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FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI ROBERTO MANGE CURSO TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA

MELHORIA E INOVAÇÃO EM UMA CALDEIRA

Eduardo Henrique Moreira

Fabricio Divino Goncalves dos Santos

Israell Yago Silva Vitoria

Leosim de Oliveira Junior

Pablo Warley de Souza Lima

ANÁPOLIS – GO, 2012

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EDUARDO HENRIQUE MOREIRA FABRICIO DIVINO GONCALVES DOS SANTOS

ISRAELL YAGO SILVA VITORIA LEOSIM DE OLIVEIRA JUNIOR

PABLO WARLEY DE SOUZA LIMA


Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a

Faculdade SENAI Roberto Mange, para obtenção de

Habilitação de Técnico em Eletrotécnica.

Área de Concentração: Industria.

Orientador: Professor Cleuton Alves Martins

ANÁPOLIS – GO, 2012




EDUARDO HENRIQUE MOREIRA FABRÍCIO DIVINO GONÇALVES DOS SANTOS

ISRAELL YAGO SILVA VITORIA LEOSIM DE OLIVEIRA JUNIOR

PABLO WARLEY DE SOUZA LIMA


Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a

Faculdade SENAI Roberto Mange, para obtenção de

Habilitação de Técnico em Eletrotécnica.

Área de Concentração: Indústria.

Aprovado em _____/______/______

Banca examinadora

______________________________________ Professor Vandoir Holtz

Faculdade SENAI Roberto Mange

______________________________________ Professor Cleuton Alves Martins


______________________________________ Kléber da Silveira Moreira


Anápolis – GO, 2012




Dedicamos este trabalho as pessoas que lutam diariamente

aos nossos lados transmitindo confiança, amor, paciência,

tornando os nossos dias mais belos e nos inspirando dia após

dia a conseguir nossos objetivos. As nossas famílias e

amigos.

“O amor é o único nexo permanente válido nas relações

familiares. Amar e ser amado é um desejo de todos. E

também um direito que a sociedade deveria proteger e

estimular.” (Knobel, 1992).




AGRADECIMENTOS Ao todo criador, Deus, que está acima de todos e reina sobre todos. Que nos fornecera

a maior dádiva da vida, que é poder com saúde, nos conceber nossos desejos e vontades.

A nossos pais, que sempre nos inspiraram confiança, sabedoria e amor. Mesmo que de

longe, sempre esteve perto, dentro de cada um de nós.

A nossas amigas e esposas / namoradas, por toda a caminhada que fizemos juntos, e

por todas as outras que ainda virão. Pela paciência e compreensão, por nos aturar, ajudar e

pelos vários dias que sacrificaram tempo para poder-mos, juntos estudar-mos e diverti-mos.

A todos os nossos amigos e companheiros de classe. Que com certeza estarão sempre

na memória de cada um de nós. Pelo conhecimento transmitido, pelo conhecimento adquirido

e também por todas as brincadeiras, discussões e até mesmo por todos os momentos de

descontrações. Todos eles contribuíram para que hoje pudesse-mos estar aqui.

A todos os professores que transmitiram conhecimento, informações, tiveram

paciência e também muita sabedoria. Se chegaram aonde chegaram é porque com certeza, já

batalharão muito por isso.

A instituição que sempre ofereceu apoio e toda a estrutura necessária para chegarmos

ao fim de mais uma jornada.

“Pedimos força a Deus, e Ele nos deu dificuldades para nos fazer forte. Pedimos

sabedoria e Ele nos deu problemas, para resolver-mos. Pedimos favores a Deus e Ele nos deu

Oportunidades. Não recebemos nada do que pedimos, mais Tudo o que precisava-mos!”

(Autor desconhecido)




SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................... 7

RESUMO.................................................................................................................................. 8

1. INTRODUÇÃO..............................................................................................................9

2. OBJETIVOS................................................................................................................. 10

3. META............................................................................................................................11

4. DESENVOLVIMENTO...............................................................................................12

4.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA............................................................................12

4.2 DESENVOLVIMENTO PRÁTICO......................................................................12

4.3 INSTALAÇÃO DO INVERSOR..........................................................................13

4.4 CUSTO TOTAL DA INSTALAÇÃO DO SISTEMA.......................................14

5. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES UTILIZADOS NO SISTEMA.......................14

5.1 SOFT START........................................................................................................14

5.2 INVERSOR DE FREQUÊNCIA...........................................................................15

5.3 TRANSDUTOR DE PRESSÃO............................................................................16

5.4 CALDEIRA...........................................................................................................17

6. CONCLUSÃO..............................................................................................................18

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................19

LISTA DE FIGURAS




Figura 01 – Painel elétrico do sistema executado no trabalho.

