Encontro de Energia no Meio Rural - Metodologia para quantificação do nível tecnológico energético de motores elétricos

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An. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006

Metodologia para quantificação do nível tecnológico energético de motores elétricos

Evandro André Konopatzki^I; Celso Eduardo Lins de Oliveira^II; Angélica Da Silva Lima Konopatzki^III; Cesar Marim^IV; Joel Marcos Bianchessi^V

^IProfessor nos cursos de Engenharia de Automação e Controle e Engenharia de Telecomunicações na Faculdade Assis Gurgacz - FAG
^IIProfessor na Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos - FZEA-USP
^IIICoordenadora e professora do curso de Ciência da Computação na Faculdade de Ciências Aplicadas de Cascavel - FACIAP
^IVGraduando de Engenharia Agrícola na Universidade Estadual do Oeste do Paraná - UNIOESTE
^VGraduando de Engenharia de Automação e Controle na Faculdade Assis Gurgacz - FAG

RESUMO

A competitividade mercadológica criada nas agroindústrias em função de suas inserções no mercado interno e externo verificadas pelo aumento da participação do PIB agroindustrial no PIB brasileiro fez com que houvesse maior controle dos custos e insumos. Desta forma o valor final dos produtos vendidos por estas agroindústrias pode baixar aumentando o espaço no mercado consumidor.
A energia elétrica foi um dos insumos que passou a ser estudado e este trabalho apresenta um modelo para a determinação de coeficientes que permitem a comparação entre as diversas tecnologias existentes de motores elétricos inserindo um indicador de inovação tecnológica denominado Nível Tecnológico Energético (NTE).
O NTE foi desenvolvido e testado em Unidades Armazenadoras de Grãos (UAG) da região de Cascavel - Paraná onde foram coletados dados em 6 UAG que, analisadas em médias ponderadas, apresentaram-se em níveis de desenvolvimento tecnológico energético diferentes. Os principais elementos utilizados para a criação do NTE são o número de motores instalados na UAG, o tempo de existência do motor considerado desde sua fabricação e os dados de placa do motor como o rendimento e o fator de potência.
Sendo um processo comparativo, cada região poderá criar seu NTE e analisar sua situação no contexto nacional. As UAG utilizarão o NTE para planejamento de inovação tecnológica e projetos como depreciação, financiamentos e acareação de recursos financeiros para troca dos motores elétricos.
Desta forma o NTE auxiliará na indicação comparativa do momento adequado para troca dos motores elétricos. Momento a partir do qual os gastos energéticos, em função da obsolescência dos equipamentos, são considerados demasiados em relação a outras UAG mais modernas.

Palavras chave: Nível Tecnológico Energético; Inovação tecnológica; Unidade Armazenadora de Grãos.

ABSTRACT

The competitiveness mercadologic created in the agroindustrias in function of its inserts in the domestic market and external verified by the increase of participates of the agroindustrial PIB in the Brazilian PIB it made with that it had greater has controlled of the costs and insums. Of this form the final value of the products vendors for these agroindustrrias can lower increasing espace no consuming market.
The eletrical energy was one of the insums that passed to be studied and this work presents a model for determinates of coefficients that allow it compares between the diverse existing technologies of eletrical engines inserting a pointer of innovates tecnolocal called Tecnological Level Energetic (NTE).
The NTE was developed and tested in Storing Units of grain (UAG) of region of Casccavel - Paraná were had been collected given in 6 UAG that, analyzed in weighed, had presented in different levels of development tecnologic energetic.
The main elements used for create of the NTE are the number of engines installed in the UAG, the time of exist of the engine considered since its manufactures e the data of plate of the engine as the income and the factor of power.
Being a comparative process, each region could becreate its NTE and analyzing its points in the national context. The UAG be use NTE for planning of innovate tecnological and projects as it depreciates, financings and acareation of financial resources for exchange of the eletrics engines. Of this form the NTE auxiliates in the comparative indicates of the moment adjusted for exchange of the eletrics engines. Moment from which the energetic expenses, in function of the obsolate of the equipment, are considerates too much in relation to other more modern UAG.

