APPLICATION OF METHODS FOR REDUCING ENERGY CONSUMPTION IN AN AIR CONDITIONING SYSTEM IN A COMPANY LOCATED IN THE MANAUS INDUSTRIAL CENTER
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7434356
Maria Eliane Furtado de Aguiar1
Raquel Reis Freitas2
Resumo
Visando as necessidades de adotar políticas e práticas sustentáveis dentro das organizações, o presente trabalho propõe a utilização de novas tecnologias de sistemas de refrigeração como uma alternativa que pode contribuir diretamente para o desenvolvimento sustentável dentro das indústrias, promovendo a conservação dos recursos hídricos, minimizando a poluição e o consumo de energia elétrica. A metodologia utilizada trata-se de um comparativo do consumo de energia elétrica consumida por dois sistemas de refrigeração distintos, em determinado período de tempo, em um refeitório localizado numa empresa do ramo de eletrodomésticos na cidade de Manaus- AM. A partir da coleta de dados, verificou-se que o maior consumo de energia elétrica é voltado ao sistema de refrigeração de condicionadores de ar convencionais, sugerido-se a substituição dos condicionadores de ar convencionais com maior consumo energético por condicionadores de ar com a tecnologia Inverter que tem economia de até 60% de energia elétrica. A utilização eficiente da energia elétrica tem resultados positivos tanto na redução de custos quanto na diminuição de emissões de gases de efeito estufa e na preservação de recursos naturais.
Palavras-chave: Desenvolvimento sustentável. Recursos hídricos. Refrigeração. Consumo energético. Tecnologia inverter.
Abstract
Aiming at the need to adopt sustainable policies and practices within organizations, this work proposes the use of new technologies for refrigeration systems as an alternative that can directly contribute to sustainable development within industries, promoting the conservation of water resources, minimizing the pollution and energy consumption. The methodology used is a comparison of the consumption of electricity consumed by two different refrigeration systems, in a certain period of time, in a cafeteria located in a company in the field of home appliances in the city of Manaus-AM. From the data collection, it was found that the highest consumption of electricity is aimed at the refrigeration system of conventional air conditioners, suggesting the replacement of conventional air conditioners with higher energy consumption by air conditioners with the technology Inverter that saves up to 60% of electricity. The efficient use of electricity has positive results both in cost reduction and in the reduction of greenhouse gas emissions and in the preservation of natural resources.
Keywords: Sustainable development. Water resources. Refrigeration. Energy consumption. Inverter technology.
1. INTRODUÇÃO
Este trabalho foi desenvolvido a partir de interesses para contribuir com a sustentabilidade ambiental no setor industrial com a proposta de aplicação de novas tecnologias no sistema de refrigeração, visando a redução dos impactos ambientais, como por exemplo, o efeito estufa, o aquecimento global, consumo de recursos hídricos e o desperdício de energia elétrica.
Os sistemas de refrigeração são responsáveis por proporcionar a climatização de qualquer ambiente de ocupação humana, principalmente em ambientes comerciais, com isso, a busca por redução do consumo de energia também se torna constante a fim de reduzir custo financeiro dentro das organizações.
O aparelho de ar condicionado certo, que esteja bem dimensionado para um ambiente, instalado corretamente e utilizado de maneira adequada pode garantir seu conforto térmico ao mesmo tempo que não pesa na sua conta de energia. (DUFRIO, 2017).
Realizar ações que possam contribuir com a economia de energia elétrica, sem deixar o conforto adquirido pelo recurso de refrigeração do ambiente gerado por condicionadores de ar e a adoção de novas tecnologias.
A tecnologia Inverter, por exemplo, traz impactos positivos na redução do consumo de energia, por ter funções relacionadas à redução de partidas do compressor, funcionando de forma mais lenta, evitando picos de energia quando é detectado a necessidade do ambiente quanto a refrigeração e pelo equipamento atingir rapidamente a temperatura e manter constante no ambiente. Além disso, possui gás ecológico R410A que não agride a camada de ozônio, sendo atóxico e não inflamável. Os equipamentos possuem o Selo PROCEL-Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Energia, que indica aos consumidores a garantia que o produto oferece em relação ao ponto de vista energético, minimizando os impactos ambientais no País.