Figura 02 – Exemplo de Soft Start

Figura 03 – Exemplo de Inversores de Frequência

Figura 04 – Exemplo de Caldeiras.




RESUMO

Este trabalho visa substituir uma soft starter por um inversor de freqüência, para

estabilizar o sistema de pressão de vapor, que pela condição atual tem apenas uma partida

suave e um controle digital ligado ou desligado, com histerese (diferencial de pressão) com

variação um kg para acima ou um kg abaixo do set-point realizando assim varias partidas por

dia onde terá sempre o consumo elevado de partida e o consumo constante por esta ligada no

regime de sessenta Hz. Com implantação do inversor será feito monitoramento através de

sensor (transdutor de pressão) que envia um sinal analógico de quatro a vinte mili amperes

para o inversor que através do controle PID fará o controle de rotação do motor convertendo o

sinal de pressão em freqüência através do inversor, aumentando e reduzindo a exaustão

automaticamente variando a entrada de oxigênio e controlando a combustão dentro da

caldeira, reduzindo assim o consumo de combustível sólido (lenha), e controlando

temperatura e pressão, tornando mais estável e econômico, tanto pelo controle de queima da

madeira quanto pelo controle de potencia do motor.

Palavras-chave: Economia, Inovação e Rendimento.




1. INTRODUÇÃO

A melhoria à ser implantada no processo produtivo da geração de vapores para

esterilização, limpeza e também para higiene pessoal, tal processo sofre alterações devido à

não existir de nenhum controle especifico para assegurar uma eficiência e padronização tanto

na pressão do processo, quanto na temperatura do vapor ou ate mesmo no controle da queima

do combustível, a proposta apresentada neste trabalho, visa implantar um controle especifico

de algumas variáveis deste processo produtivo através dos recursos de um inversor de

freqüência para controle da velocidade do motor da turbina da caldeira e com essa

implantação obtermos uma certa economia tanto no consumo de energia quanto no consumo

combustível( lenha), que e essencial para alimentar a linha de produção do frigorífico.




2. OBJETIVO GERAL

Implantar um sistema de automático em uma caldeira para melhorar a qualidade de

pressão, redução de energia elétrica e consumo de lenha através de um sistema de

controle de pressão do vapor utilizando um inversor de freqüência para controlar a

freqüência através da variação de pressão que será transmitida por um transdutor de

pressão que enviara um sinal analógico de 4 a 20 mA para o inversor que irá modular de

acordo com a pressão do sistema buscando estabilizar a pressão de vapor da linha de

produção, controlando a rotação de um motor do sistema de exaustão de acordo com

variação da exaustão varia a entrada de ar que alimenta a queima da madeira

automaticamente variando o consumo de lenha controlando assim a pressão no processo

de geração de pressão que alimenta uma linha de produção num frigorífico, dando maior

eficiência no processo produtivo.




3. META

Redução no consumo de energia elétrica;

Redução do consumo de material combustível (lenha);

Maior controle do fluxo de emissão de vapor na fonte de geração e consequentemente

melhor qualidade na agua quente utilizada na esterilização de ferramentas e

equipamentos e na qualidade do vapor nas tomadas de vapor;

Redução na emissão de poluentes na atmosfera reduzindo custos em manutenção de

filtros de ar.

Baseado numa queda de consumo pretendemos ter uma redução nos gastos mensais de

7 %.




4. DESENVOLVIMENTO

4.1 Descrição do problema

Este trabalho se baseia num problema detectado no processo de geração de vapor da

caldeira de um frigorífico onde foram detectadas oscilações de pressão e deficiência na

queima de combustível gerado por ausência de controle eficiente do fluxo de oxigênio

inserido na fornalha através de turbina centrifuga que por sua vez trabalha com limites

mínimos e máximos de pressão. Devido esta deficiência houve à idéia de se melhorar o

funcionamento do processo de controle de fluxo de oxigênio inserido na fornalha,

substituindo o antigo sistema oscilante e ineficaz por falta de um controle que busque

estabilizar o sistema, para um que evite inúmeras partidas durante execução de atividades de

queima de combustível.

