WO2014066959A1 - Sistema e processo para determinar parâmetros de operação e manutenção de equipamentos mecânicos - Google Patents

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WO2014066959A1
WO2014066959A1 PCT/BR2012/000418 BR2012000418W WO2014066959A1 WO 2014066959 A1 WO2014066959 A1 WO 2014066959A1 BR 2012000418 W BR2012000418 W BR 2012000418W WO 2014066959 A1 WO2014066959 A1 WO 2014066959A1
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WO
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machine
lubricating oil
lubricant
properties
improved
Prior art date
Application number
PCT/BR2012/000418
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English (en)
French (fr)
Inventor
Irajá Bernardino RIBEIRO JÚNIOR
Enrique Pablo GARCIA
Rosemeire ESTEVES SANTOS ZILSE
Original Assignee
Klüber Lubrication Lubrificantes Especiais Ltda
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2888—Lubricating oil characteristics, e.g. deterioration

Definitions

  • the present invention relates to a system for the parameterization and operation and maintenance of mechanical equipment, such as various industrial equipment, which aims to increase the useful life and energy efficiency of equipment, coupled with a significant reduction in operating and maintenance costs. .
  • the present invention relates to a process of operating at least one machine within the system, which allows for greater energy efficiency, economy and durability.
  • the management developed by a maintenance engineer is very comprehensive, ranging from the location of the machines, to the optimization of the operating conditions of each machine, including the detailed specification of lubricating oil and fuel (where applicable), plan and routines. maintenance to minimize the number of downtime, etc.
  • US patent application US 2003/0055663 relates to a method and a system for sharing costs. associated with the operation of a device, such as a machine to be used in an industry.
  • the purpose of the system object of this patent application is to encourage consumers to purchase more energy efficient equipment that may or may not have the means to detect this lower energy consumption (the so-called meters). From this, the operating costs of these more energy efficient equipment are calculated. Alternatively, it is possible to measure other variables such as by-products of such equipment (such as the lubricating oil it uses).
  • the equipment user may pay a certain cost and later it will be reimbursed by his supplier.
  • US patent application US 2004/0176929 refers to a method for monitoring and servicing equipment which, in essence, reveals monitoring especially with regard to lubrication.
  • the objective is to monitor the condition of the lubricants of the equipment and thereby prevent premature (and unnecessary) changes or, on the contrary, delay the change too much. Through this monitoring, the user can develop equipment maintenance routines that maximize operational efficiency.
  • the document also reveals steps to monitor lubricant performance and create maintenance routines, (i) there is no development and supply of a lubricant that increases energy efficiency and reduces maintenance intervals, and (ii) the remuneration is not linked to the increase in revenue from the use of dog.
  • US patent application US 2006/0143070 relates to a lubricant management system which, analogous to the above-mentioned document, comprises means for monitoring equipment regarding lubrication.
  • the system is described in quite detail, including the hardware used.
  • US patent application US 2009/0106227 relates to a lubricant management system and method, more specifically for generating maintenance routines themselves, and focusing substantially on the description of the hardware that makes these operations possible.
  • PCT International Patent Application WO 2010/039239 in turn, relates to a method and system for applying environmental incentives, in particular revealing a methodology for targeting carbon credits that may derive from the use of environmental projects. energy efficiency.
  • European patent application EP 1 605 382 relates to a method for the transfer of eco-values and an apparatus that transfers a right (a value in the form of a carbon credit) acquired by a company that produces a given product through a renewable resource and which may be used by another company producing from a non-renewable resource.
  • the text is huge and the methodology demonstrated is discussed at length.
  • US patent application US 2009/0171975 relates to a method and system for managing carbon credits, and even describes hardware and software that make such management possible.
  • the present invention aims at a system for parameterization of operation and maintenance of mechanical equipment that enables a not insignificant increase in its energy efficiency, increasing performance and / or reducing the demand for energy sources for its activation (electricity / fuels), from the use of specially designed lubricants to maximize these properties, along with a detailed, studied and optimized parameterized plan for the operation and maintenance of these equipment.
  • the present invention also aims at a system for parameterization of operation and maintenance of mechanical equipment that allows an increase in maintenance intervals and longer durability of the equipment, which translates into savings in maintenance resources, resulting from the use of specially designed lubricants. to maximize these properties, along with a detailed, studied and optimized parameterized plan for the operation and maintenance of these equipment.
  • the present invention aims at a system for parameterization of operation and maintenance of mechanical equipment that enables operation and maintenance savings of such equipment, thanks to the use of specially designed lubricants to maximize these properties, along with a detailed, studied and optimized. operation and maintenance of such equipment, thus enabling the value corresponding to the energy sources may be allocated or distributed among those involved.
  • the present invention aims at a process of operating at least one machine within the system, which allows for greater energy efficiency, economy and durability.
  • a system for the parameterization of operation and maintenance of mechanical machinery / equipment comprising (i) at least one equipment / machine using at least one lubricating oil and whose energy and operational efficiency must be increased, (ii) at least one lubricating oil optimized for machine use, the lubricant specially designed to have optimum physical / chemical properties and being specified to perform optimally with the machine, (iii) at least one sensor / transducer / gauge for direct or indirect measurement or monitoring of machine operating parameters and / or lubricating oil properties, (iv) at least one collection and storage device; and (v) at least one data analysis and processing component, wherein the at least one sensor / transducer / meter directly or indirectly measuring / monitoring machine operating parameters and / or lubricating oil properties, the collection device and storing receiving and processing such measured / monitored data by the sensor / transducer / meter from the actuation of the data analysis and processing component, the component further generating at least one report / graph
  • the system optionally comprises at least one or more quantity recorders for receiving the information obtained from all sensors / transducers / meters and sending it to at least one collection and storage device.
  • Sensors / transducers / gauges measure / monitor machine operating parameters and / or lubricating oil properties for a first type of conventional lubricating oil and for improved lubricating oil
  • the collection and storage device receiving and performing the processing of this measured / monitored data by the sensor / transducer / meter from the performance of the analysis and data processing component, the component further generating reports / comparative graphs of the parameters measured by the sensors / transducers / meters for both the use of conventional lubricant as for use of the improved.
  • steps (ii) and (iv) the measurement / monitoring of machine operating parameters and / or the properties of conventional and improved lubricating oil is performed by at least one sensor / transducer / gauge.
  • step (v) The processing and reporting of step (v) are performed by the collection and storage device, based on the analysis and data processing component.
  • Figure 1 is a schematic representation of the system for parameterization of operation and maintenance of mechanical equipment, object of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a first configurative variation of the system object of the present invention in operation.
  • Figure 3 is a schematic diagram of a second configurative variation of the system, object of the present invention, in operation.
  • Figure 4 is a schematic perspective view of the system object of the present invention having as equipment a pair of pumps / compressors.
  • Figure 5 is a schematic illustration of the basic structure for consolidating the measured data for making a machine energy efficiency report.
  • Figure 6 is a schematic diagram of the improved lubricant oil recovery process used in the system object of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram of the improved lubricant settling and filtering procedure used in the system, object of the present invention.
  • the system for parameterization of operation and maintenance of mechanical equipment 1, object of the present invention comprises at least one equipment / machine 2 whose energy and operational efficiency will be increased, as well as several other hardware elements 3 to be described later (meters, sensors, energy consumption indicators, energy efficiency, etc.), at least one data collection and storage device 4 (data provided by sensors / meters 3, previously entered or supplied by the operator or any other data obtained in any other way ), at least one analogue component data processing analysis 5 (data provided by sensors / meters 3, previously entered or supplied by the operator or any other data obtained in any other way) and a detailed, studied and optimized parameterized plan for the operation and maintenance of such equipment. thus enabling the amount corresponding to the savings with maintenance and consumption of energy sources can be allocated or distributed among those involved.
  • the system 1, object of the present invention may have several particular configurations (or configurative variations), two of which are disclosed in figures 1 and 2 and described below in a non-limiting and exemplary manner.
  • machines 2 include electric compressors, cooler compressors, miscellaneous machine tools, pumps, reducers, or any other machine that uses lubricating oil to reduce friction and longevity of operation under stressful operating conditions.
  • This machine 2 needs to have the operating parameters monitored before and after changing the used lubricating oil (which will be described in detail below) in order to be able to balance increased energy efficiency, overall performance as well as reduced of maintenance. Initially, measurements are made with conventional lubricating oil and then, having been followed a change routine described below, the same measurement of the machine in operation with the improved lubricant is performed.
  • Machine operating parameters 2 and / or lubricant properties can be measured, directly or indirectly, by hardware elements 3 in the form of sensors, transducers or gauges, which will vary greatly depending on machine type 2 in question. Based on the non-limiting examples of the system disclosed In Figures 2 and 3, sensors / transducers / meters 3 will be described in more detail below.
  • Measurement or monitoring of operating parameters of one or more machines 2 and / or lubricant properties can be measured directly or indirectly.
  • Direct measurement is that which directly measures the operating parameters of a machine 2 or the condition of the lubricating oil.
  • direct measurements one can cite the measurement of the electric current consumed by the electric motor that drives a compressor, the rotation of the electric motor armature, the viscosity and temperature of the lubricating oil that lubricates machine 2, etc.
  • indirect measurement is one that measures quantities that indicate energy efficiency indirectly, such as the pressure resulting from the pressurized fluid of a compressor, the refrigerant temperature of a refrigeration equipment, the power output on the shaft of a gear unit, the flow rate of a given pumped fluid, the noise generated by a particular machine (which indirectly helps to achieve greater or lesser lubricant efficiency), or any other quantity.
  • Non-limiting examples of sensors / transducers / gauges 3 include oil temperature sensors, pressure gauges, fluid flow meters, voltage and current sensors, temperature transducers, among others.
  • one or more quantity registers 30 may be provided, an equipment whose primary function is to receive the information obtained by all sensors / transducers / meters 3 and send it to at least one collection and storage device 4 for that can be used later (processed) in order to generate reports and graphs that prove the gain in energy efficiency obtained and other important information.
  • the collection and storage device 4 which previously received and stored the data collected by the sensors / transducers / measured 3 and (where applicable) received by the quantity register 30 preferably have processing means, such as a microprocessor board, capable of processing all information obtained and generating reports or graphs 6, or any other another way to display energy efficiency values. Even more preferably, device 4 is a microcomputer, such as a PC architecture laptop.
  • the manipulation of all information / data collected by sensors / transducers / meters 3 is done in data collection and storage device 4 by at least one data processing analysis component 5. It computes, tabulates, compares and analyzes all information and data, generating reports and graphs 6 that have the function of corroborating the superior energy efficiency that system 1 promises, and fulfills.
  • the data analysis and processing component 5 is any computer program or software that "runs" or operates on the PC architecture microcomputer 4.
  • the analysis and data processing component 5 generates reports and / or graphs 6 that allow everyone to assess the energy efficiency increase made possible by system 1 and the use of improved lubricant.
  • Lubrication directly impacts wear and service life of machine components such as the commenting system machines 2.
  • the operational reliability of machines 2 basically depends on the quality of the lubricant used and the lubrication procedures. Historical data show that lubrication failures account for about fifty-four percent of all bearing failures.