Introdução

A economia agroindustrial cresce a cada ano e molda seu cenário junto ao PIB brasileiro. A comercialização e exportação avícola, gado e de grãos, assim como outros derivados da agroindústria colocou o PIB agroindustrial entre os setores mais importantes alcançando, em 2005, 42% do PIB nacional (Confederação Nacional da Indústria: CNI, 2001; SEBRAESP, 2006 e SUSEP, 2004).

Este setor apresenta oscilação a cada ano pois os valores comercializados à base do dólar sofrem variação conforme a instabilidade da economia brasileira, porem as exportações neste setor têm sido compensatórias de forma a apresentar resultados positivos no PIB brasileiro.

LIMA (2004) coloca que o setor agroindustrial deve fugir do simples evento operacionar sem planejar e necessita ingressar na tecnicidade da inovação tecnológica de forma a expandir conhecimentos sobre os fatores que poderão minimizar custos e aumentar ganhos e competitividade mercadológica.

Os fatores da inovação tecnológica, para PORTER (1992), são:

a liderança de custos/preços,
domínio tecnológico e diferenciação dos produtos,
a qualidade dos produtos,
estoque reduzido,
a flexibilidade do processo produtivo e
a conduta social e ambiental.

Ao se trabalhar com o controle energético e análise da eficiência dos motores elétricos busca-se, diretamente ou indiretamente, a liderança de preços, o domínio tecnológico e a flexibilidade no processo produtivo. O investimento nestes elementos só tem lógica se dele resultar melhorias.

LIMA (2004) acredita que é necessário o levantamento dos gastos e a relação custo versus investimento para a viabilização de técnicas de produção, conservação e planos de inovação tecnológica uma vez que as agroindústrias devem usar estratégias viáveis de inovação tecnológica de modo que os referidos fatores de competição se tornem possíveis através de um uso maduro.

Segundo BRASIL (2001) o ministério de ciência e tecnologia coloca a necessidade da criação de indicadores que serão utilizados para a analise da taxa de inovação tecnológica das organizações mostrando seus desempenhos e o momento adequado para a troca da tecnologia utilizada por outra melhor existente no mercado.

É sabido que novos produtos possuem alto valor de criação agregado em função do custo do desenvolvimento daquela tecnologia utilizada. Porem, ao longo do tempo, o valor do produto diminui e torna-se acessível à maioria dos consumidores. O indicador do nível tecnológico deve mostrar a situação que apresenta o momento, a partir do qual, a empresa deve trocar os equipamentos obsoletos por outros mais modernos e, com esta troca, aumentar sua produtividade.

Este trabalho apresenta uma metodologia para calcular o indicador do Nível Tecnológico Energético (NTE) para motores elétricos, realizando um estudo de caso nas Unidades Armazenadoras de Grãos (UAG) da mesoregião de Cascavel, com o objetivo de auxiliar no processo de decisão da inovação tecnológica tendo como foco a energia elétrica.

Com as agroindústrias não podem ser diferentes das outras organizações estas também devem se adaptar às inovações tecnológicas. Há necessidade de criação índices tecnológicos nas diversas áreas de atuação e controle, uma delas é a eficiência energética dos motores elétricos.

Para tanto a metodologia estudada será testada em estudo de caso com motores instalados nas Unidades Armazenadoras de Grãos (UAG) da mesoregião de Cascavel - Paraná.

As UAG são consideradas agroindústrias por intermediarem o processo de transformação da matéria prima. Uma UAG recebe grãos, seca, limpa e os armazena por determinado tempo enviando-os para a fábrica ou para exportação.

