segunda-feira, 24 de novembro de 2014

[II SBEQ] EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A PARTIR DE LUBRIFICANTES SINTÉTICOS - RAMON MIRANDA - REPRESENTANTE KLUBER LUBRICATION

Ramon Gabriel Castro Miranda é estudante de Engenharia Química na UFRRJ e já trabalha na Klüber Lubrication. A Klüber é uma empresa global na área da indústria química e de petróleo. Com sede em Munique, a empresa é líder na fabricação de lubrificantes especiais e fornece tribológicas* soluções para diversas indústrias.


Com experiência em empresas como SC Johnson e Infineum, Ramon Gabriel produziu um conteúdo textual de excelência na parte de eficiência energética a partir de lubrificantes sintéticos, área em que é especialista na Klüber.

*Tribologia: ciência e tecnologia da interação de superfícies em movimento relativo e práticas relacionadas.

Confira!

Em um mundo cada vez mais competitivo, onde a redução de custos, aumento da qualidade e a capacidade de se adequar a novas realidades produtivas,há uma constante exigência que a os processos sejam feitos da forma mais eficiente possível, consumindo e desperdiçando cada vez menos. 

A escassez de algumas fontes energéticas, o encarecimento da produção de energia através de combustíveis fósseis e as limitações ambientais na produção de energia a partir de usinas hidroelétricas, eólicas além do elevado custo para produção de energia solar, incentivam o aprimoramento dos elementos motrizes, para que consigam operar cada vez melhor, com menos energia disponível.  Esse fato nos leva a um primeiro questionamento:

Como podemos melhor a operação de equipamentos motrizes, reduzindo assim o consumo energético e com um "payback" viável, frente ao investimento da nova tecnologia?

A resposta é : Lubrificantes Especiais.

Nesse sentido, esse texto vai abordar alguns temas básicos referentes à eficiência energética, e como obtê-la com um retorno viável, dependendo do equipamento e do processo empregado, através do uso de lubrificantes.

1. Princípio de lubrificação

Os lubrificantes visam basicamente proteger as superfícies em contato de algum desgaste, como aquele no contato entre os dentes de um par de engrenagens ou das bilhas de um rolamento com sua pista. Abaixo, pode-se ver o atrito meta-metal (por exemplo) de uma superfície com outra. Esse caso ilustra a falta do filme lubrificante.


Na figura 1, a seguir, nota-se que já existe uma camada de lubrificante promovendo uma separação, ainda que não seja total, entre as superfícies. Essa separação total só ocorre na figura 2, onde o atrito metal-metal é substituído pelo atrito metal-óleo, promovendo uma grande redução do desgaste.


A formação desse filme lubrificante depende de vários fatores, como carga, índice de viscosidade do óleo, além da aditivação que o óleo recebe. 

É importante frisar que não foi excluído o atrito, apenas foi substituído, para reduzir o desgaste e melhorar a movimentação do equipamento. De posse dessa informação, podemos concluir que ainda existe um coeficiente de atrito entre o óleo e a placa. Esse conceito será importante mais a frente,onde desempenhará papel fundamental na busca da eficiência energética.

2. Definição de Eficiência Energética

Por definição, a eficiência energética consiste da relação entre a quantidade de energia empregada em uma atividade e aquela disponibilizada para sua realização. Sendo assim podemos notar que, a partir da adoção de determinadas melhorias na utilização da energia disponível para determinado processo ou equipamento conseguimos reduzir o consumo. Usando dados da Aneel de 2010, 60% da energia consumida na indústria têm como destino equipamentos motrizes, como:

Motores
Redutores
Bombas 
Compressores

Desse modo, como os lubrificantes especiais podem ajudar nessa redução? Para entendermos esse ponto, é necessário ter um conhecimento sobre as características e propriedades físico-químicas dos lubrificantes. Como o foco desse texto não é um conhecimento aprofundado sobre lubrificantes, mas sim mostrar como eles podem nos servir, serão mencionados apenas alguns tipos de lubrificantes sintéticos e teremos como foco o coeficiente de atrito.