Devido o fato de se fazer uso de pressostato para controle da linha de alimentação do

sistema de controle de fluxo de oxigênio, que trabalha com mínimo de 7 bar e o máxima de

9 bar, com o novo sistema pretende-se estabilizar o processo controlando a queima de

combustível através da modulação da rotação do motor, substituindo o sistema atual que

utiliza partida suave soft starter por um inversor de freqüência e transdutor de pressão. Esta

medida permitira controlar o sistema conciliando os recursos do inversor e do transdutor,

através do sistema PID que por sua vez concilia as entradas digitais do inversor com as

informações enviadas do transdutor que transforma a pressão de 0 a 9 bar em sinal analógico

de 4 a 20 mA traduzidos em comandos que por sua vez modula velocidade do motor da

turbina através da conversão de freqüência gerada pelo inversor.

4.2 Desenvolvimento prático

Iniciaremos o trabalho pratico de melhoria com as adequações estruturais para

possibilitar a instalação do transdutor de pressão onde foi necessário acrescentar um “T” de

¾”, para adequação do sistema antigo utilizando o pressostato existente como forma de

segurança contra uma eventual falha do sistema analógico, onde, o pressostato atuará com 9,5

KGF/cm² desligando totalmente o sistema auxiliando na detecção de eventuais problemas e

agilizando a manutenção, também acrescentaremos uma redução de ¾”-1/2” (três quartos para




meia polegada) e em seguida um tubo de cobre em forma de espiral para amortecer a pressão

e fixar o transdutor que realizara a coleta dos dados referentes as condições atmosféricas

pressurizadas da caldeira e seus diferenciais de pressão.

Figura 01 – Painel elétrico do sistema executado no trabalho.

4.3 Instalação do inversor

Para adequação do novo sistema mais eficiente será instalado inversor de freqüência

que acarretara na mudança do layout do painel, onde, será necessário retirar a soft starter

substituir algumas caneletas e adicionar um cooler com alimentação de 220 V com rotação

máxima de 2000 RPM para auxiliar na troca de calor através da exaustão do ambiente do

painel e em seguida instalar o inversor e realizar as conexões dos condutores de cobre

isolados em EPR 90º 3#35 mm² conectados ao barramento principal através de dispositivo de

manobra e seccionamento existente, tanto do inversor quanto do motor, após as conexões será




posicionado o sensor e condutores de sinais elétricos de comando (par blindado 2x1mm com

malha de aterramento) dos respectivos bornes do equipamento, este processo nos permitira

manter o sistema estabilizado através do controle de rotação que o inversor nos proporciona

sempre seguindo as orientações contidas no manual do equipamento sobre como utilizar seus

recursos de controle analógico.




5. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES UTILIZADOS NO SISTEMA

5.1 Soft Start

Soft start é um dispositivo eletrônico composto de pontes tiristorizadas (SCRs na

configuração antiparalelo acionadas por uma placa eletrônica, a fim de controlar a corrente de

partida de motores de corrente alternada trifásicos. Seu uso é comum em bombas centrífugas,

ventiladores, e motores de elevada potência cuja aplicação não exija a variação de velocidade.

A soft-stater controla a tensão sobre o motor através do circuito de potência,

constituído por seis SCRs, variando o ângulo de disparo dos mesmos e conseqüentemente

variando a tensão eficaz aplicada ao motor. Assim, pode-se controlar a corrente de partida do

motor, proporcionando uma "partida suave" (soft start em inglês), de forma a não provocar

quedas de tensão elétrica bruscas na rede de alimentação, como ocorre em partidas diretas.

Figura 02 – Exemplo de Soft Start

De acordo com (LEITE, 2000) o comando de motores elétricos por aparelhos tipo

“tudo ou nada” e uma solução apropriada para o funcionamento de uma grande variedade de

maquinas. Tem, no entanto, algumas limitações que podem torná-los inconvenientes para

certas aplicações.




- elevação de corrente na partida que pode perturbar o funcionamento de outros

aparelhos ligados a rede, - golpes mecânicos no momento das partidas e paradas prejudiciais

para a maquina, ou para o conforto e segurança dos usuários, - funcionamento a velocidade

constante.

Os soft-start e conversores estáticos eletrônicos eliminam estes inconvenientes.

Destinados ao comando de motores de corrente continua e corrente alternada, asseguram a

aceleração e a desaceleração progressivas e permitem uma adaptação rigorosa da velocidade

as condições de operação. Conforme o tipo de motor. Os acionamentos utilizados são do tipo

conversor de corrente continua, conversor de freqüência ou regulador de tensão.

Costumam funcionar com a tecnologia chamada by-pass, a qual, após o motor partir e

receber toda a tensão da rede liga-se um contator que substitui os módulos de tiristores,

evitando sobreaquecimento dos mesmos.