As componentes da UAG são:

Recebimento: composto por escritório e balança para controle da quantidade e da qualidade dos grãos recebidos;
Moega: é o local onde os grãos são depositados
Elevadores e fitas: elevam e transportam os grãos no processo produtivo da UA;
Máquinas de limpeza: São utilizadas para separação e limpeza dos grãos;
Secador: utilizado para adaptar o grão à umidade de armazenagem e
Depósito (silo / armazém): local de armazenagem dos grãos

Nos componentes acima citados ficam instalados os motores elétricos que fazem esteiras e elevadores movimentarem os grãos, mesas vibrarem com peneiras para eliminar as impurezas e separar grãos e ainda para movimentar o ar dentro dos depósitos para evitar doenças e outros fatores indevidos.

Os motores elétricos são analisados em função da potência (P) que podem liberar ao sistema a fim de realizar uma das atividades descritas no parágrafo anterior. Eles apresentam duas características que podem influenciar na conversão de energia: fator de potência (FP) e rendimento (η).

O fator de potência é a relação entre a potência útil e a potência aparente. Da potência total fornecida a uma indústria, parte dela é usada para a magnetização de motores de indução, também chamada de energia reativa. Esta magnetização é necessária ao funcionamento dos motores e também dos transformadores. Assim é possível definir três tipos de potência, a ativa (útil) medida em kW, a reativa ou de magnetização medida em kVAr e a aparente (total) cuja unidade é o kVA. (NISKIER, 1996).

O rendimento do motor representa a percentagem da Potência Ativa (útil) medida em KW recebida pelo motor que é transformada em energia mecânica de giro do seu eixo.

Ao longo do tempo as melhorias apresentadas no motores elétricos, em função das novas tecnologias, foi o aumento do η dos motores elétricos e também do FP. Assim, o que diferencia a inovação tecnológica de motores elétricos são o FP e o η.

Material e método

Foram coletados dados das placas dos motores como potência, rendimento e fator de potência das UAG´s pesquisadas. Os produtos recebidos são: soja, trigo, triguilho, triticale, tritilho, aveia, feijão e milho. Estes grãos podem ser inseridos no mercado alimentício interno brasileiro ou ainda, direcionados para exportação a granel.

Na pesquisa foram obtidos dados primários através de uma visita técnica na qual foram extraídas informações da placa dos motores elétricos. Os dados retirados da placa dos motores foram a potência, rendimento, fator de potência, modelo e marca. Com o ano de fabricação dos motores, o rendimento e o fator de potência deles foi determinado o índice que representa NTE da UAG.

A coleta dos dados ocorreu nos meses de janeiro de 2000 a julho de 2004 em 6 UAG existentes na mesoregião de Cascavel - PR. Esta amostra representou 46,15% da população de UAG. Os resultados foram construídos de forma que os nomes das organizações fossem substituídos por letras com o objetivo de preservar a imagem das mesmas.

O NTE considera que as tecnologias mais modernas conduzem melhores valores de rendimento e fator de potência e contribuem para uma melhor eficiência energética da instalação. Motores construídos recentemente apresentam tecnologias diferentes e rendimentos melhores. O rendimento e o fator de potência dos motores se desgastam com o tempo em função de aquecimento, limpeza, horas de uso e outros fatores. Desta forma, para encontrar o NTE foi determinada a Equação 1, que resulta na média ponderada entre o rendimento e o fator de potência relacionados à diferença entre o ano atual e o ano de fabricação do motor.

Onde:

NTE_UAG = Nível Tecnológico Energético da Unidade Armazenadora [ano-1];

ηn = Rendimento relativo do motor n [adimensional];

FPn = Fator de potência do motor n [adimensional];

AAn = Ano Atual [ano];

AFn = Ano de Fabricação do motor n [ano];

n = Número total de motores na UA [adimensional].

O NTE é a relação entre o rendimento dos motores da instalação mostrando a tecnologia instalada. O menor valor do NTE indica, comparativamente, que esta instalação seria menos eficiente que outra instalação mais atualizada, que apresenta maior NTE.