3. Tipos de lubrificantes

3.1. Lubrificantes minerais

Os lubrificantes convencionais (minerais), são obtidos através da destilação fracionada do petróleo (conforme esquema abaixo). Apesar de possuírem boa lubricidade,  estarem mais disponíveis no mercado e com preços mais acessíveis, os lubrificantes minerais possuem algumas desvantagens, quando a exigência sobre a performance aumenta. Em geral, os óleos minerais não suportam temperaturas acima de 80°C (100°C por um curto período de tempo), baixa resistência ao envelhecimento e baixo índice de viscosidade.


3.2. Lubrificantes sintéticos

Os lubrificantes sintéticos são formulados a partir de óleo sintéticos, ou seja, não são provenientes diretamente da destilação fracionada do petróleo, mas da reação entre compostos químicos. Esse fator nos permite obter um produto com características bem definidas e propriedades específicas, como maior resistência à temperatura, cargas ou ainda ser inerte à reações químicas com outros produtos, que possam estar no ambiente produtivo de uma unidade fabril.

Para exemplificar, abaixo seguem alguns tipos de óleos sintéticos mais usados na indústria:

Polialfaolefinas (PAO)
Poliglicol
Éster e poliol éster
Óleo de silicone
Poliéter perfluorado (PFPE)

Tratando de eficiência energética, os óleos abordados serão os de PAO e Poliglicol. Esses óleos, além de propriedades melhoradas em relação à resistência a elevadas temperaturas e à oxidação, possuem um coeficiente de atrito menor, se comparado ao óleo mineral. É dessa forma que esses óleos promovem a EE. No momento que o coeficiente de atrito do óleo é menor, a potência exigida para tal serviço se torna menor. Porém, para que esse atrito seja reduzido de fato é necessário que o filme lubrificante seja mantido. Nesse momento se destaca outras duas características dos óleos sintéticos: bom índice de viscosidade e boa resistência a cargas. Isso significa que mesmo com variação de temperatura (e conseqüente diminuição da viscosidade) e aplicação de grandes cargas não haverá rompimento do filme lubrificante, mantendo a duas superfícies de metal separadas.

Polialfaolefinas:

Olefina é uma denominação dada aos alcenos de cadeia aberta. Alfa olefina são aqueles alcenos que possuem ligação dupla no carbono primário, na posição alfa. O óleo de polialfaolefina é simplesmente o resultado da polimerização desse alceno. Sendo assim as propriedades do óleo dependerão dos alcenos usados na polimerização, temperatura e tempo reacional. É justamente esse controle na produção que permite aferir características pré-definidas ao óleo. São largamente usados na produção de lubrificantes e tem participação expressiva na produção dos lubrificantes de grau alimentício, que não serão discutidos aqui.

Poliglicol:

É produto da polimerização de um glicol, que é um poliol. É conhecido pelo elevado índice de viscosidade, alta resistência à temperatura e baixo coeficiente de atrito do filme lubrificante. Esse último fato é o principal fato de permitir o estudo de Eficiência Energética.

Tanto em relação às polialfaolefinas quanto ao poliglicol, dados físico-químicos exatos não são viáveis, já que estes mudam de acordo com fabricante e com os pacotes de aditivos aplicados por cada empresa, bem como o percentual de polimerização. Porém, dado o conhecimento a cerca do coeficiente de atrito do filme lubrificante há a possibilidade do ganho em eficiência e assim redução da energia consumida para determinada função.

A eficiência energética:

Os conceitos a seguir apresentados são extraídos e/ou baseados no Protocolo Internacional de Medição e Verificação. A eficiência é comprovada pelas medições do consumo energético. Essa medição deve levar em conta, além da potência consumida pelo equipamento, outros dados como escala de trabalho, variáveis de produção (como mudança de matérias primas), período de inatividade. A economia é determinada comparando-se o consumo medido anteriormente e o consumo medido posteriormente à implementação de um programa, lê-se nesse caso, alteração do lubrificante usado e realizando ajustes adequados às alterações nas condições de uso. Para ilustrar esse conceito segue o gráfico abaixo.
Comparação do consumo antes após adoção de EE.
Fonte: (Protocolo Internacional de Medição e Verificação)