  • a lubricating oil is composed of a base oil and additives.
  • the main functions of lubricating oil are to form a separating lubricating film to prevent or reduce mechanical component wear, reduce friction (increasing efficiency), protect against corrosion, improve heat dissipation / cool components and absorb particles. wear (clean the contact surfaces of machine components).
  • synthetic oils some of the most used types are based on polyglycol, polyalpha olefin (PAO) or ester and many others. Whatever the base element, synthetic lubricants have the following characteristics:
  • the main objective of the system, object of the present invention is to save energy sources in industry operations (electricity / fuels), to extend maintenance intervals and to reduce machine wear, which is achieved by using an oil.
  • special high-tech lubricant that has improved physical / chemical and mechanical properties, allied to the aforementioned parameterized plan for the operation and maintenance of these equipments.
  • the resulting savings which can be achieved without the need to change machines / installations and without significant deployment costs, can be used for another purpose, distributed between the industry and the developer of the present system 1 and additionally generate credits. resulting from the energy efficiency obtained.
  • improved lubricant on machines 2 is an important part of this process because, along with the operation and maintenance methodology, it has better friction reduction properties, greater viscosity constancy, higher oxidation resistance by use time, elimination of the chance of sludge formation due to evolved detergent additives, higher success rate in recyclability, among others.
  • the formulation of the improved lubricant can vary greatly, as it does in practice, depending on the characteristics of the machine 2 in which it will be used and the operating conditions. Thus, the use of any lubricant that achieves the desired results in system 1, object of the present invention, is included within the scope of protection of the claims.
  • the improved lubricant has a synthetic base whereas the vast majority of lubricants used today are less pure mineral based and cannot give the oil such high performance and durability properties.
  • the improved lubricating oil used in system 1, object of the present invention should have different service characteristics compared to a conventional mineral lubricant, such as:
  • this high performance lubricant increases the load bearing capacity and efficiency of a gear due to the lower coefficient of friction, increasing mechanical efficiency and, as a corollary, decreasing machine 2 (electricity / fuel) energy consumption. .
  • the lubricant increases mechanical efficiency (friction reduction) by an average of 15%, with an average reduction in energy consumption (increase in energy efficiency) of around 5%
  • system 1 In order to be able to balance the reduction in energy consumption, system 1, object of the present invention, uses a Measurement and Verification Plan (PMV) issued by the IPMVP (International Metering and Verification Protocol), accepted by the concessionaires. internationally recognized power supply, including the United Nations Framework on Climate Change Convention (UNFCCC), for Clean Development Mechanism (CDM) projects to achieve carbon credits.
  • PMV Measurement and Verification Plan
  • UFCCC United Nations Framework on Climate Change Convention
  • CDM Clean Development Mechanism
  • This Measurement and Verification Plan is one of the elements of the aforementioned parameterized plan for the operation and maintenance of these equipment, and in essence it comprises the following steps:
  • ⁇ plan a stop for the replacement of conventional lubricant for the improved (hereinafter referred to as retrofit).
  • influence parameters which are independent variables that directly influence the results of the energy conservation measures implemented, such as:
  • the baseline represents the characteristics of use of the powertrain machines 2 for a typical year of operation, and is presented through the variables defined in the measurement and verification plan, such as:
  • the measurement time for the baseline shall be such as to include a normal operating cycle of the plant where system 1 is to be operated. These parameters are independent variables; The dependent variable is the energy consumed (E1).
  • the baseline should be adjusted each time one of the variables changes significantly so that it significantly influences energy savings. This adjustment must be provided for in the measurement and verification (M&V) plan so that it can be implemented immediately.
  • M&V measurement and verification
  • the sensors / transducers / meters 3 used in the measurement should be detailed, as well as their arrangement and mounting in the measurement designs, bearing in mind that, as mentioned above, the types of sensors / transducers / meters 3 may vary greatly depending on the machine type 2 that is part of system 1.
  • Sensors / Transducers / Meters 3 used for baseline and post-retrofit measurements should preferably be calibrated annually by an accredited body to ensure accurate results. .
  • the criteria for generating the graphs and / or report 6 to prove energy consumption and other maintenance issues should be stipulated, and the graph / report should preferably be complete and indicate the gains provided by the operation of system 1, presented in technically acceptable language, so that anyone unfamiliar with the terms can understand it.
  • Figure 5 conceptually illustrates the basic structure for consolidating measured data for reporting.
  • the data collection system (the information that will allow the energy efficiency of machines 2 to be increased by using the improved lubricant) comprises:
  • FBSCM25 communication module containing an RS485 communication port for communication with sensors and an RS232 port for communication with the microcomputer;
  • the main operating screen shows the overall architecture and measured variables, status, and alarms. Color graphics features, where applicable, can be used for quick viewing. Clicking on an object on the main screen shows its operational details.
  • Graphs of the variables measured as a function of time or one variable as a function of another are generated for periods to be chosen by the operator.
  • machines 2 Once machines 2 have been chosen / defined, their energy consumption, history and maintenance intervals with the use of conventional lubricant should be initially determined / measured, as well as other important costs such as the cost of lubricant as a function of volume, its cost of disposal / recycling as a function of volume, the cost of downtime for scheduled and unscheduled maintenance, among others.
  • the conventional lubricant should then be exchanged for the retrofit of the previously defined machines 2, which preferably gives rise to a routine / methodology mentioned below.
  • each machine 2 requires an improved lubricant. with specific physical / chemical characteristics (eg viscosity) that are essential for maximizing energy efficiency and durability.
  • a wrongly specified improved lubricant may yield lower results than a conventional but correctly specified lubricant.
  • object of the present invention to achieve the results for which it was developed, the correct specification of improved lubricants for each of the machines 2 is an imperative and fundamental prerequisite.
  • Step 1 Remove from the crankcase volume the following quantities:
  • Step 2 Add the same volume taken from the crankcase to the respective types of compressors and add the same amount of lubricant conditioning product, the primary purpose of which is to dissolve and suspend the carbon debris formed over time. by the use of mineral based product.
  • the conditioner is designed to be used as an additive in a concentration of 10% relative to the lubricant fill volume for a period of 100 to 150 working hours, although it is evident that Differentiated volumes and periods for proper cleaning may be established if necessary or desirable.
  • all traps should be reviewed to ensure a good performance of their drainage operation and, during the first months, a daily monitoring is necessary to check if the system is not clogged, because with the use of the conditioning product. and the use of synthetic improved lubricating oil, debris removed may eventually cause the trap to clog.
  • the machines 2 (in this case, the compressors) are started and operate normally.
  • sensors / transducers / meters 3 attest to increased energy efficiency, reduced friction, increased durability and service intervals, and graphs / reports 6 are generated.
  • Step 2 Add a lubricant conditioning product whose primary purpose is to eliminate wear particles, dissolve and suspend carbon residues formed over time by using mineral based product, carry out dragging and solubilization of waste. of mineral oil present in the crankcase walls and bottom;
  • the improved lubricating oil is synthetic and has a specially developed additive, it withstands much longer operating time while maintaining its high performance and operating characteristics so that the change interval can be up to five times longer depending on of machine type 2 on which it is used.
  • the improved lubricant oil recovery procedure may vary depending on the machine type 2 under consideration, and an exemplary, non-limiting possibility is summarized below:
  • the process of recovery of the refined lubricating oil should only be started after the realization that, when draining, the product is coming out cleaner. This avoids contamination with the conventional mineral oil that is initially in the line and is drained by dragging the synthetic oil. From there, the oil is collected by storing it in suitable tanks or (clean) drums of the product itself until complete, then phase separation and filtration. Preferably, the filtered oil should be analyzed to determine whether or not it is fit for reuse (return to machine 2).
  • the oil recovered and approved by analysis should be reused at a rate of 80%, with the remaining 20% of new lubricating oil of equal specification.
  • a schematic diagram of this recovery process can be found in figure 6.
  • waste oil taken from machine (s) 2 should be stored as follows:
  • - Tank 1 should only receive oil from filter changes or oils removed from machine (s) 2 for maintenance purposes provided it is in proper cleaning condition and should remain inert for a minimum of 30 days for proper separation of the partici- pants;
  • - Tank 2 should only receive oil from the purge system, which is more contaminated and needs to be treated differently in this reuse process and must remain inert for a minimum of 30 days for proper particulate separation.
  • - Tank Oil 1 Decant supernatant from the particulate material contained in the oil after operation on machine 2 into a properly cleaned container after filtering through a suitable filter. (such as filter press or cartridge filter with 10 micron screen and after re-filtration with 7 micron screen). This procedure should be repeated as many times as necessary for proper oil cleaning, estimating at least 10 passes through the filter, after which the oil should be analyzed for its properties.
  • a suitable filter such as filter press or cartridge filter with 10 micron screen and after re-filtration with 7 micron screen.
  • Measurements were made with fifteen second integration between samples, so that some readings resulted in over 30,000 valid measurement blocks for the period, so some graphical visualizations had to be handled with longer integration periods to facilitate the visualization of the behavior of the variables.
  • Such equipment is portable and easy to install in an industrial environment, not having to disconnect from the grid for its installation, being used in single phase, two phase, three phase electrical systems in low, medium and high voltage.
  • the MEV 3000 flow computer has a 16-character, 4-line display, performs pressure and temperature compensation calculations, with normalized and actual flow reading, as well as mass in engineering units.
  • Nominal diameter from 1 ⁇ 4 "to 12"
  • the system was cleaned and the first lubricant retrofit was performed (after an intermittent 24-hour forced load with the lubricant system conditioner), and the improved lubricant was placed. Then the criteria of lubricant maturation and one week of measurement were followed, so that at the end of this, the final reading was obtained.
  • the baseline which represents the characteristics of use of the motive power equipment (the motor - electric - that drives the compressor 2) was determined for a typical year of operation in the industry involved in the project.
  • the baseline is displayed through the variables defined in
  • the measurement time for the baseline was such that it comprised a normal weekly operation cycle of the unit.
  • Lubricant-compressor assembly power prior to retrofitting was expressed in kilowatts (kW) and determined using the methodologies and measurements described in the baseline.
  • Power of the proposed lubricant-compressor set was expressed in kilowatts (kW) and determined using the methodologies and measurements described in the post retrofit.
  • Compressor operating time expressed in hours (h), and determined by measurement integrated with electrical, mechanical and atmospheric quantities.
  • Compressed air flow expressed in normal cubic meter per hour (Nm 3 / h), was determined by integrated time measurement.
  • v. Compressed air pressure expressed in (PSI), was determined by integrated time measurement.
  • Post-retrofit actions were performed using the same methodology as the baseline establishment period.
  • the post-retrofit period represents the characteristics of use of compressor equipment 2 for a typical year of operation following the replacement of conventional mineral-based lubricant with improved synthetic-based lubricant.
  • Measurements of the post-retrofit period were performed at the same points monitored during baseline determination immediately after the implementation of the lubricant change, respecting the maturation period.
  • Average Compression Yield [%] increased from 66.26% to 71, 18%, an increase of 4.91%.
  • the Average Compressed Mass [kg / h] increased from 1,745.03 to 1,806.47.