Diante disso, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a viabilidade de substituição de ar condicionados convencionais instalados em um refeitório de uma empresa do ramo de eletrodomésticos localizada no Pólo Industrial de Manaus, por condicionadores de ar com tecnologia Inverter. Tendo como objetivos específicos: Verificar se a substituição de tecnologia trará vantagens quanto a redução do consumo de energia elétrica, comparado ao consumo gerado no decorrer dos anos com a utilização de condicionadores de ar convencional; monitorar o consumo mensal e analisar se houve redução nos indicadores de custo de energia elétrica; contribuir diretamente com o meio ambiente visibilizando a necessidade de deixar para as futuras gerações um planeta em melhores condições de habitabilidade.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 CONDICIONADOR DE AR
Em 1902, Willis Carrier, de 25 anos, engenheiro formado pela Universidade Cornell, nos EUA, desenvolveu o processo mecânico para condicionar o ar, quando foi dado início o controle do clima a fim de resolver problemas de impressão em dias quentes de Nova York, onde foi feita a primeira instalação por Carrier (GIACOMINI,2019).
Afirma Neves (2018) que Carrier teorizou que poderia retirar a umidade da fábrica através de resfriamento do ar por dutos artificialmente resfriados. Diz também que foi o primeiro exemplo de condicionador de ar contínuo por processo mecânico, sendo o primeiro grande mercado para o condicionador de ar.
Chaves (2009) explica que, em termos de conforto, as aplicações do ar condicionado têm como finalidade proporcionar um ambiente interior cujas condições se mantenham relativamente constantes, dentro dos padrões que ofereçam mais conforto às pessoas, apesar das variações das condições meteorológicas exteriores e das cargas térmicas interiores.
2.2 TECNOLOGIA INVERTER
Segundo a autora Giacomini (2020), um condicionador de ar com a tecnologia Inverter conseguem atingir a temperatura desejada mais rápido e a manter constante, com pouca oscilação de energia. A autora afirma que isso acontece porque o sistema Inverter é responsável por controlar a velocidade de rotação do compressor do ar-condicionado – o motor do aparelho – conforme a necessidade de refrigeração do ambiente.
O ar-condicionado convencional tem um desempenho mais oscilante, chegando a desligar o aparelho quando o ambiente fica mais frio do que o programado. Nesse período, o local vai voltando à sua temperatura ambiente aos poucos e, quando ela sobe, o ar é ligado novamente, realizando um ciclo chamado “liga/desliga” do seu compressor (LEVEROS, 2020).
Podemos considerar que “os aparelhos de ar condicionado split Inverter são mais econômicos, consomem até 60% menos energia em comparação com os modelos normais.”(WEB CONTINENTAL, 2020), representado na Figura 1.
Figura 1- Diagrama comparativo do desempenho do condicionador de ar convencional x Inverter
Dias (2022), demonstra conforme a Quadro 1, um resumo comparativo entre o ar condicionado inverter e ar condicionado convencional :
Quadro 1- Comparativo ar condicionado Inverter x Convencional
| INFORMAÇÕES | INVERTER | CONVENCIONAL |
| Controle de Temperatura | Atinge rapidamente temperatura desejada e a mantém com pouca oscilação | Necessário algum tempo para atingir temperatura desejada |
| Economia de Energia | Alta eficiência com a até 60% de economia | Baixa eficiência com consumo elétrico elevado |
| Gás Refrigerante | R410a ECOLÓGICO | R-22 (HCFC) |
| Operação | Compressor varia a rotação em função da temperatura desejada Aumento gradativo na rotação evitando picos de energia Função de secagem na serpentina evitando formação de mofo e odor. | Compressor liga e desliga para manter a temperatura ambiente próxima a temperatura desejada Compressor com partida direta, picos de energia |
| Nível de Ruído | Menor que o convencional Com a temperatura estabilizada, o compressor opera em baixa rotação, reduzindo mais ainda o ruído da condensadora | aixo nível de ruído Compressor liga ou desliga |
Em média, o ar condicionado convencional necessita de um tempo um pouco maior de operação para atingir a temperatura desejada, se comparado com o Inverter como se pode observar na Figura 2.
Figura 2- Gráfico de velocidade para atingir a temperatura desejada
2.3 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
A Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2022), divulgou que o consumo nacional de energia elétrica no Brasil foi de 42.097 GWh, em agosto de 2022, expandindo 3,0% em comparação com mesmo mês de 2021. A classe comercial continua liderando a expansão, porém também contribuem de forma bastante relevante para a alta a classe industrial, principalmente, e a classe residencial. No acumulado em 12 meses o consumo nacional registrou 507.074 GWh, alta de 1,4% em comparação ao período imediatamente anterior, representado na Figura 3.
Figura 3- Comparativo consumo de energia elétrica no Brasil 2019-2022
Na Figura 4 observa-se que o maior consumo de energia elétrica no Brasil por classe é na categoria Industrial, com 35,45% até setembro de 2022, conforme EPE.
