Pintura automotiva – Combinação de fontes de energia reduz custos durante a secagem

A secagem da carroceria é o processo que mais consome energia no sistema de pintura automotiva, representando um terço do total dispendido.

Química e Derivados, Secagem de pintura automotiva com tecnologia Dürr oferece redução de custos e de emissões de CO2
Secagem de pintura automotiva com tecnologia Dürr oferece redução de custos e de emissões de CO2

Como parte do conceito Eco+Paint Shop para a redução de consumo, a Dürr desenvolveu três métodos inovadores para o aquecimento dos secadores. O Ecopure TAR Suntec usa energia solar térmica para pré-aquecer o sistema TAR (Thermische Abluftreinigung), que limpa o ar de exaustão dos secadores e ele mesmo gera calor de processo. No aquecimento dos secadores, o processo Eco + Energia CPS emprega uma microturbina a gás que produz calor e eletricidade. O terceiro método, Eco + Energia CPS Suntec, combina uma microturbina a gás e energia solar térmica. Todas as três soluções oferecidas pela Dürr reduzem significativamente os custos operacionais e as emissões de CO2 das cabines de pintura.

Química e Derivados, Microturbina a gás fornece energia para o aquecimento dos secadores
Microturbina a gás fornece energia para o aquecimento dos secadores

O Ecopure TAR Suntec se baseia na tecnologia comprovada TAR, que é empregada em muitas plantas de pintura para a limpeza do ar de exaustão e para o aquecimento de secadores. A combinação da tecnologia TAR e da tecnologia solar-térmica é inovadora e particularmente adequada para a produção na indústria automotiva em regiões com intensa radiação solar, caso de países como Brasil, México, Índia e Turquia. Nestes lugares, a disposição linear dos coletores de Fresnel, empregados para a obtenção de calor solar, podem alcançar maior desemepnho.

Com a ajuda de módulos coletores, o óleo térmico neutro em CO2, utilizado como meio de transferência de calor, é aquecido a cerca de 340°C. Inicialmente, a energia solar é aplicada para pré-aquecer o ar de exaustão do secador, através de um trocador de calor. No segundo passo, ele é introduzido no Ecopure TAR Suntec. Aqui é necessário reduzir consideravelmente a quantidade de gás natural a ser utilizado para a limpeza do ar de exaustão do secador. Deve-se atingir a temperatura de aproximadamente 720°C na câmara de combustão. Além disso, ocorre outra possibilidade de economia de energia: os módulos coletores que estão instalados no teto “interceptam” uma parte da radiação solar, isso reduz a temperatura no edifício e, com isso, a necessidade de resfriamento.

Um exemplo de cálculo para uma planta de pintura na Índia quantifica as economias que o Ecopure TAR Suntec possibilita em relação a um aquecimento de secadores que utilizam apenas gás natural. A cada dois fornos de pintura de base e de acabamento, pode-se economizar por ano € 330.000,00 nos custos de energia, enquanto as emissões de CO2 são reduzidas em quase 920 toneladas.

O cálculo se baseia em uma demanda de calor de 5.000 kW, mais os custos normais de gás na Índia e o emprego de 288 módulos de coletores Fresnel. O tempo de amortização do investimento foi estimado entre 6,5 e 8,5 anos.

Química e Derivados, Esquema ilustra a combinação de fontes de energia para aumentar a eficiência do aquecimento de secadores
Esquema ilustra a combinação de fontes de energia para aumentar a eficiência do aquecimento de secadores

Eco + CPS Energy – O segundo processo inovador para a economia de energia na área dos secadores, além de calor gera também energia elétrica. Através da cogeração descentralizada (CHP), o operador da planta ganha mais autonomia no abastecimento de energia. Por exemplo, são necessários menos geradores de emergência para sustentar a operação. A Dürr emprega no Eco + Energy CPS uma microturbina a gás do tipo “sistema compacto de energia”, com potência térmica até 500 kW e elétrica até 100 kW. Com uma temperatura de câmara de combustão de cerca de 950°C é possível estabelecer o grau de recuperação entre 80°C e 520°C, conforme é requerido para o processo de secagem. Um sistema de purificação do ar RTO pode ser instalado para limpar o ar de exaustão.