  • the average temperature [° C] increased from 11.95 to 14.42.
  • the mean pressure [PSI] varied slightly from 101, 52 to 101, 57.
  • a comparison between lubricants can be made through the average yields obtained, since its calculation takes into account the main variables involved in the air compression process. It's the Average compression cycle performance has increased considerably, by about 4.91%, with the simple change of lubricating oil.
  • Rate Used R $ 200,00 / MWh
  • the savings can be harnessed in a number of ways, for example by reducing (by 5% in the present example) the energy supplied by machine 2 as it has increased energy efficiency without reducing performance (in fact, still there will be a slight performance boost).
  • the improved lubricant has a much longer shelf life or useful life greatly reduces the problem of its proper disposal in the environment. This, plus the reduction in energy it provides, can lead to the receipt of resources from the carbon credit system, whereby, in short, a company that develops technologies that reduce energy expenditure and, consequently, emissions. of carbon in the atmosphere, is entitled to credits, in currency, to be paid by those companies that, on the other hand, emit more carbon because of their area of operation or production technology they use.
  • steps (ii) and (iv) the measurement / monitoring of machine operating parameters and / or the properties of conventional and improved lubricating oil is performed by at least one sensor / transducer / gauge 3.
  • step (v) The processing and reporting of step (v) are performed by the collection and storage device 4, based on the analysis and data processing component 5.

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Abstract

A presente invenção refere-se um sistema (1) para a parametrização de operação e manutenção de máquinas/equipamentos mecânicos (2), que compreende: (i) pelo menos um equipamento/máquina (2) que utiliza pelo menos um óleo lubrificante e cuja eficiência energética e operacional deve ser incrementada; (ii) pelo menos um óleo lubrificante aperfeiçoado para utilização na máquina (2), o lubrificante especialmente desenvolvido para apresentar propriedades físico/químicas otimizadas e sendo especificado para atuar de forma maximizada junto à máquina (2); (iii) pelo menos um sensor/transdutor/medidor (3) para medição ou monitoramento direto ou indireto dos parâmetros de funcionamento da máquina (2) e/ou as propriedades do óleo lubrificante; (iv) pelo menos um dispositivo de coleta e armazenagem (4); e (v) pelo menos um componente de análise e tratamento de dados (5); o pelo menos um sensor/transdutor/medidor (3) medindo/monitorando direta ou indiretamente os parâmetros de funcionamento da máquina (2) e/ou as propriedades do óleo lubrificante, o dispositivo de coleta e armazenagem (4) recebendo e realizando o processamento desses dados medidos/monitorados pelo sensor/transdutor/medidor (3) a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados (5), o componente (5) adicionalmente gerando pelo menos um relatório/gráfico (6) indicativo dos dados processados. A presente invenção refere-se ainda a um processo de operação de pelo menos uma máquina no âmbito do sistema (1 ), que permite a obtenção de maior eficiência energética, economia e durabilidade.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA PARA PARAMETRIZAÇÃO DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE EQUIPAMENTOS MECÂNICOS, E, PROCESSO DE OPERAÇÃO DE PELO MENOS UMA MÁQUINA NO ÂMBITO DO SISTEMA".
A presente invenção refere-se a um sistema para a parametrização e operação e manutenção de equipamentos mecânicos, tais como equipamentos industriais diversos, que objetiva o aumento de vida útil e eficiência energética dos equipamentos, aliado a uma redução significativa dos custos operacionais e de manutenção.
Tais vantagens de eficiência energética, economia e durabilidade são advindas da correta especificação de fluidos lubrificantes especialmente idealizados para garantir alto desempenho, reduzido atrito e elevada durabilidade, aliados à parametrização das condições de operação e manutenção dos equipamentos, utilizando os lubrificantes especiais.
Ademais, a presente invenção refere-se a um processo de operação de pelo menos uma máquina no âmbito do sistema, que permite a obtenção de maior eficiência energética, economia e durabilidade.
Descrição do Estado da Técnica
A grande maioria das indústrias possui, em suas instalações, uma série de máquinas/equipamentos que viabilizam a fabricação dos produtos que são a razão de sua existência. Essas máquinas/equipamentos, cuja função precípua é tornar possível a fabricação de outras máquinas e equipamentos distintos, são chamadas máquinas ferramentas. Como exemplo, pode-se citar tornos, fresadoras, laminadoras, furadeiras diversas, den- tre inúmeras outras.
Além das máquinas ferramentas, as indústrias como regra geral possuem uma série de outras máquinas que, embora não diretamente ligadas à produção de um determinado bem, possibilitam, ainda que indireta- mente, sua fabricação. Estas máquinas são denominadas "Equipamentos Motrizes" e, como exemplo deste tipo de máquina, deve-se destacar os compressores em suas diversas configurações, motorredutores.elevadores e bombas, dentre outras. Como as indústrias na grande maioria dos casos possuem um parque de máquinas consideravelmente grande, imprescindível e de aquisição/manutenção custosa, é imperioso que se busque minimizar o custo operacional e a paralisação das máquinas por motivos de quebra/manutenção e, concomitantemente, aumentar a eficiência energética, por redundar em economia de energia (eletricidade/combustíveis).
O gerenciamento do maquinário de uma fábrica é tão importante e crucial para uma indústria que existe a figura do engenheiro de manutenção, profissional responsável justamente por zelar pela maximização da efi- ciência operacional desses equipamentos.
O gerenciamento desenvolvido por um engenheiro de manutenção é bastante abrangente, englobando desde a localização das máquinas, passando pela otimização das condições de operação de cada uma delas e incluindo ainda a especificação detalhada de óleo lubrificante e combustível (quando aplicável), plano e rotinas de manutenção para minimizar o número de horas paradas, etc.
O gerenciamento que maximize o tempo de operação das máquinas e reduza os custos operacionais é cada dia mais importante, dada a competitividade económica cada vez mais presente, o que faz com que haja empresas especializadas no aluguel e no gerenciamento das máquinas instaladas na indústria. Ou seja, o industrial não mais compra essas máquinas, mas sim contrata uma empresa para instalá-las e gerenciar a manutenção.
Dada essa realidade, muitos estudos, técnicas e metodologias foram desenvolvidos, objetivando a redução dos custos operacionais e/ou a maximização da eficiência energética de máquinas utilizadas pela indústria, boa parte dos quais lançando mão da especificação de lubrificantes mais eficientes/otimizados. Algumas técnicas/metodologias vão mais além e criam formas inovadoras de rateio/divisão dos custos de operação dessas máquinas, forçosamente levando a uma busca incessante pela redução da manu- tenção e aumento da eficiência energética.
Nessa esteira, o pedido de patente norte-americano US 2003/ 0055663 refere-se a um método e a um sistema para divisão de custos as- sociado à operação de um dispositivo, como, por exemplo, uma máquina a ser utilizada em uma indústria.
O objetivo do sistema objeto deste pedido de patente é estimular consumidores a comprar equipamentos energeticamente mais eficientes, que podem ou não possuir meios para detectar esse menor consumo de e- nergia (os denominados meters). A partir daí, calcula-se os custos de operação desses equipamentos energeticamente mais eficientes. De maneira alternativa, é possível medir outras variáveis tais como subprodutos desses equipamentos, (como, por exemplo, o óleo lubrificante que ele utiliza).
Esse custo, que pode ser fixo ou variável (flexível), é dividido.
Por exemplo, inicialmente, o usuário do equipamento pode pagar um determinado custo e posteriormente ele será reembolsado pelo seu fornecedor. Ademais, segundo o documento, é possível que o usuário pague pelas informações de eficiência energética dos seus equipamentos.
Embora o relatório descritivo seja bastante completo, não há nenhuma menção ao desenvolvimento e fornecimento de um lubrificante que aumenta a eficiência energética e reduza os intervalos de manutenção, além de não estar especificamente mencionado que a remuneração está atrelada ao aumento de receita advindo do uso da invenção.
O pedido de patente norte-americano US 2004/0176929 refere- se a um método para monitoramento e manutenção de equipamentos que, em essência, revela o monitoramento mormente no tocante à lubrificação. O objetivo é monitorar as condições dos lubrificantes dos equipamentos e com isso evitar trocas prematuras (e desnecessárias) ou, ao contrário, postergar em demasia a troca. Por meio desse monitoramento, o usuário pode elaborar rotinas de manutenção dos equipamentos que maximizem a eficiência operacional.
O documento revela ainda etapas de monitoramento do desempenho dos lubrificantes e criação de rotinas de manutenção, sendo que (i) não há o desenvolvimento e o fornecimento de um lubrificante que aumente a eficiência energética e reduza os intervalos de manutenção, e (ii) a remuneração não está atrelada ao aumento de receita advindo do uso da inven- ção.
O pedido de patente norte-americano US 2006/0143070 refere- se a um sistema de gerenciamento de produtos lubrificantes que, analogamente ao documento mencionado acima, compreende meios para o monito- ramento de equipamentos no tocante à lubrificação. O sistema é descrito de forma bastante detalhada, inclusive no tocante ao hardware utilizado.
Este documento, todavia, não menciona o desenvolvimento e o fornecimento de um lubrificante que aumente a eficiência energética e reduza os intervalos de manutenção, nem tampouco eventual remuneração da- quele que desenvolveu o sistema.
O pedido de patente norte-americano US 2009/0106227 refere- se a um sistema e a um método de gerenciamento de produtos lubrificantes, voltado mais especificamente para a geração das rotinas de manutenção propriamente ditas, e enfocando de maneira substancial a descrição do hardware que viabiliza a realização dessas operações.
O pedido de patente internacional PCT WO 2010/039239, por sua vez, refere-se a um método e um sistema para aplicação de incentivos ambientais, revelando em especial uma metodologia para o direcionamento de créditos de carbono que podem derivar da utilização de projetos de efici- ência energética. Nessa mesma esteira, o pedido de patente europeu EP 1 605 382 refere-se a um método para transferência de ecovalores e um aparato que transfere um direito (um valor, na forma de um crédito de carbono), adquirido por uma empresa que produz um dado produto através de um recurso renovável e que pode ser utilizado por outra empresa que produz a partir de um recurso não renovável. O texto é imenso e a metodologia demonstrada é discutida à exaustão.
Por fim, o pedido de patente norte-americano US 2009/0171975 refere-se a um método e a um sistema para o gerenciamento de créditos de carbono, e descreve inclusive hardware e software que tornam a realização desse gerenciamento possível.
Todavia, nenhuma dessas técnicas anteriores revela o inovador sistema para parametrização de operação e manutenção de equipamentos mecânicos, que compreende uma ou mais máquinas/equipamentos cuja o- peração é mais eficiente energeticamente, mais barata e menos propensa a paradas para manutenção, graças ao uso de lubrificantes especialmente elaborados para maximizar essas propriedades, ao lado de um detalhado, estudado e otimizado plano parametrizado da operação e manutenção desses equipamentos, tudo isso possibilitando um custo de operação/manutenção mais reduzido que inclusive pode ser alocado ou distribuído entre os envolvidos.