Figura 4- Consumo médio do consumo de energia no Brasil por classe até setembro de 2022
2.4 IMPACTOS AMBIENTAIS
Na Resolução Conama 001/1986, considera-se impacto ambiental
qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades humanas que, direta ou indiretamente, afetem a saúde, a segurança e o bem estar da população, as atividades sociais e econômicas, a biota, as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente e a qualidade dos recursos ambientais.
“Os impactos ambientais causados pela obtenção de energia são discutidos mundialmente devido à gravidade da questão. Afinal, a maior parte do mundo é urbana e necessita de energia para funcionar.” (STOODI, 2021).
De acordo com Guaresmin (2021), relacionado aos impactos ambientais gerados pelo sistema elétrico, os efeitos ambientais podem incluir:
As emissões de gases de efeito estufa e outros poluentes do ar, especialmente quando um combustível é queimado, a utilização de recursos hídricos para produzir vapor, fornecer resfriamento e servir outras funções, descargas de poluição em águas, incluindo poluição térmica (água mais quente que a temperatura original da água), geração de resíduos sólidos, que podem incluir resíduos perigosos, uso da terra para produção de combustível, geração de energia e linhas de transmissão e distribuição, efeitos sobre plantas, animais e ecossistemas que resultam do ar, água, resíduos e impactos da terra acima (GUARESMIN, 2021).
2.5 SUSTENTABILIDADE
De acordo com Sachs (1993),
a sustentabilidade ambiental pode ser alcançada por meio da intensificação do uso dos recursos potenciais … para propósitos socialmente válidos; da limitação do consumo de combustíveis fósseis e de outros recursos e produtos facilmente esgotáveis ou ambientalmente prejudiciais, substituindo-se por recursos ou produtos renováveis e/ou abundantes e ambientalmente inofensivos; redução do volume de resíduos e de poluição … intensificação da pesquisa de tecnologias limpas (p. 23).
O 12° dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) é o consumo sustentável, que propõe medidas e padrões para consumos saudáveis da vida humana e do planeta (NAÇÕES UNIDAS, [s.d.]), conforme detalhamento a seguir:
12.1 Implementar o Plano Decenal de Programas sobre Produção e Consumo Sustentáveis, com todos os países tomando medidas, e os países desenvolvidos assumindo a liderança, tendo em conta o desenvolvimento e as capacidades dos países em desenvolvimento
12.2 Até 2030, alcançar a gestão sustentável e o uso eficiente dos recursos naturais
12.3 Até 2030, reduzir pela metade o desperdício de alimentos per capita mundial, nos níveis de varejo e do consumidor, e reduzir as perdas de alimentos ao longo das cadeias de produção e abastecimento, incluindo as perdas pós-colheita
12.4 Até 2020, alcançar o manejo ambientalmente saudável dos produtos químicos e todos os resíduos, ao longo de todo o ciclo de vida destes, de acordo com os marcos internacionais acordados, e reduzir significativamente a liberação destes para o ar, água e solo, para minimizar seus impactos negativos sobre a saúde humana e o meio ambiente
12.5 Até 2030, reduzir substancialmente a geração de resíduos por meio da prevenção, redução, reciclagem e reuso
12.6 Incentivar as empresas, especialmente as empresas grandes e transnacionais, a adotar práticas sustentáveis e a integrar informações de sustentabilidade em seu ciclo de relatórios
12.7 Promover práticas de compras públicas sustentáveis, de acordo com as políticas e prioridades nacionais
12.8 Até 2030, garantir que as pessoas, em todos os lugares, tenham informação relevante e conscientização para o desenvolvimento sustentável e estilos de vida em harmonia com a natureza. (NAÇÕES UNIDAS, [s.d.])
3. METODOLOGIA
Para o desenvolvimento desta pesquisa quantitativa e qualitativa, seguiram-se as seguintes etapas metodológicas apresentadas no Fluxograma da Figura 5.
Figura 5- Fluxograma metodológico
O trabalho foi desenvolvido em uma das unidades Whirlpool Corporation, empresa que atua no ramo de eletrodomésticos, localizada na Av. Torquato Tapajós, n° 7500, Km 12, Colônia Terra Nova, Manaus, situa-se na latitude 3°00’46.1″S e longitude 60°01’50.0″W, é localizada na região Norte do Brasil e capital do Amazonas, a planta possui uma área de 133.000 m² e área construída de 41.472 m² como indica planta baixa na Figura 6 e Figura 7 respectivamente.
