Diagnóstico energético e reengenharia do processo de secagem na fábrica de revestimentos

Este trabalho surgiu no âmbito da Tese de Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química, aliando a necessidade da Empresa Monteiro Ribas – Indústrias, S.A. em resolver alguns problemas relacionados com as estufas da unidade J da fábrica de revestimentos. Outro dos objectivos era propor melhorias de eficiência energética neste sector da empresa. Para tal, foi necessário fazer um levantamento energético de toda a unidade, o que permitiu verificar que as estufas de secagem (Recobrimento 1 e 2) seriam o principal objecto de estudo. O levantamento energético da empresa permitiu conhecer o seu consumo anual de energia de 697,9 tep, o que a classifica, segundo o Decreto-lei nº 71 de 15 de Abril de 2008, como Consumidora Intensiva de Energia (CIE). Além disso, as situações que devem ser alvo de melhoria são: a rede de termofluido, que apresenta válvulas sem isolamento, o sistema de iluminação, que não é o mais eficiente e a rede de distribuição de ar comprimido, que não tem a estrutura mais adequada. Desta forma sugere-se que a rede de distribuição de termofluido passe a ter válvulas isoladas com lã de rocha, o investimento total é de 2.481,56 €, mas a poupança pode ser de 21.145,14 €/ano, com o período de retorno de 0,12 anos. No sistema de iluminação propõe-se a substituição dos balastros normais por electrónicos, o investimento total é de 13.873,74 €, mas a poupança é de 2.620,26 €/ano, com período de retorno de 5 anos. No processo de secagem das linhas de recobrimento mediram-se temperaturas de todos os seus componentes, velocidades de ar o que permitiu conhecer a distribuição do calor fornecido pelo termofluido. No Recobrimento 1, o ar recebe entre 39 a 51% do calor total, a tela recebe cerca de 25% e na terceira estufa este é apenas de 6%. Nesta linha as perdas de calor por radiação oscilam entre 6 e 11% enquanto as perdas por convecção representam cerca de 17 a 44%. Como o calor que a tela recebe é muito inferior ao calor recebido pelo ar no Recobrimento 1, propõe-se uma redução do caudal de ar que entra na estufa, o que conduzirá certamente à poupança de energia térmica. No Recobrimento 2 o calor fornecido ao ar representa cerca de 51 a 77% do calor total e o cedido à tela oscila entre 2 e 3%. As perdas de calor por convecção oscilam entre 12 e 26%, enquanto que as perdas por radiação têm valores entre 4 e 8%. No que diz respeito ao calor necessário para evaporar os solventes este oscila entre os 4 e 13%. Os balanços de massa e energia realizados ao processo de secagem permitiram ainda determinar o rendimento das 3 estufas do Recobrimento 1, com 36, 47 e 24% paras as estufa 1, 2 e 3, respectivamente. No Recobrimento 2 os valores de rendimento foram superiores, tendo-se obtido valores próximos dos 41, 81 e 88%, para as estufas 1, 2 e 3, respectivamente. Face aos resultados obtidos propõem-se a reengenharia do processo introduzindo permutadores compactos para aquecer o ar antes de este entrar nas estufas. O estudo desta alteração foi apenas realizado para a estufa 1 do Recobrimento 1, tendo-se obtido uma área de transferência de calor de 6,80 m2, um investimento associado de 8.867,81 €. e uma poupança de 708,88 €/ano, com um período de retorno do investimento de 13 anos. Outra sugestão consiste na recirculação de parte do ar de saída (5%), que conduz à poupança de 158,02 €/ano. Estes valores, pouco significativos, não estimulam a adopção das referidas sugestões.This work appears in the scope of the Master in Chemical Engineering – Energy Optimization in Chemical Industry, allying the need of Monteiro Ribas – Indústrias, S.A, to solve some energy problems in the dryers of unit J - coatings factory. The first aim was to propose improvements in energy efficiency of that unit. For this, it was done an energetic survey in the entire unit, which showed that dryers from lines Coating 1 and 2 were the main subject of study. During the energetic survey, it was possible to determine an annual energy consumption of 697,9 tep in the referred unit. So, by the Portuguese Decree-Law No. 71, from April 15th of 2008, the unit was considered an Intensive Energy Consumer (CIE). Beyond that, some situations were also identified from the energetic survey that need improvement such as: thermofluid network has no insulation valves, lighting system and compressed air network distribution are unappropriated. Thus, it is suggested an insulation of valves with rock wool with a total investment of 2.481,56 € with savings to 21.145,14 €/year and payback period of 0.12 years. In the lighting system, the replacement of normal by electronic ballasts needs a total investment of 13.873,74 €/year, but gives a saving of 2.620,26 €/year and a pay-back of 5 years. In the drying process and considering the line Coating 1, it was verified that heat from thermofluid is distributed as follows: air receives between 39 and 51%, PVC film receives 25% and the third dryer about 6% of total heat. Losses by radiation oscillate between 6 and 11% while by convection represent around 17 to 44%. he heat received by PVC film is much lower than the heat received by the air, and because of this it is proposed a reduction of air flow entering the dryer, which would allow savings in thermal energy certainly. In line Coating 2, heat supplied to air represents around 51 to 77% of total heat supplied. The heat transferred to the PU film is between 2 and 3% and there are losses by convection, between 12 and 26%, and by radiation, between 4 and 8%. Finally heat required to evaporate solvents is between 4 and 13%.The heat transfer efficiencies obtained in line Coating 1 were 36, 47 and 24% to dryer 1 , 2 and 3, respectively. For the line Coating 2 the efficiencies values were higher and close to 41, 81 and 88% to dryer 1, 2 and 3, respectively. Values are very low and show that theoretical global heat transfer coefficient is rather higher than the real, explaining an existence of a reasonable level of fouling. Some studies were done to re-think the process of dryers, like implementation of compact heat exchangers to heat the entering air using the outlet air. The sizing was made for the first dryer of line Coating 1 and it was achieved an heat transfer area of 6,80 m2, investment of 8.867,81€, energy savings of 708,88 €/year with a payback period of 13 years. Other suggestion consists in the recycling of some (5%) outlet air, which leads to savings of 158,02 €/year. These values, very low, do not stimulate the adoption of the related suggestions