Objetivos da Invenção
A presente invenção tem por objetivo um sistema para parametrização de operação e manutenção de equipamentos mecânicos que possibilite um aumento não desprezível em sua eficiência energética, aumentando o desempenho e/ou reduzindo a demanda por fontes de energia para seu acionamento (eletricidade/combustíveis), advindo do uso de lubrificantes especialmente elaborados para maximizar essas propriedades, ao lado de um detalhado, estudado e otimizado plano parametrizado da operação e manutenção desses equipamentos.
A presente invenção tem por objetivo também sistema para parametrização de operação e manutenção de equipamentos mecânicos que possibilite um aumento nos intervalos de manutenção e uma maior durabilidade dos equipamentos, o que se traduz em economia de recursos com manutenção, advinda do uso de lubrificantes especialmente elaborados para maximizar essas propriedades, ao lado de um detalhado, estudado e otimizado plano parametrizado da operação e manutenção desses equipamen- tos.
Ainda, a presente invenção tem por objetivo um sistema para parametrização de operação e manutenção de equipamentos mecânicos que possibilite economia de operação e manutenção desses equipamentos, graças ao uso de lubrificantes especialmente elaborados para maximizar essas propriedades, ao lado de um detalhado, estudado e otimizado plano parametrizado da operação e manutenção desses equipamentos, possibilitando com isso que o valor correspondente à economia com manutenção e consumo de fontes de energia possa ser alocado ou distribuído entre os envolvidos.
Finalmente, a presente invenção tem como objetivo um processo de operação de pelo menos uma máquina no âmbito do sistema, que permite a obtenção de maior eficiência energética, economia e durabilidade.
Breve Descrição da Invenção
Os objetivos da presente invenção são alcançados por um sistema para a parametrização de operação e manutenção de máquinas/equipamentos mecânicos que compreende (i) pelo menos um equipamento/máquina que utiliza pelo menos um óleo lubrificante e cuja eficiência energética e operacional deve ser incrementada, (ii) pelo menos um óleo lubrificante aperfeiçoado para utilização na máquina, o lubrificante especialmente desenvolvido para apresentar propriedades físico/químicas otimiza- das e sendo especificado para atuar de forma maximizada junto à máquina, (iii) pelo menos um sensor/transdutor/medidor para medição ou monitora- mento direto ou indireto dos parâmetros de funcionamento da máquina e/ou as propriedades do óleo lubrificante, (iv) pelo menos um dispositivo de coleta e armazenagem; e (v) pelo menos um componente de análise e tratamento de dados, onde o pelo menos um sensor/transdutor/medidor medindo/monitora direta ou indiretamente os parâmetros de funcionamento da máquina e/ou as propriedades do óleo lubrificante, o dispositivo de coleta e armazenagem recebendo e realizando o processamento desses dados medidos/monitorados pelo sensor/transdutor/medidor a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados, o componente adicionalmente gerando pelo menos um relatório/gráfico indicativo dos dados processados.
O sistema compreende, opcionalmente, pelo menos um ou mais registradores de grandezas para receber as informações obtidas por todos os sensores/transdutores/medidores e enviá-las ao pelo menos um dispositivo de coleta e armazenagem.
Os sensores/transdutores/medidores medem/monitoram os pa- râmetros de funcionamento da máquina e/ou as propriedades do óleo lubrificante para um primeiro tipo de óleo lubrificante convencional e para o óleo lubrificante aperfeiçoado, o dispositivo de coleta e armazenagem recebendo e realizando o processamento desses dados medidos/monitorados pelo sensor/transdutor/medidor a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados, o componente adicionalmente gerando relatórios/gráficos comparativos dos parâmetros medidos pelos sensores/transdutores/me- didores tanto para o uso do lubrificante convencional quanto para uso do aperfeiçoado.
Ademais, os objetos da presente invenção são alcançados por um processo de operação de pelo menos uma máquina no âmbito do sistema descrito nos parágrafos anteriores, que compreende as seguintes eta- pas:
Etapa (i): desenvolvimento e/ou especificação de um lubrificante aperfeiçoado para uso na máquina;
Etapa (ii): operação da máquina com o óleo lubrificante convencional para medição/monitoramento de seus parâmetros de funcionamento e/ou as pro- priedades do óleo lubrificante;
Etapa (iii): parada da máquina para realização da troca do lubrificante convencional pelo aperfeiçoado;
Etapa (iv): operação da máquina com o óleo lubrificante aperfeiçoado para medição/monitoramento de seus parâmetros de funcionamento e/ou as pro- priedades do óleo lubrificante; e
Etapa (v): processamento dos dados medidos/monitorados com o uso do lubrificante convencional e do lubrificante aperfeiçoado e geração de relatórios/gráficos comparativos.
Nas etapas (ii) e (iv), a medição/monitoramento dos parâmetros de funcionamento da máquina e/ou as propriedades do óleo lubrificante convencional e aperfeiçoado são realizados por pelo menos um sensor/transdutor/medidor.
O processamento e a geração de relatórios de que tratam a etapa (v) são efetuados pelo dispositivo de coleta e armazenagem, a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados.
Breve Descrição dos Desenhos
I. A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:
Figura 1 - é uma representação esquemática do sistema para parametrização de operação e manutenção de equipamentos mecânicos, objeto da presente invenção.
Figura 2 - é um diagrama esquemático de uma primeira variação configurativa do sistema, objeto da presente invenção, em funcionamento.
Figura 3 - é um diagrama esquemático de uma segunda variação configurativa do sistema, objeto da presente invenção, em funcionamen- to.
Figura 4 - é uma vista em perspectiva esquemática do sistema, objeto da presente invenção, tendo como equipamentos um par de bombas/compressores.
Figura 5 - é uma ilustração esquemática da estrutura básica para consolidar os dados medidos para confecção de um relatório de eficiência energética de uma máquina.
Figura 6 - é um diagrama esquemático do processo de recuperação do óleo lubrificante aperfeiçoado utilizado no sistema, objeto da presente invenção.
Figura 7 - é um diagrama esquemático do procedimento de decantação e filtragem do óleo lubrificante aperfeiçoado utilizado no sistema, objeto da presente invenção.
Descrição Detalhada das Figuras
O sistema para parametrização de operação e manutenção de equipamentos mecânicos 1 , objeto da presente invenção, compreende ao menos um equipamento/máquina 2 cuja eficiência energética e operacional será incrementada, bem como diversos outros elementos de hardware 3 que serão descritos mais adiante (medidores, sensores, indicadores de consumo de energia, eficiência energética, etc), pelo menos um dispositivo de coleta e armazenagem de dados 4 (dados fornecidos pelos sensores/medidores 3, previamente inseridos ou fornecidos pelo operador ou ainda qualquer outro dado obtido por qualquer outra forma), pelo menos um componente de aná- lise do tratamento de dados 5 (dados fornecidos pelos sensores/medidores 3, previamente inseridos ou fornecidos pelo operador ou ainda qualquer outro dado obtido por qualquer outra forma) e ainda um detalhado, estudado e otimizado plano parametrizado da operação e manutenção desses equipa- mentos, possibilitando com isso que o valor correspondente à economia com manutenção e consumo de fontes de energia possa ser alocado ou distribuído entre os envolvidos.
O sistema 1 , objeto da presente invenção, pode apresentar diversas configurações (ou variações configurativas) particulares, duas das quais estão reveladas nas figuras 1 e 2 e descritas a seguir, de maneira não limitativa e exemplificativa.
Qualquer que seja a constituição particular do sistema 1 , ele possui pelo menos um equipamento ou máquina 2 cuja operação, de acordo com o sistema 1 , traz um aumento não desprezível de eficiência energética e redução de custos com manutenção. Como exemplo de máquinas 2 podem ser citados compressores elétricos, compressores de refrigeradores, máquinas ferramentas diversas, bombas, redutores, ou ainda qualquer outra máquina que utilize óleo lubrificante visando a redução de atrito e longevidade de operação sob condições de funcionamento desgastantes.
Essa máquina 2 precisa ter os parâmetros de funcionamento monitorados antes e depois da troca do óleo lubrificante utilizado (o que será descrito em detalhes mais adiante), a fim de que seja possível aquilatar o aumento da eficiência energética, desempenho geral, e também a redução da manutenção. Inicialmente, realizam-se as medidas com o óleo lubrificante convencional e, posteriormente, tendo sido obedecida uma rotina de troca, descrita mais adiante, realiza-se a mesma medição da máquina em funcionamento com o lubrificante aperfeiçoado.
Os parâmetros de funcionamento da máquina 2 e/ou as propriedades do lubrificante podem ser medidos, direta ou indiretamente, por ele- mentos de hardware 3 na forma de sensores, transdutores ou medidores quaisquer, e que variarão imensamente em função do tipo de máquina 2 em questão. Tendo como base os exemplos não limitantes do sistema revelados nas figuras 2 e 3, os sensores/transdutores/medidores 3 serão descritos com mais detalhamento mais adiante.
A medição ou o monitoramento dos parâmetros de funcionamento de uma ou mais máquinas 2 e/ou as propriedades do lubrificante podem ser medidos direta ou indiretamente.
A medição direta é aquela na qual se mede, diretamente, os parâmetros de funcionamento de uma máquina 2 ou a situação do óleo lubrificante. Como exemplo de medições diretas, pode-se citar a medição da corrente elétrica consumida pelo motor elétrico que aciona um compressor, a rotação do induzido do motor elétrico, a viscosidade e a temperatura do óleo lubrificante que lubrifica a máquina 2, etc.
De outro lado, a medição indireta é aquela na qual se mede grandezas que indicam a eficiência energética de maneira indireta, como por exemplo, a pressão resultante do fluido pressurizado por um compressor, a temperatura do líquido refrigerante de um equipamento de refrigeração, a potência de saída no eixo de um redutor, a vazão de um dado fluido bombeado, o ruído gerado por uma determinada máquina (que ajuda, indiretamente, a auferir a maior ou menor eficiência do lubrificante), ou ainda qualquer outro tipo de grandeza.
Como exemplos não limitantes de sensores/transdutores/medidores 3, pode-se mencionar sensores de temperatura de óleo, manómetros, medidores de vazão de fluido, sensores de tensão e corrente elétrica, transdutores de temperatura, dentre outros.
De maneira opcional, pode-se prever um ou mais registradores de grandezas 30, um equipamento cuja função precípua é receber as informações obtidas por todos os sensores/transdutores/medidores 3 e enviá-las a pelo menos um dispositivo de coleta e armazenagem 4 para que possam ser utilizados mais adiante (processados) com vistas a que sejam gerados os relatórios e gráficos que comprovem o ganho em eficiência energética obtido e demais informações importantes.
O dispositivo de coleta e armazenagem 4, que previamente recebeu e armazenou os dados colhidos pelos sensores/transdutores/medido- res 3 e (quando for o caso) recebidos pelo registrador de grandezas 30, possui de maneira preferível meios de processamento, como uma placa micro- processada, com capacidade de processar todas as informações auferidas e gerar os relatórios ou gráficos 6, ou ainda qualquer outra forma de exibir os valores de eficiência energética. De forma ainda preferível, o dispositivo 4 é um microcomputador, como um computador portátil de arquitetura PC.