Figura 6- Planta baixa
Figura 7- Vista aérea da área construída
Dentro da unidade definiu-se o espaço (Refeitório) com uma área total de 508 m², onde foi realizada a substituição dos condicionadores de ar convencionais por condicionador de ar inverter, conforme Figura 8. Levando em consideração que o local foi definido pelo fato de ser um dos maiores consumidores de energia elétrica relacionados ao sistema de refrigeração dentro da empresa pela quantidade de equipamentos instalados.
Figura 8- Delimitação do espaço físico
3.1 Avaliar o consumo de energia elétrica dos ar condicionado Convencional
Inicialmente foi realizado o estudo do consumo de energia elétrica do equipamento de condicionador de ar instalado no local, o mesmo é da linha CONSUL 22000 BTUs Frio 220V, modelo CBY22 DBBNA unidade externa como mostra a Figura 9 e CBV22 DBBNA unidade interna, representado na Figura 10.
Figura 9- Unidade condensadora externa Split convencional
Figura 10- Unidade evaporadora interna Split convencional
O Quadro 2 mostra as especificações técnicas da unidade interna e externa fornecidas pelo manual do fabricante.
Quadro 2- Tabela com especificações técnicas do condicionador de ar convencional
| ESPECIFICAÇÕES | CBV22DB/ CBY22DB |
| Capacidade (BTU/h) | 22000 |
| Ciclo | Frio |
| Tensão (V) | 220V |
| Frequência (Hz) | 60 |
| Capacidade refrigeração kW/BTU/h | 6,45 |
| Potência Nominal – Frio(W) | 2008 |
| Corrente Nominal – Frio (A) | 9,5 |
| Vazão de ar | 960 m3/h |
| Eficiência Energética | 3,24(W/W) |
| Consumo Mensal (kWh/mês) ** | 41,8 |
| Eficiência Energética | Classe A |
No dia 14 de Agosto de 2022, foram realizadas as medições do consumo de energia elétrica através de um Analisador de energia da marca FLUKE, (Figura 11) com 01 (um) condicionador de ar convencional em funcionamento na temperatura de 18°C em todo o período que ocorreram as medições, simulando o cenário real de utilização no interior do restaurante da empresa Whirlpool.
Figura 11- Realização das medições dos condicionadores de ar convencionais
3.2 Propor substituição dos condicionadores de ar convencional para Inverter
Após a avaliação de consumo de energia elétrica do condicionador de ar convencional, foi sugerido a substituição por condicionador de ar com tecnologia Inverter, que “são mais econômicos, consomem até 60% menos energia em comparação com os modelos normais.”(WEB CONTINENTAL, 2020).
O condicionador de ar com sistema Inverter que foi utilizado para substituir, também é da linha CONSUL, Split 22.000 BTU Frio, modelo CBG22EBBNA unidade externa como mostra Figura 12 e unidade interna CBF22EBBNA representada na Figura 13.
Figura 12- Unidade externa condicionador de ar Inverter
Figura 13-Unidade interna condicionador de ar Inverter
3.3 Monitorar consumo nos indicadores de consumo de energia elétrica
O monitoramento do consumo de energia elétrica do prédio do refeitório foi realizado durante 1 mês através do Portal Web Energy, onde são observados os indicadores de consumo de toda a planta, todos os dados foram repassados pela gestão de manutenção da empresa.
3.4 Verificar vantagens quanto a redução de consumo de energia elétrica após a aplicação do novo sistema
Vantagens serão consideradas a partir de dados das análises de medições realizadas nos equipamentos e acompanhamento dos indicadores disponibilizados pela empresa que serão apresentados nos resultados do trabalho após implantação.
4. RESULTADOS
4.1 Avaliar o consumo de energia elétrica dos ar condicionado Convencional
A partir da análise de consumo realizada no condicionador de ar modelo convencional, foi identificado que a média de consumo de energia elétrica de cada ar condicionado desse modelo equivale a 2,2 kw/h de consumo de energia elétrica, considerando o funcionamento de 27 equipamentos do mesmo modelo no período de 9 (nove) horas por dia, com o consumo médio de de 11707,74 kw/mês.
Foi gerado um relatório com as medições realizadas, conforme a Figura 14.
Figura 15- Tabela de dados das medições elétricas split convencional
4.2 Propor substituição dos condicionadores de ar convencional para Inverter
Foi realizado um estudo de consumo do ar condicionado Inverter no ambiente, obtivemos os resultados de 0,34 Kwh, que representa 1995,84 kw/mês conforme Figura 16.
Figura 16- Tabela de resultado das medições Split Inverter
Mediante os resultados obtidos nas análises de consumo do condicionador de ar convencional e Inverter, foram realizadas as substituições por equipamentos mais eficientes, com menor consumo de energia elétrica, nesse caso, foi realizada a troca de 27 condicionadores de ar convencionais por 20 equipamentos Inverter, também é da linha CONSUL, Split 22.000 BTU Frio, modelo CBG22EBBNA unidade externa e unidade interna CBF22EBBNA, atendendo a temperatura de conforto necessária para o ambiente.