A fim de determinar a relação entre consumo de energia e produção, foi estudado o padrão de utilização da “linha de base energética” antes da troca do lubrificante. Depois da troca, essa relação da linha de base é utilizada para calcular a quantidade de energia que a fábrica teria utilizado por mês, se não tivesse havido uma ação de Eficiência Energética (a chamada “linha de base ajustada”). A economia, ou ‘consumo de energia evitado’ é a diferença entre a consumo da linha de base ajustado e a energia que foi realmente medida durante o período de determinação da economia.

É necessário separar os efeitos energéticos de um programa de economia dos efeitos de outras mudanças simultâneas, responsáveis por afetar os sistemas que usam energia. Por exemplo no caso de uma sala de utilidades, a eficiência energética poderia ser facilitada ou prejudicada, em sua análise, devido a uma queda acentuada nas temperaturas. Outro fator que pode interferir é a troca de equipamento ao longo da linha. A comparação entre o antes e o depois do consumo de energia ou da demanda deve ser feita sobre uma base consistente, utilizando a seguinte Equação 1 geral:

Economia = (Consumo ou Demanda durante o período da linha de base - Consumo ou Demanda durante o período de determinação da economia ± Ajustes 1)

O termo "Ajustes" nesta equação geral é usado para ajustar o consumo ou a demanda dos períodos da linha de base e de determinação da economia sob um conjunto comum de condições. O termo ‘ajustes’ faz distinção entre relatórios de economia reais e simples comparação de custo ou utilização antes e depois da implementação de uma ação que vise promover Eficiência Energética. Sem tais ajustes, simples comparações de custos de fornecimento de energia reportam apenas alterações de custo, e não o verdadeiro desempenho energético de um projeto. Para reportarem adequadamente a “economia,” os ajustes devem contemplar as diferenças nas condições entre o período da linha de base e os períodos de determinação da economia. Uma forma de entender esse ajuste é a seguinte: Imagine que uma empresa faça as medições antes da troca do lubrificante em maio, junho e julho. Entretanto historicamente, os meses de pico de produção são agosto, setembro e outubro. E ai, será que essa comparação, sem um ajuste, seria viável? Com certeza não, pois o seu ganho estaria mascarado, reduzido e as vezes seu projeto poderia ser inviabilizados, devido ao payback.

As informações do período da linha de base no projeto de uma instalação existente consistem usualmente no desempenho da instalação ou sistema antes das alterações produzidas pelas mudanças. Estas informações existem e podem ser obtidas por medição antes das alterações. Em novas construções as informações do período da linha de base são hipotéticas e normalmente baseadas em normas, regulamentos, prática usual ou desempenho documentado, ou em instalações similares. Em qualquer condição, o modelo para o período da linha de base deve ser capaz de representar as mudanças nas condições e nos parâmetros operacionais, de forma que os “ajustes” possam ser efetuados.

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Bem, esse texto buscou trazer uma luz a algumas questões sobre a otimização de processos, através dos lubrificantes sintéticos. Aqui estão apenas algumas “iscas”, idéias resumidas, mas que pode servir como um primeiro passo. Hoje existem várias linhas de estudo visando Eficiência Energética, porém comumente esbarramos nos Payback. Sendo assim indico que, quem desejar, entre em contato, busque saber mais sobre aplicações de lubrificantes sintéticos na indústria. É um mercado interessante que vem ganhando destaque. Há um grande potencial, inclusive na variação da fonte de matéria-prima para produção de lubrificantes. Hoje já existem empresas que, em pequena escala, conseguem produzir óleos a partir de material lignocelulósico. Esse é um assunto que pode ser abordado em uma próxima conversa. De qualquer forma deixo aqui alguns links interessantes. 

Forte Abraço.

Links:

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Gostaríamos de agradecer o Representante da Klüber Lubrication, Ramon Miranda, pelo excelente texto. Para entrar em contato com esse (futuro) nobre engenheiro químico, clique AQUI.

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