A manipulação de todas as informações/dados colhidos pelos sensores/transdutores/medidores 3 é feita no dispositivo de coleta e armazenamento de dados 4 por meio de pelo menos um componente de análise a tratamento de dados 5. É ele que computa, tabula, compara e analisa todas as informações e dados, gerando os relatórios e gráficos 6 que têm a função de corroborar a eficiência energética superior que o sistema 1 promete, e cumpre. De maneira preferível, mas não obrigatória, o componente de análise e tratamento de dados 5 é um programa de computador ou software qualquer que "rode", ou opere, no microcomputador de arquitetura PC 4.
Por fim, a partir da tabulação, comparação e análise de todos os dados/informações, o componente de análise e tratamento de dados 5 gera os relatórios e/ou gráficos 6 que permitem a todos aquilatar o aumento de eficiência energética viabilizado pelo sistema 1 e o uso do lubrificante aper- feiçoado.
Finda a descrição essencial do sistema 1 , objeto da presente invenção, cumpre discorrer um pouco sobre a lubrificação em geral e sobre o lubrificante aperfeiçoado em particular, elemento essencial para que de fato a eficiência energética da(s) máquina(s) 2 do sistema 1 seja maximizada.
A lubrificação impacta diretamente sobre o desgaste e a vida útil dos componentes de uma máquina como as máquinas 2 do sistema em comento. O impacto do custo direto da lubrificação industrial na manutenção, como por exemplo, os custos de aquisição do lubrificante e mão-de-obra de lubrificação, em geral, não chegam a 2 % do custo total da manutenção. Por outro lado, os custos com a manutenção de equipamentos rotativos devido à falha de rolamentos, desgastes de engrenagens, falhas do sistema hidráulico como travamento de válvulas, vazamentos, etc. decorrentes de proble- mas de lubrificação são em geral muito altos. Estima-se que pelo menos 15 a 25 % dos custos de manutenção são decorrentes de falhas de lubrificação. A confiabilidade operacional das máquinas 2 depende basicamente da qualidade do lubrificante utilizado e dos procedimentos de lubrificação. Dados históricos mostram que as falhas relativas à lubrificação significam em torno de cinquenta e quatro por cento de todas as falhas de rolamentos.
Devido à sua excelente capacidade de rendimento, lubricidade e propriedades de dissipação de calor, os óleos lubrificantes são inestimavel- mente valiosos no que se refere à proteção dos pontos de atrito. Um óleo lubrificante é composto de um óleo base e de aditivos. As principais funções do óleo lubrificante são formar uma película lubrificante separadora, visando evitar ou reduzir o desgaste dos componentes mecânicos, reduzir a fricção (aumentando a eficiência), proteger contra a corrosão, melhorar a dissipação do calor/refrigerar os componentes e absorver as partículas de desgaste (limpar as superfícies de contato dos componentes da máquina).
Atualmente, por questões de disponibilidade e preço, os óleos lubrificantes mais utilizados em máquinas industriais possuem base mineral, e apresentam as seguintes características básicas:
• boa lubricidade;
· facilidade de aditivação;
• neutralidade frente às vedações (NBR), pinturas e materiais;
• bom preço;
•desempenho garantido a temperaturas de até 80°C (máx.
100°C);
· comportamento relativamente deficiente frente às temperaturas altas e baixas;
• baixa estabilidade à oxidação (oxida indesejavelmente rápido);
• fraca biodegradabilidade (alto potencial de danos ambientais se inadequadamente descartado).
Em face destas características, seu emprego é vasto na indústria; porém, com a evolução, outros tipos de óleo, de base sintética, foram desenvolvidos com o propósito de melhorar a performance e principalmente reduzir desgastes, aumentando a vida útil dos equipamentos.
Dentre diversos tipos de óleos sintéticos, alguns dos tipos mais utilizados têm como elemento-base o poliglicol, a polialfa-olefina (PAO) ou éster e tantos outros. Qualquer que seja o elemento-base, os lubrificantes sintéticos possuem as seguintes características:
• excelente lubricidade (menor coeficiente de atrito em comparação com os óleos minerais);
• reduzido ponto de fluidez (mais favorável para baixas temperaturas);
· excelente capacidade sustentadora de cargas;
• baixa volatilidade (evaporação reduzida);
• comportamento muito mais favorável no tocante ao binómio viscosidade-temperatura (ampla temperatura de serviço);
• elevada resistência ao envelhecimento (longos períodos); · boa resistência à oxidação;
• porém, alguns tipos podem atacar vedações e pinturas.
O objetivo principal do sistema, objeto da presente invenção, é economizar fontes de energia nas operações da indústria (eletricidade/com- bustíveis), aumentar os intervalos de manutenção e reduzir o desgaste das máquinas, o que é conseguido com o uso de um óleo lubrificante especial, de alta tecnologia e que apresenta propriedades físico/químicas e mecânicas aperfeiçoadas, aliado ao aludido plano parametrizado da operação e manutenção desses equipamentos.
A economia resultante, que pode ser conseguida sem a neces- sidade de alterações nas máquinas/instalações e sem custos de implantação relevantes, pode ser utilizada para outro fim, distribuída entre a indústria e o desenvolvedor do presente sistema 1 e, adicionalmente, gerar créditos de carbono decorrentes da eficiência energética obtida.
O emprego do lubrificante aperfeiçoado nas máquinas 2 é parte importante nesse processo porque, a par da metodologia de operação e manutenção, apresenta melhores propriedades de redução de atrito, maior constância da viscosidade, maior resistência à oxidação por tempo de uso, eliminação da chance de formação de borra devido à aditivação detergente evoluída, maior taxa de sucesso na reciclabilidade, dentre outros.
Por si só, o aumento dos intervalos de troca e a maior reciclabilidade reduzem consideravelmente o volume de lubrificante sujo e/ou velho e/ou contaminado que precisa ser descartado ao longo da vida útil da máquina que o utiliza, diminuindo sobremaneira o impacto ambiental.
A formulação do lubrificante aperfeiçoado pode variar enormemente, como de fato varia na prática, em função das características da máquina 2 em que será utilizado e das condições de operação. Assim, o uso de qualquer lubrificante que possibilite os resultados desejados no sistema 1 , objeto da presente invenção, está incluído no escopo de proteção das reivindicações.
De forma preferível, mas não obrigatória, o lubrificante aperfeiçoado possui base sintética ao passo que a grande maioria dos lubrificantes utilizados hoje em dia possui base mineral, menos pura e que não consegue conferir ao óleo propriedades de desempenho e durabilidade tão elevadas.
Qualquer que seja sua constituição e formulação particulares, o óleo lubrificante aperfeiçoado utilizado no sistema 1 , objeto da presente invenção, deve possuir características diferenciadas de serviço em relação a um lubrificante mineral convencional, tais como:
■ formação de película lubrificante separadora mais espessa: evita e reduz o desgaste das peças móveis da máquina 2 que lubrifica;
■ menor coeficiente de atrito: aumenta a eficiência mecânica da máquina 2;
■ proteção dos componentes da máquina 2 contra a corrosão: maior vida útil;
■ maior a dissipação do calor: menores perdas térmicas;
■ melhores condições de serviço, por:
=> suportar temperaturas mais altas, ensejando: - menos perda por evaporação: menor frequência de reposição;
- menor oxidação: maior vida do óleo/período de troca; => suportar maiores condições de carga: serviço (duração atual/de por vida);
= resultar em menos quebras das máquinas 2 por falha de lubrificação: menor custo de manutenção;
■menor concentração de partículas de desgaste: maior vida útil das máquinas 2;
■ pouca compatibilidade com amónia - menor perda por arraste. As características físico/químicas e mecânicas do lubrificante, descritas acima, possibilitam uma vida útil do lubrificante bem maior: o intervalo de troca pode ser aumentado em até quatro vezes.
Ademais, esse lubrificante de alto rendimento aumenta a capacidade sustentadora de cargas e a eficiência de uma engrenagem devido ao menor coeficiente de atrito, aumentando a eficiência mecânica e, como corolário, diminuindo o consumo de energia da máquina 2 (eletricidade/combus- tíveis).
Em testes realizados, que serão discutidos mais a seguir, resta comprovar que o lubrificante aumenta a eficiência mecânica (redução de atrito), em média, em 15%, sendo a redução média no consumo de energia (aumento na eficiência energética) de cerca de 5%.
Para que seja possível aquilatar a redução no consumo de ener- gia, o sistema 1 , objeto da presente invenção, lança mão de um Plano de Medição e Verificação (PMV) emitido pelo IPMVP (Protocolo Internacional de Medição e Verificação), aceito pelas concessionárias de fornecimento de energia elétrica e reconhecido internacionalmente, inclusive pela UNFCCC (United Nations Framework on Climate Change Convention), para projetos de MDL (Mecanismo de Desenvolvimento Limpo) para a obtenção de créditos de carbono.
Esse Plano de Medição e Verificação (PMV) é um dos elementos do aludido plano parametrizado da operação e manutenção desses equipamentos, sendo que em essência ele compreende as seguintes etapas:
1 - Planejamento:
■ levantamento de dados e máquinas 2 - Inventário;
■ Baseline (linha de base) preliminar; ■ possibilidade de instalar sensores/transdutores/medidores 3 que aquilatem a maior eficiência energética e/ou a maior durabilidade das máquinas 2 e/ou o maior intervalo de manutenção que passará a ser exigido, ou ainda qualquer outra propriedade que se deseje medir ou monitorar. A esse respeito, cumpre notar que os tipos de sensores/transdutores/medidores 3 podem variar imensamente, em função do tipo de máquina 2 que está fazendo parte do sistema 1. Como exemplo, pode-se citar medidores de consumo de eletricidade ou combustíveis fósseis, medidores das propriedades do lubrificante (temperatura, viscosidade, oxidação, vazão, etc), ou ain- da qualquer outro tipo de medidor/sensor necessário ou desejável;
■ planejar parada para realização da troca do lubrificante convencional pelo aperfeiçoado (procedimento doravante denominado como retrofit).
2 - Definição da Responsabilidade de Medição, para que somen- te máquinas 2 que influenciam nos resultados sejam medidas e reportadas;
3 - Determinação dos parâmetros de influência, que são variáveis independentes que influenciam diretamente os resultados das medidas de conservação de energia implementadas, tais como:
■ potência das máquinas 2 de força motriz;
■ rendimento do sistema;
■ manutenção das máquinas 2;
■ produção das máquinas 2.
4 - Determinação da Fronteira de Medição:
Quanto menor a fronteira de medição, menor a quantidade de variáveis a se considerar, por isso é importante considerar a divisão de uma planta fabril com suas diversas máquinas 2 em várias partes (fases).
5 - Definição da Baseline (linha de base):
A linha de base representa as características de uso das máquinas 2 de força motriz para um ano típico de operação, e é apresentada atra- vés das variáveis definidas no plano de medição e verificação, tais como:
■ energia das máquinas 2 de força motriz existentes (E1 );
■ produção. O tempo da medição para a linha de base será tal que compreenda um ciclo de operação normal da unidade fabril onde o sistema 1 deve ser operado. Estes parâmetros são variáveis independentes; a variável dependente é a energia consumida (E1).