Figura 17- Serviço de troca dos ar condicionados convencionais por Inverter
Figura 18- Condicionadores de ar Inverter Instalados
Na Figura 19 e 20 pode ser observado o Layout de antes e depois das instalações, com a quantidade reduzida de 27 para 20 equipamentos.
Figura 19- Layout antes da substituição dos condicionadores de ar
Figura 20- Layout depois da substituição dos condicionadores de ar
3.3 Monitorar consumo nos indicadores de consumo de energia elétrica
Após a implantação do projeto no mês de Julho de 2022, verificou-se que houve uma redução considerável no consumo de energia elétrica do prédio do refeitório, de agosto e Setembro, conforme dados extraídos do Portal Web Energy, representado no Gráfico 1 e o resumo do do comparativo do mês de Julho antes da implantação e Agosto após a substituição dos ar condicionados para Inverter em Kwh na Tabela 3.
Gráfico 1- Gráfico consumo de Energia do prédio refeitório
Tabela 3- Comparativo do consumo kwh antes e após instalação dos condicionadores de ar
3.4 Verificar vantagens quanto a redução de consumo de energia elétrica após a aplicação do novo sistema
Obteve-se resultados satisfatórios no prédio do refeitório quanto ao consumo de energia elétrica, reduzindo 191.364 Kwh/mês, que equivale a 78,65% de redução após a implantação do projeto, conforme mostrado na Tabela 3, no item 3.3 do artigo.
Porém considera-se 9711,9 kwh/mês de redução do consumo de 11707,74 Kwh/mês relacionado ao sistema de refrigeração mediante estudo realizado. Com isso, obtém-se a redução com média de R$ 7.478,16 na conta de energia elétrica mensalmente, conforme dados da Tabela 4.
Tabela 4- Total redução energia elétrica Refeitório
O resultado do consumo de energia elétrica consumido equivale ao abastecimento de 1257 residências no Brasil, considerando que o consumo médio de energia elétrica nas residências brasileiras é de 152,2 kWh/mês, conforme mencionado no trabalho de SENS (2017).
Com isso, Leite (2005) afirma que todas as atividades produzidas pelo homem geram algum tipo de dano na natureza, nesse contexto, muitos desses impactos são provenientes da geração de energia. As hidrelétricas utilizadas para a produção de energia afeta drasticamente o meio ambiente interferindo em diversos aspectos, como por exemplo: a hidrologia, clima, erosão e assoreamento, sismologia, flora, fauna e alteração da paisagem.
De acordo com Antoni. R (2018), a construção de usinas hidrelétricas causam diferentes impactos ao meio ambiente:
A implantação de uma hidrelétrica acarreta a construção de represas que alteram o fluxo e a vazão dos rios, a perda da biodiversidade de espécies da fauna e flora locais, desmatamento, bem como o assoreamento dos rios devido a erosão comprometendo assim, os locais de desova de peixes. Além disso, influencia no clima local, pois altera a temperatura, umidade, evaporação, precipitação e ventos, bem como pode causar pequenos terremotos.
5. CONCLUSÃO
Conclui-se que a utilização de condicionadores de ar com a Tecnologia Inverter se tornam mais eficientes, ecológicos e econômicos que os condicionadores de ar convencionais, obtendo-se uma redução de 82,95% do consumo de energia dos equipamentos inverter em comparação aos convencionais.
Diante do cenário apresentado no trabalho, relacionado ao consumo de energia elétrica nas indústrias, se faz necessário a implantação de projetos eficientes, economicamente viáveis, e conhecer os hábitos de uso e de consumo do recurso para contribuir e enfrentar os desafios globais de sustentabilidade.
Os resultados obtidos contribuem diretamente para redução dos impactos ambientais tal como, emissões de gás CO2 efeito estufa, impacto social de regiões alagadas, o que provoca não só a retirada das populações humanas do local em novas implantações de usinas hidrelétricas, mas também como alterações no ecossistema ambiental do represamento do rio, clima, flora e fauna.
Para obter melhores resultados, propõe-se a implantação da automatização com controle horário nos condicionadores de ar, podendo deixá-los em funcionamento apenas em horários de ocupação de pessoas durante as refeições.
REFERÊNCIAS
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1Graduando em Engenharia Ambiental e Sanitária pelo CEULM/ULBRA.
2Mestre em Engenharia Civil e Ambiental pela UFCG. E-mail: raquel.reis@ulbra.br