redução de manutenção do sistema mecânico (suavidade para partidas e

reduções de funcionamento em condições extremas);



Prolongação de vida útil do motor elétrico (redução de carga térmica -

suavidade para partidas e reduções de funcionamento em condições

extremas);

Fator de potência acima de 0,95.

Resposta rápida dos inversores para ajuste do sistema de correias

transportadoras;

Extinção dos acopladores hidráulicos e simplificação do lay out da

unidade;

Possibilidade futura de funcionamento de todo o sistema de correias

transportadoras com rota reversa (reduzindo perda de energia elétrica do

processo de carregameto do minério);

Aumento da produtividade;

Aumento da capacidade de embarque no Porto;

Redução de desgaste das correias transportadoras pelas forças de tração

na partida; e

Crédito de ICMS (compra inicial dos equipamentos).

Estudo de Esteiras Da VALE Vitória

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