6 - Ajuste da Baseline:
A Baseline deverá ser ajustada cada vez que uma das variáveis mudarem significativamente, de forma que influencie significativamente a economia de energia. Este ajuste deve estar previsto no plano de medição e verificação (M&V), de forma que possa ser implementado imediatamente.
7 - Descrição dos Sensores/transdutores/medidores 3:
Devem-se detalhar os sensores/transdutores/medidores 3 utilizados na medição, bem como sua disposição e montagem nos projetos de medição, lembrando que, conforme mencionado mais acima, os tipos de sensores/transdutores/medidores 3 podem variar imensamente, em função do tipo de máquina 2 que está fazendo parte do sistema 1.
8 - Controle de Qualidade dos Sensores/transdutores/medidores 3: Os sensores/transdutores/medidores 3 utilizados nas medições da linha de base e medições pós-retrofit devem preferivelmente ser calibrados anualmente, por organismo credenciado, a fim de garantir acuidade nos resultados obtidos.
9 - Relatórios/gráficos 6:
Ao se elaborar o PMV, deve-se estipular os critérios para geração dos gráficos e/ou relatório 6 de comprovação de consumo energético e demais questões referentes à manutenção, sendo que o gráfico/relatório de- ve, de modo preferível, ser completo e indicar os ganhos proporcionados com a operação do sistema 1 , apresentado em linguagem tecnicamente a- migável, de forma que qualquer pessoa que não esteja familiarizada com os termos possa entendê-lo.
A figura 5 ilustra de maneira conceituai a estrutura básica para consolidar os dados medidos para confecção de relatório.
Em uma concretização preferível exemplificativa e não limitante do sistema 1 , objeto da presente invenção, onde as máquinas 2 são com- pressores de amónia, são providos os seguintes equipamentos para gerenciamento e supervisão, ilustrados na referida figura 5:
■ microcomputador-padrão IBM-PC;
■ licença do Sistema Operacional Windows;
■ software Supervisório em linguagem Elipse Scada;
■ licença do Software para a Automação - hard key Elipse Scada.
0 sistema de coleta de dados (as informações que permitirão o aumento na eficiência energética das máquinas 2 com o uso do lubrificante aperfeiçoado) compreende:
■ Quadro Elétrico de automação contendo:
Módulos marca Altus:
01 módulo de CPU FBS24MCTJ, contendo 14 entradas e 10 saídas digitais integradas;
01 módulo de comunicação FBSCM25 contendo uma porta de comunicação RS485 para a comunicação com sensores e uma porta RS232 para a comunicação com o microcomputador;
01 módulo de memória flash FBPACK;
01 módulo com derivador e terminação para a rede RS485
AL2600;
02 módulos de 06 entradas analógicas 4-20mA FBS6AD;
fonte 24Vdc para a alimentação dos módulos de automação;
■ 07 medidores de pressão Novus modelo HUBA510 com saída
4-20mA;
■ 07 medidores de temperatura tipo Pt100 Novus modelo Cabe- çote TxRail com saída 4-20mA;
■ 02 Medidores de vazão eletromagnéticos Siemens MAG3100 com unidade eletrônica MAG6000 e saída 4-20mA;
■ 01 m de Temperatura e Umidade Novus, modelo RHT WM 485 com saída Modbus.
Nessa concretização não limitante do sistema 1 , o funcionamento da coleta de dados se dá tal como a seguir:
(i) Programação e configuração do CLP (o registrador de gran- dezas 3), com a realização das funções de leitura das variáveis do processo por meio dos medidores/transdutores/sensores 3 mencionados acima, e a transmissão das informações por comunicação ao microcomputador 4 onde está o software supervisório 5, que roda em plataforma Elipse SCADA. As variáveis lidas são armazenadas em banco de dados e podem ser apresentadas durante a operação ou em relatórios configuráveis.
(ii) Os cálculos de economia mediante quaisquer fórmulas preestabelecidas, que sejam funcionais são realizados, sendo possível a exportação dos dados em formato planilha.
A tela operacional principal mostra a arquitetura geral e as variáveis medidas, status e alarmes. Recursos gráficos de cor, onde aplicável, podem ser usados para uma visualização rápida. Ao se clicar sobre um obje- to na tela principal, são mostrados os seus detalhes operacionais.
Gráficos das variáveis medidas em função do tempo ou de uma variável em função de outra são gerados, por períodos a serem escolhidos pelo operador.
Continuando a descrever o sistema 1 em mais detalhamento, e descrevendo o PMV de forma mais essencial, inicialmente cumpre determinar quantas e quais máquinas 2 serão abastecidas com o lubrificante aper- feiçoado, para então se passar a coleta de dados para posterior operação do sistema 1.
Escolhidas/definidas as máquinas 2, deve-se inicialmente determinar/mensurar o consumo energético delas, o histórico e os intervalos de manutenção com o uso do lubrificante convencional, além de outros custos importantes como o custo do lubrificante em função do volume, o seu custo de descarte/reciclagem em função do volume, o custo com parada para manutenção programada e não programada, dentre outros.
Tomados todos os dados necessários, cumpre então trocar o lubrificante convencional pelo aperfeiçoado (retrofit) das máquinas 2 previa- mente definidas, o que enseja, de maneira preferencial, em uma rotina/metodologia mencionada mais adiante.
Evidentemente, cada máquina 2 exige um lubrificante aperfeiço- ado, com características físico/químicas específicas (por exemplo, viscosidade), fundamentais para que o ganho de eficiência energética e durabilidade sejam maximizados. Um lubrificante aperfeiçoado erroneamente especificado pode apresentar resultados inferiores ao de um lubrificante convencio- nal, porém com especificação acertada. Assim, para que o sistema 1 , objeto da presente invenção, atinja os resultados para os quais foi desenvolvido, a especificação correta de lubrificantes aperfeiçoados para cada uma das máquinas 2 é um pré-requisito imperioso e fundamental.
Uma vez que o lubrificante aperfeiçoado foi corretamente especi- ficado, cumpre descrever abaixo, de maneira exemplificativa e não limitante, uma rotina/metodologia para a realização do retrofit em um sistema 1 , de acordo com a presente invenção, que compreende máquinas 2 na forma de compressores alternativos e de parafusos. É evidente, entretanto, que a metodologia pode variar imensamente em função do tipo de máquina 2 do sis- tema, ainda que o conceito geral se mantenha.
=> 1° Passo: retirar do volume do cárter as seguintes quantidades:
- Compressores Alternativos: 5 %
- Compressores Parafusos: 0 %
=> 2° Passo: adicionar o mesmo volume retirado do cárter para os respecti- vos tipos de compressores e colocar a mesma quantidade de um produto condicionador do sistema lubrificante, cuja finalidade precípua é dissolver e suspender os resíduos de carbono formados ao longo do tempo pelo uso de produto de base mineral.
De maneira preferível, mas não obrigatória, o produto condicio- nador é idealizado para ser usado como um aditivo em concentração de 10 % em relação ao volume da carga de lubrificante por um período de 100 a 150 horas de trabalho, muito embora é evidente que volumes e períodos diferenciados para a devida limpeza possam ser estabelecidos se necessário ou desejável.
=> 3° Passo: operar o compressor entre 100 e 150 horas (evidentemente, esse prazo pode variar se necessário ou desejável).
= 4° Passo: após o período de operação com o produto condicionador, efetuar a drenagem completa (e modo preferível enquanto o óleo está aquecido) e tanto quanto possível nas linhas de óleo (separadores, filtros, purgadores, etc), assumindo que o óleo lubrificante mineral velho/usado não é apropriado para continuar o serviço e evitará a contaminação do novo lubrifi- cante aperfeiçoado a ser utilizado.
= 5° Passo: substituir todos os filtros (óleo e coalescentes).
= 6° Passo: manter preferivelmente os seguintes elementos para reposição, caso seja necessário:
- Filtros de óleo;
- Filtros Coalescentes;
- Selos de vedações;
- Óleo para reposição de nível.
=> 7° Passo: abastecer os compressores com o óleo lubrificante aperfeiçoado (e corretamente especificado).
Preferivelmente, deve-se revisar todos os purgadores, para garantir uma boa performance de seu funcionamento na drenagem e, durante os primeiros meses, um acompanhamento diário faz-se necessário para checar se o sistema não está entupido, pois com a utilização do produto condicionador e o uso do óleo lubrificante aperfeiçoado sintético, os resíduos removidos podem eventualmente provocar o entupimento dos purgadores.
No caso de compressores alternativos, recomenda-se ainda checar as válvulas e se necessário limpá-las.
Após o retrofit, as máquinas 2 (no caso, os compressores) são acionadas e passam a operar normalmente. De acordo com o PMV, os sen- sores/transdutores/medidores 3 atestam a maior eficiência energética, a redução de atrito, o aumento da durabilidade e dos intervalos de manutenção, e os gráficos/relatórios 6 são gerados.
Uma segunda possibilidade de procedimento de recuperação do óleo lubrificante aperfeiçoado, também não limitante e meramente exemplifi- cativa, é usada quando as máquinas 2 são redutores, e está transcrita abaixo.
= 1° Passo: drenar todo o óleo mineral presente no cárter do redutor, de preferência em sua temperatura de operação (aquecido) para melhor fluidez e arraste de particulados;
= 2° Passo: adicionar um produto condicionador do sistema lubrificante, cuja finalidade precípua é eliminar partículas de desgaste, dissolver e sus- pender os resíduos de carbonos formados ao longo do tempo pelo uso de produto de base mineral, realizar arraste e solubilização de resíduo de óleo mineral presente nas paredes e fundo do cárter;
=> 3° Passo: operar o redutor normalmente (com ou sem carga) preferivelmente por período entre 4 e 10 horas;
= 4° Passo: após o período de operação com o produto condicionador do sistema lubrificante, efetuar a drenagem completa, de modo preferível enquanto o óleo está aquecido. Este procedimento elimina os resíduos de óleo antigo e evitará a contaminação do óleo lubrificante aperfeiçoado a ser utilizado;
= 5° Passo: substituir todos os filtros quando houver;
=> 6° Passo: abastecer o redutor até o nível correto com o lubrificante aperfeiçoado e corretamente especificado.
Como o óleo lubrificante aperfeiçoado é sintético e possui aditi- vação especialmente desenvolvida, ele resiste a muito mais tempo de ope- ração mantendo seu elevado desempenho e suas características operacionais de tal forma que o intervalo de troca possa ser até cinco vezes maior, em função do tipo de máquina 2 na qual é utilizado.
Entretanto, mesmo após esse intervalo de tempo bastante estendido, é chegado um momento que o óleo aperfeiçoado precisa ser retira- do/recuperado da máquina 2 e, ainda neste momento, ele se revela muito mais interessante do que o óleo mineral convencional.