Com o Eco + Energia CPS, os secadores podem ser aquecidos direta ou indiretamente. No aquecimento direto, o ar de exaustão da turbina flui diretamente ao secador. Devido às baixas emissões, essa utilização de energia térmica é altamente eficiente e adequada, por exemplo, para o pré-secador KTL. No aquecimento indireto, é instalado um trocador de calor entre a turbina e o secador. Isso é prejudicial para a eficiência energética, mas, assim, não haverá emissões provenientes do processo de combustão do secador. Esse processo previne alterações na reticulação química da tinta recém-aplicada.

Um exemplo de cálculo mostra o potencial de economia se o sistema de cogeração é empregado em dois secadores UBS (sistema de proteção das partes inferiores) na Alemanha. Para suprir uma demanda energética total de 1.400 kW, são necessários seis sistemas compactos de energia, cada um gerando 100 kWel. Com base nos preços normais para gás natural e electricidade na Alemanha, o Eco + Energia CPS permite uma economia anual de custos de energia no valor de mais de € 250.000, em comparação com o aquecimento de secadores por meio de queimadores de gás. As emissões de CO2 são reduzidas, no mesmo cenário, em cerca de 1.150 t/ano. O tempo de amortização verificado neste exemplo é inferior a três anos, caso se aproveite o apoio financeiro da lei alemã da cogeração. Outra vantagem: comparada com um queimador de gás, a microturbina a gás da Dürr gera 75% menos emissões de óxido de nitrogênio. Além disso, existem menos emissões de ruído e os custos de manutenção são reduzidos.

Química e Derivados, Coletores de Fresnel extremamente eficientes concentram a luz do sol em campos solares
Coletores de Fresnel extremamente eficientes concentram a luz do sol em campos solares

Cogeração com energia solar – O Eco + Energia CPS também pode ser combinado com energia solar térmica em regiões com radiação solar intensa. Com o emprego de coletores de Fresnel, o consumo primário de combustível pode ser reduzido em até 40%.

No Eco + Energia CPS Suntec, a energia solar é usada para pré-aquecer o ar de combustão da microturbina a gás. No primeiro passo, o ar comprimido é arrefecido de 220°C até 180°C por injeção de água. A injeção de água traz três vantagens: pode-se unir uma grande parte da energia solar térmica produzida, o desempenho das turbinas aumenta e as emissões de óxido de nitrogênio diminuem.

Após a injeção de água, o ar de combustão é pré-aquecido por meio de um trocador de calor de óleo térmico até chegar aos 320°C e, em seguida, é aquecido mais ainda em um recuperador, até 600°C. Para isso, é utilizada a energia térmica do gás de exaustão da turbina. Após a introdução na câmara de combustão, o ar continua sendo aquecido até chegar aos 950°C, com a ajuda de combustíveis fósseis ou biocombustíveis. Em seguida, o gás de escape quente de combustão é expandido por meio de uma turbina que aciona o compressor e o gerador elétrico. A energia térmica dos gases de exaustão e a utilização do calor residual aceleram este processo.

Com o Eco+Energia CPS Suntec a Dürr segue um caminho totalmente novo. Até agora, todas as abordagens para o uso de energia solar para o funcionamento das microturbinas a gás objetivaram substituir completamente o gás e outros combustíveis fósseis. Porém, isso requer uma tecnologia solar extremamente complexa. Por esse motivo, a rentabilidadede de tais conceitos de “100% solar” atinge rapidamente os seus limites no setor industrial. A abordagem da Dürr em combinar a energia solar com os combustíveis fósseis, utilizando o calor solar apenas para pré-aquecimento, possibilita o uso rentável da energia solar em processos de alto consumo de energia, como é a pintura de automóveis.

Química e Derivados, Oliver Iglauer
Oliver Iglauer

Por Oliver Iglauer

O Autor:

O engenheiro Oliver Iglauer ingressou em 1998 na Dürr, grupo empresarial de engenharia de máquinas e instalações industriais que realiza 80% de seus negócios com o setor automotivo mundial, embora também atenda os setores aeronáutico, químico, mecânico e farmacêutico, com faturamento global de € 2,4 bilhões em 2013. Atualmente, Iglauer é responsável pela área de technologia de secadores no Departamento de P&D da Dürr Systems GmbH, na Alemanha. Suas atividaddes se concentram em conceitos inovadores de aquecimento, em particular no aquecimento solar com coletores de Fresnel, combinado com microturbinas. Desde 2008, ele leciona termodinâmica na Universidade Cooperativa do Estado de Baden-Wuerttemberg. Contatos com o eng. Paulo Santiero, diretor-comercial da Dürr Brasil Ltda. pelo e-mail: [email protected]

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