5.2 Inversor de Freqüência

O conversor de freqüência, também conhecidos como inversor de freqüência, são

dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede alternada senoidal, em tensão

contínua de amplitude e freqüência constantes e finalmente converter esta última, em uma

tensão de amplitude e freqüência variáveis.

A denominação Inversor ou Conversor é bastante controversa, sendo que alguns

fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. Inerentemente ao projeto básico de um

Conversor de Freqüência, teremos na entrada o bloco retificador, o circuito intermediário

composto de um banco de capacitores eletrolíticos e circuitos de filtragem de alta freqüência e

finalmente o bloco inversor, ou seja, o inversor na verdade é um bloco composto de

transistores IGBT, dentro do conversor. Na indústria, entretanto, ambos os termos são

imediatamente reconhecidos, fazendo alusão ao equipamento eletrônico de potência que

controla a velocidade ou torque de motores elétricos.

Eles são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituir os rústicos

sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias e variadores hidráulicos,

bem como os custosos motores de corrente contínua pelo conjunto motor assíncrono e

inversor, mais barato, de manutenção mais simples e reposição profusa.




Figura 03 – Exemplo de Inversores de Frequência

Economia de Energia

Aumente ainda mais sua economia de energia utilizando os Inversores de Freqüência

CFW701HVAC em conjunto com os motores W22 Premium, que possuem o melhor

rendimento do mercado. Com esta solução você pode reduzir o consumo de energia elétrica

em aproximadamente 15%, contribuindo assim para o desenvolvimento sustentável do

planeta.

5.3 Transdutores de Pressão

Numa interpretação ao pé da letra da palavra transdutor, poderia ser dito que é

qualquer dispositivo que converte um tipo de movimento ou sinal em um outro.supõe-se aqui

que algum tipo de movimento mecânico gerado por forças de pressão é convertido em um

sinal elétrico ou eletrônico para ser usado em medição e controle. Os transdutores mais usados

para detecção de pressão são aqueles que operam baseados nos princípios extensômetro

indutivos, piezoelétrico, capacitivos, oscilatórios e princípios semelhantes a estes.




Na definição mais geral ,um transdutor é um dispositivo que recebe um sinal e o

retransmite, independentemente de conversão de energia.

Porém, em uma definição mais restrita (e bastante utilizada)é de que transdutor é um

dispositivo que transforma um tipo de energia em outro utilizando para isso um elemento

sensor.

5.4 Caldeira

Caldeira é um trocador de calor complexo que produz vapor de água sob pressões

superiores a atmosférica a partir da energia térmica de um combustível e de um elemento

comburente, o ar, estando constituído por diversos equipamentos associados e perfeitamente

integrados para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível.

Figura 04 – Exemplo de Caldeiras.

Funcionamento da caldeira

O funcionamento da uma caldeira e de forma genérica a absorção da energia da

queima de um combustível, solido, liquido, ou gasoso, ou por conversão de energia elétrica ou

ate por fissão nuclear, que através de uma troca térmica eleva a temperatura da água ate esta

transformar em vapor, podendo este vapor ser:

- Vapor saturado, é o vapor que se encontra no limite entre a temperatura de

condensação ou evaporação.




- Vapor superaquecido, é o vapor com temperatura acima da saturação, resultante do

fornecimento de calor ou vapor saturado.

Tipos de caldeira:

- Caldeira flamotubolares, Caldeiras de tubos verticais, Caldeira de tubos horizontais.




CONCLUSÃO

De acordo com os recurso do novo sistema concluimos que esse projeto e mais eficas

e seguro que o atual, por proporcionar melhor qualidade de vapor e agua quente em suas

aplicaçoes , tendo tambem como vantagem a reducao nos gastos, por diminuir o desperdicio

de lenha ou energia. E baseado nesse projeto podemos ver o qunato sao amplas, as aplicaçoes

dos componentes ( inversor de frequencia, transdutor de pressao, pressostato, soft start).




REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - Sistemas e técnicas de medição e controle operacional. Editora Hemus; Escrito por: Harold Soisson.

- GIESELER, Ilvo Wilson; ROTTA, Humberto Editora Hemus. São Paulo.

- < http://www.aalborg-industries.com.br/general.php?ix=94>

- <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAM08AL/apostila-sobre-inversores-frequencia-

iii>


http://www.aalborg-industries.com.br/general.php?ix=94

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAM08AL/apostila-sobre-inversores-frequencia-



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