O procedimento de recuperação do óleo lubrificante aperfeiçoado pode variar em função do tipo de máquina 2 em comento, e uma possibilidade exemplificativa e não limitante está resumida abaixo:
- Óleo de Purga para Filtragem:
O processo de recuperação do óleo lubrificante aperfeiçoado só deve ser iniciado após a constatação de que, na drenagem, o produto já es- teja saindo mais limpo. Com isso, evita-se a contaminação com o óleo mineral convencional que inicialmente encontra-se na linha e que vai sendo drenado com o arraste do óleo sintético. A partir daí, recolhe-se o óleo, armaze- nando-o em tanques adequados ou em tambores (limpos) do próprio produto até completá-lo, procedendo em seguida com a separação de fases e filtragem. De maneira preferível, o óleo filtrado deve ser analisado para que se defina se está ou não em condições de ser reutilizado (retornar para a máquina 2).
De maneira preferível, mas não obrigatória, para assegurar um bom desempenho na máquina 2, o óleo recuperado e aprovado por análise deve reutilizado em uma proporção de 80%, sendo os 20% restantes de óleo lubrificante novo de igual especificação. Um diagrama esquemático desse processo de recuperação pode ser encontrado na figura 6.
Descrevendo mais particularizadamente, e fazendo referência a essa figura, o óleo usado (retirado da(s) máquina(s) 2) deve ser armazenado da seguinte forma:
- Tanque 1 : deverá receber somente óleo proveniente das trocas de filtros ou óleos retirados da(s) máquina(s) 2 por motivos de manutenções desde que esteja em condições de limpeza adequadas e deverá permanecer inerte por um período mínimo de 30 dias para a devida separação dos parti- culados;
- Tanque 2: deverá receber somente óleo proveniente do sistema de purga, que por estar mais contaminado precisa ser tratado de forma diferente neste processo de reaproveitamento e deverá permanecer inerte por um período mínimo de 30 dias para a devida separação dos particula- dos.
Quando os dois tanques estiverem cheios, o procedimento de decantação e filtragem do óleo deve ser efetuado da seguinte forma (vide figura 7):
- Óleo do Tanque 1 : decantar o sobrenadante advindo do material particulado contido no óleo após a operação na máquina 2 para um recipiente adequadamente limpo, após efetuar a filtração através de filtro apro- priado (como por exemplo, filtro prensa ou filtro de cartucho com tela filtrante de 10 micra e após nova filtração com tela de 7 micra). Este procedimento deve ser repetido quantas vezes forem necessárias para a limpeza adequada do óleo, estimando-se pelo menos 10 passagens pelo filtro, após a qual o óleo deve ser analisado quanto às suas propriedades.
- Óleo do Tanque 2: decantar o sobrenadante advindo do material particulado contido no óleo após a operação na máquina 2 para um recipiente adequadamente limpo após efetuar uma filtração através de filtro a- propriado (como por exemplo, filtro prensa ou filtro cartucho com tela filtrante de 10 micra e após, nova filtração com tela de 7 micra). Este procedimento deve ser repetido quantas vezes forem necessárias para a limpeza adequada do óleo, estimando-se pelo menos 10 passagens pelo filtro, após a qual o óleo deve ser analisado quanto às suas propriedades.
Retornando à instalação de compressores, tal e qual ilustrado na figura 2, as medições para determinação das variáveis envolvidas na quantificação dos resultados foram realizadas em campo, para cada lubrificante, diretamente no local da instalação, no circuito elétrico específico de alimentação de um compressor de ar.
As medições foram efetuadas com integração de quinze segun- dos entre amostras, de tal forma que algumas leituras resultaram em mais de 30.000 blocos válidos de medição para o período, assim, algumas visualizações gráficas tiveram que ser tratadas com períodos de integração maiores, para facilitar a visualização do comportamento das variáveis.
Para efetuar as medições das grandezas que serviram como ba- se de dados para os cálculos de consumo de energia elétrica do compressor, foram utilizados os seguintes equipamentos:
•Medidor/Registrador de Grandezas Elétricas MARH 21 - equipamento de fabricação da RMS Indústria de Equipamentos Eletrônicos, que tem como características:
- Exatidão: classe 0,5 para tensões e correntes e Classe 1 para potências;
- Alimentação Externa: 65 a 600Vca a partir da rede ou 11 a 60Vcc por bateria;
- Alimentação Interna: bateria 9V;
- Medição: fXensões: 0 a 600 Vrms direto, 0 a 999,9 kVrms via TP's e 0 a 999,9 kVrms via Shunfs; Correntes: 0 a 11 Arms direto, 0 a 999,9 Arms via TCs e 0 a 999,9 Arms via Alicates;
- Integração a partir de 00ms até 1 h;
- Memória de 2 Mb;
- Tempo de memória de 298 dias para integração de 15 minutos;
- Operação em 50/60 Hz;
- Analisador de Harmónicas e Flicker;
- Comunicação serial RS-232;
Tal equipamento é portátil e de fácil instalação em ambiente industrial, não necessitando fazer desligamento da rede para a sua instalação, sendo utilizado em sistemas elétricos monofásicos, bifásicos, trifásicos em baixa, média e alta tensão.
• Computador de Vazão MEV-3000 - equipamento de fabricação da Incontrol S/A, que tem como características:
- Eletrônica Microprocessada;
- Indicador de vazão instantânea, totalizador, indicação de pressão e temperatura, transmissor e controle de batelada, indicação de vazão em massa através da opção de entrada do valor de densidade do fluido;
- Compensação de pressão e temperatura;
- Entrada: Vazão entrada 4-20 mA/Pulso;
- Resolução: 12 bits;
- Pick-up magnético/Sensor RF;
- Entrada Temperatura PT-100, range: -50 °C a 250 °C;
- Entrada 4-20 mA;
- Entrada Pressão 4-20 mA;
- Saída Analógica 4-20 mA, máx. 500 Ohm, passiva;
- Resolução: +/- 0,5 FS;
- Atualização: 1 Hz; O computador de vazão MEV 3000 possui display com 16 caracteres, 4 linhas, realiza cálculos de compensação de pressão e temperatura, com leitura em vazão normalizada e real, como também em massa nas unidades de engenharia.
· Medidor de vazão tipo turbina para gases - equipamento de fabricação da Incontrol S/A, que tem como características:
Linearidade Melhor do que ± 1 ,0% FE;
- Repetitividade ± 0,1 %;
Diâmetro nominal de ¼" a 12";
- Sinal de saída Pulsos ou 4-20 mA;
Conexão ao processo flangeada, rosqueada e sanitária; Temperatura de operação -30° a 200° C;
Pressão de operação até 30 MPa (300 bar);
Materiais:
- Mancais Buchas de carbeto de tungsténio;
Rolamento tipo esfera blindado em AISI440C;
- Corpo AISI304, AISI316, PVC, aço carbono;
- Flange AISI304, AISI316, PVC, aço carbono;
- Rotor 17.4PH, AISI430, níquel;
- Internos AISI304, AISI316;
- Alimentação 24VCC ou 1 10/220 VCA;
Invólucro de Alumínio fundido IP65;
Por apresentar alta repetibilidade e precisão, é indicado para uso com vários fluidos gasosos em diferentes ramos industriais (medição de ar comprimido, GLP, gás natural), soldas (medição de misturas gasosas, argô- nio), serviços hospitalares (medição de oxigénio) e processos alimentícios (medição de C02) e outros.
Periféricos
- Sensor de temperatura NOVUS PT 00, -50~200°C;
- Sensor de pressão FULLGAUGE 0-500PSI;
- Transdutor de temperatura NOVUS PT100 - 4~20mA;
- Notebook Acer Aspire 5100 2GHz Turion 64 X2 MK-36, 512MB DDR2, 80GB, DVD+RW DL, Windows XP, 15.4";
• Palmtop Palm TX OS® Garnet 5.4, 312 MHz, 128MB, Wi-Fi 802.11 b, MultiMediaCard SD e SDIO de 2GB, Bluetooth® 1.1 ;
• Software ANAWIN RMS que:
- analisa os dados obtidos com registradores MARH; gera diversos tipos de gráficos e relatórios;
realiza comunicação local ou via "modem" com os registradores;
é instalado em ambiente Windows.
A medição para cada lubrificante seguiu criteriosamente o fluxo comentado mais acima.
Primeiramente, efetuou-se a medição das variáveis de desempenho para o lubrificante de base mineral que já estava em operação na máquina 2, imediatamente ao inicio dos trabalhos.
Logo após, segundo o PMV, efetuou-se a limpeza do sistema, e foi feito o primeiro retrofit do lubrificante (após efetuada uma carga forçada de vinte e quatro horas intermitentes com o produto condicionador do sistema lubrificante), sendo colocado o lubrificante aperfeiçoado. Seguiram-se então os critérios de maturação do lubrificante e uma semana de medição, para que no final desta, se obtivesse a leitura final.
A utilização do compressor com um lubrificante aperfeiçoado gerou uma menor carga térmica no ambiente.
A seguir, determinou-se a linha de base, que representa as características de uso do equipamento de força motriz (o motor - elétrico - que aciona o compressor 2) para um ano típico de operação, na indústria envolvida no projeto.
A linha de base é apresentada através das variáveis definidas no
PMV:
consumo de energia elétrica do compressor 2 [MWh];
· temperatura [°C];
pressão [PSI];
vazão [Nm3/h]. O tempo da medição para a linha de base foi tal que compreendesse um ciclo semanal de operação normal da unidade.
O compressor 2 escolhido apresentou as seguintes características:
· pressão finai máxima: 0,91 MPa (9,1 bar)
descarga livre efetiva: 15 1 NrrvVh
potência do motor: 200 cv
rotação: 1780 rpm
Determinação das Variáveis Envolvidas:
i. Potência do conjunto lubrificante-compressor existente antes do retrofit: foi expressa em quilowatts (kW), e determinada através das metodologias e medições descritas na linha de base.
ii. Potência do conjunto lubrificante-compressor proposto (após o retrofit): foi expressa em quilowatts (kW), e determinada através das meto- dologias e medições descritas no pós retrofit.
iii. Tempo de operação do compressor: expresso em horas (h), e determinado através de medição integrada às grandezas elétricas, mecânicas e atmosféricas.
iv. Vazão do ar comprimido: expressa em normal metro cúbico por hora (Nm3/h), foi determinada através de medição integrada ao tempo.
v. Pressão do ar comprimido: expressa em (PSI), foi determinada através de medição integrada ao tempo.
vi. Temperatura ambiente: expressa em graus Celsius (°C), foi determinada através de medição integrada ao tempo.
vii. Ajustes ou adaptações necessárias na linha de base: mediante a alteração dos fatores estáticos ou variáveis independentes, se cabível.
Com o lubrificante de origem mineral que já estava sendo utilizado no compressor, os resultados obtidos foram os seguintes:
· Rendimento Médio do ciclo de compressão [%] - 66,26%
• Massa Média Comprimida [kg/h] - 1.745,03
• Consumo Médio de Energia Elétrica [kWh] - 170,93 • Temperatura Média [°C] - 1 1 ,95
• Pressão Média [PSI] - 101 ,52
As ações pós-retrofit foram executadas utilizando a mesma metodologia do período de estabelecimento da linha de base. O período pós- retrofit representa as características de uso do equipamento compressor 2 para um ano típico de operação, após a substituição do lubrificante convencional de base mineral pelo lubrificante aperfeiçoado de base sintética.
As medições do período pós-retrofit foram realizadas nos mesmos pontos monitorados durante a determinação da linha de base, imedia- tamente após a implementação da troca do lubrificante, respeitando o período de maturação do mesmo.
Com o lubrificante aperfeiçoado de base sintética aplicado no retrofit compressor, os resultados obtidos foram os seguintes:
• Rendimento Médio do ciclo de compressão [%] - 71 ,18% · Massa Média Comprimida [kg/h] - 1.806,47
• Consumo Médio de Energia Elétrica [kWh] - 166,16
• Temperatura Média [°C] - 14,42
• Pressão Média [PSI] - 101 ,57
Abaixo, estão os resultados analisados comparativamente, o que permite aquilatar de maneira irrefutável a maior eficiência global conseguida com o uso de lubrificante aperfeiçoado:
O Rendimento Médio do ciclo de compressão [%] aumentou de 66,26% para 71 ,18%, ou seja, um aumento de 4,91 %.
A Massa Média Comprimida [kg/h] aumentou de 1.745,03 para 1.806,47.
O Consumo Médio de Energia Elétrica [kWh] caiu de 170,93 x 166,16, ou seja, 2,79%.
A temperatura Média [°C] aumentou de 11 ,95 para 14,42.
A pressão Média [PSI] variou um pouco, de 101 ,52 para 101 ,57. Uma comparação entre os lubrificantes pode ser feita através dos rendimentos médios obtidos, pois o cálculo deste, leva em consideração as principais variáveis envolvidas no processo de compressão do ar. E o rendimento médio do ciclo de compressão aumentou consideravelmente, cerca de 4,91 %, com a simples troca de óleo lubrificante.
Por sua vez, a análise entre a energia elétrica consumida revela que, descontadas as naturais oscilações devido às mudanças das condições de operação ao longo do tempo (tais como densidade do ar, vazão comprimida, pressão de descarga, temperatura do ar, entre outras), houve uma redução de nada desprezíveis 2,79%, o que por si só seria excelente, mas deve-se levar em conta que, paralelamente, o rendimento médio aumentou.
Em outras palavras, ao mesmo tempo em que o óleo lubrificante aperfeiçoado aumentou o rendimento em cerca de 5%, a redução no consumo de eletricidade foi de cerca de 3%, ou seja, maior rendimento conseguido com menor gasto energético.
Esses ganhos energéticos inequivocamente se traduzem em e- conomia financeira. Assim, considerando-se um cenário hipotético para que seja possível quantificar monetariamente a economia obtida, simularam-se os ganhos mensais e anuais de cada lubrificante, tendo como referência a operação do compressor 2 com óleo lubrificante mineral convencional, tendo como premissas:
• Tarifa Utilizada: R$ 200,00/MWh
· Horas de Operação por Mês: 620 h/mês
• Referência para Análise - Oléo Mineral convencional
• Compressor Avaliado: potência de 200 CV
• Consumo de referência com Óleo Mineral convencional:
170,93kWh
· Projeção de Consumo com Óleo lubrificante aperfeiçoado:
162,53 kWh
Os resultados em termos financeiros são:
• O consumo de Energia Elétrica caiu de 105,97 MWh/mês para 100,76 MWh/mês
· Os custos de operação, considerando os valores acima, caíram de R$ 21.195,00 para R$ 20.153,87, por mês, significando uma economia financeira de R$ 1.041 ,13 por mês, ou seja, R$ 12.493,56 por ano. A energia elétrica economizada, expressa em MWh/mês é calculada conforme a expressão abaixo:
EE = (E1 - E2)
onde,
EE Energia economizada (MWh/mês);
E1 Estimativa de consumo de energia do compressor com lubrificante "X" (MWh/mês);
E2 Estimativa de consumo de energia do compressor com lubrificante "Y" (MWh/mês).
A determinação da economia em R$ é expressa conforme equação abaixo:
R$ = (EE x CM)
onde,
R$ Economia monetária (R$);
EE Energia economizada (MWh/mês);
CM Custo médio da energia contratada pela indústria (R$/MWh).
No exemplo em comento resta inconteste a economia considerável que o sistema 1 traz ao usuário, na medida em que ele possibilita o aumento considerável da eficiência energética da máquina 2 (no caso, com- pressor) sem nenhum custo adicional que não a pura e simples substituição do óleo lubrificante.
Assim, trata-se de uma economia real, palpável e, o que é melhor, não exige nenhum tipo de investimento adicional para que produza frutos.
A economia gerada pode ser aproveitada de diversas formas, como por exemplo, reduzindo (em 5% no presente exemplo) a energia fornecida pela máquina 2, já que ela teve um aumento de eficiência energética, sem que haja redução no desempenho (na verdade, ainda assim haverá um pequeno incremento no desempenho).
A contrario sensu, se mantido o mesmo gasto energético, é possível que a máquina 2 funcione com o desempenho um pouco superior, ou seja, mais desempenho e performance com os mesmos custos atuais, isso sem se esquecer do aumento da vida útil dos componentes internos da(s) máquina(s).
Ainda, cumpre notar que o fato de o lubrificante aperfeiçoado possuir um prazo de validade ou vida útil muito maior reduz sobremaneira o problema do seu descarte adequado no meio ambiente. Isso, mais a redução de energia que ele proporciona, pode ensejar o recebimento de recursos advindos do sistema de créditos de carbono, segundo o qual, em breves palavras, uma empresa que desenvolve tecnologias que diminuem o gasto e- nergético e em consequência a emissão de carbono na atmosfera, tem direi- to a créditos, em moeda, a serem pagos por aquelas empresas que, de outro lado, emitem mais carbono por conta de sua área de atuação ou tecnologia de produção que utilizam.
De toda forma, o modelo de negócios referente aos créditos de carbono ou o que será feito com os recursos economizados com a operação do sistema 1 podem variar livremente e não estão incluídos no escopo de proteção das reivindicações.
Por fim, é ainda uma invenção nova e inventiva um processo de operação de pelo menos uma máquina 2 no âmbito do sistema 1 para a parametrização de operação e manutenção de máquinas/equipamentos mecâ- nicos, objeto da presente invenção, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
Etapa (i): desenvolvimento e/ou especificação de um lubrificante aperfeiçoado para uso na máquina 2;
Etapa (ii): operação da máquina 2 com o óleo lubrificante con- vencional para medição/monitoramento de seus parâmetros de funcionamento e/ou as propriedades do óleo lubrificante;
Etapa (iii): parada da máquina 2 para realização da troca do lubrificante convencional pelo aperfeiçoado;
Etapa (iv): operação da máquina 2 com o óleo lubrificante aper- feiçoado para medição/monitoramento de seus parâmetros de funcionamento e/ou as propriedades do óleo lubrificante;
Etapa (v): processamento dos dados medidos/monitorados com o uso do lubrificante convencional e do lubrificante aperfeiçoado e geração de relatórios/gráficos 6 comparativos.
Nas etapas (ii) e (iv), a medição/monitoramento dos parâmetros de funcionamento da máquina e/ou as propriedades do óleo lubrificante con- vencional e aperfeiçoado são realizados por pelo menos um sensor/transdutor/medidor 3.
O processamento e a geração de relatórios de que tratam a etapa (v) são efetuados pelo dispositivo de coleta e armazenagem 4, a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados 5.
Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações a- pensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Sistema (1) para a parametrização de operação e manutenção de máquinas/equipamentos mecânicos (2), caracterizado pelo fato de que compreende:
(i) pelo menos um equipamento/máquina (2) que utiliza pelo menos um óleo lubrificante e cuja eficiência energética e operacional deve ser incrementada;
(ii) pelo menos um óleo lubrificante aperfeiçoado para utilização na máquina (2), o lubrificante especialmente desenvolvido para apre- sentar propriedades físico/químicas otimizadas e sendo especificado para atuar de forma maximizada junto à máquina (2);
(iii) pelo menos um sensor/transdutor/medidor (3) para medição ou monitoramento direto ou indireto dos parâmetros de funcionamento da máquina (2) e/ou as propriedades do óleo lubrificante;
(iv) pelo menos um dispositivo de coleta e armazenagem (4); e
(v) pelo menos um componente de análise e tratamento de dados (5);
o pelo menos um sensor/transdutor/medidor (3) medindo/monitorando direta ou indiretamente os parâmetros de funcionamento da máquina (2) e/ou as propriedades do óleo lubrificante, o dispositivo de coleta e armazenagem (4) recebendo e realizando o processamento desses dados medidos/monitorados pelo sensor/transdutor/medidor (3) a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados (5), o componente (5) adicionalmente gerando pelo menos um relatório/gráfico (6) indicativo dos dados processados.
2. Sistema (1) de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de sensores/transdutores/medidores (3).
3. Sistema (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende, opcionalmente, pelo menos um ou mais registradores de grandezas (30) para receber as informações obtidas por todos os sensores/transdutores/medidores (3) e enviá-las ao pelo menos um dis- positivo de coleta e armazenagem (4).
4. Sistema (1) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os sensores/transdutores/medidores (3) medem/monitoram os parâmetros de funcionamento da máquina (2) e/ou as propriedades do óleo lubrificante para um primeiro tipo de óleo lubrificante convencional e para o óleo lubrificante aperfeiçoado, o dispositivo de coleta e armazenagem (4) recebendo e realizando o processamento desses dados medidos/monitorados pelo sensor/transdutor/medidor (3) a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados (5), o componente (5) adicionalmente ge- rando relatórios /gráficos (6) comparativos dos parâmetros medidos pelos sensores/transdutores/medidores (3) tanto para o uso do lubrificante convencional quanto para uso do aperfeiçoado.
5. Processo de operação de pelo menos uma máquina (2) no âmbito do sistema (1) para a parametrização de operação e manutenção de máquinas/equipamentos mecânicos como definido nas reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:
Etapa (i): desenvolvimento e/ou especificação de um lubrificante aperfeiçoado para uso na máquina (2);
Etapa (ii): operação da máquina (2) com o óleo lubrificante con- vencional para medição/monitoramento de seus parâmetros de funcionamento e/ou as propriedades do óleo lubrificante;
Etapa (iii): parada da máquina (2) para realização da troca do lubrificante convencional pelo aperfeiçoado;
Etapa (iv): operação da máquina (2) com o óleo lubrificante aper- feiçoado para medição/monitoramento de seus parâmetros de funcionamento e/ou as propriedades do óleo lubrificante; e
Etapa (v): processamento dos dados medidos/monitorados com o uso do lubrificante convencional e do lubrificante aperfeiçoado e geração de relatórios/gráficos (6) comparativos.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que, nas etapas (ii) e (iv), a medição/monitoramento dos parâmetros de funcionamento da máquina e/ou as propriedades do óleo lubrificante con- vencional e aperfeiçoado são realizados por pelo menos um sensor/transdutor/medidor (3).
7. Processo de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o processamento e a geração de relatórios de que tratam a etapa (v) são efetuados pelo dispositivo de coleta e armazenagem (4), a partir da atuação do componente de análise e tratamento de dados (5).
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Cited By (3)

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