O NTE classifica as UAG como sendo "inovadoras": inauguradas recentemente ou que atualizam seus equipamentos freqüentemente, estão alocadas acima do terceiro quartil e, por este motivo, não carecem mudanças tecnológicas. Uma UAG pode ser classificada também como "atualizadas": que se mantêm na média das mudanças tecnológicas, situadas entre o primeiro e o terceiro quartis necessitam uma análise para identificá-las melhor e verificar necessidades de ajuste a fim de elevá-las à classificação de inovadoras e, por fim, as UAG "conservadoras": que possuem NTE menor que o primeiro quartil com necessidades de análise imediata para verificação da eficiência energética e viabilidade econômica.

Sendo as UAG conservadoras aquelas cuja relação energia elétrica gasta nos motores elétricos instalados versus produtividade apresenta eficiência aquém da média das UAG instaladas na região. Quando uma UAG chega neste estágio os lucros da empresa diminuem em virtude de custos maiores ou ocorre a perda de espaço de mercado em função da valor final do produto mais alto que a concorrência.

Resultados e discussões

Na tabela 1 a apresentação das UAG com as características levantadas dos dados analisados.

Onde η é o rendimento do motor elétrico.

Os valores calculados de NTE são apresentados na tabela 2 que mostra que a unidade "A" não é a unidade mais recente, porém apresentou o melhor índice.

Já a unidade "D" apresentou o menor índice e foi, segundo o questionário, apontada como a mais antiga UA. Isto se deve ao fato de que o NTE se relaciona ao ano de fabricação e ao rendimento e ao fator de potência dos motores elétricos, como as UA´s são diferentes na quantidade e na variedade das potências dos motores elas podem ser inauguradas recentemente e não apresentarem um ótimo NTE.

Os valores limites para a classificação das UA´s são o primeiro quartil igual a 4,47 e o terceiro quartil equivalente a 6,69. Desta forma, as UA´s inovadoras são a UA "A" e a UA "B". Estas organizações não necessitam investimentos imediatos, pois se encontram com bom grau de inovação tecnológica, lhes é necessário apenas acompanhar e conservar o grau ou aumentá-lo, caso necessário.

As UA´s "C" e "F" se encontram na classificação das empresas atualizadas. Isto é, elas se encontram entre as organizações 25% menos inovadas e as 25% mais inovadas. Sobre estas organizações deve ser realizada a verificação da viabilidade de financeira da substituição dos motores elétricos.

As unidades conservadoras são a UA "D" com NTE igual a 3,04 e "E" cujo NTE é igual a 4,41. Estas UA´s são o foco das análises para imediatas substituições.

Conclusões e recomendações

A classificação das UAG´s com o Nível Tecnológico Energético (NTE) mostra que uma unidade pode ser antiga, porém atualizar seus motores constantemente de maneira a substituí-los por motores mais atualizados e com melhores tecnologias a fim de aumentar sua eficiência energética.

Como o NTE também está relacionado ao fator de potência (FP) e a maior parte dos motores de alto rendimento que surgiram nos últimos anos possuem maior FP que os motores standard o NTE se mostrou um bom indicativo do nível tecnológico das UAG´s levando em consideração o fato de que as prováveis trocas de motores exigirão a correção deste FP, o que pode aumentar o tempo de retorno e até inviabilizar economicamente a troca.

A metodologia proposta permitiu a caracterização dos equipamentos elétricos e a determinação de um coeficiente de avanço tecnológico (NTE). Não somente para UAG mas para qualquer ramo agroindustrial que utilize motores elétricos para produção de bens ou serviços.

Este índice possui grande valia quando construído com dados de amostras significativas ou de populações com mesmo nicho de atuação. Ele é um índice comparativo e apresenta a situação de uma unidade perante a amostra estudada, desta forma deve haver incentivo para participação efetiva do nicho em questão a fim de aumentar o banco de informações e obter resultados mais efetivos.

Como sugestão para trabalhos futuros fica a realização de mais pesquisas e coletas de dados mais aprofundadas no controle do consumo elétrico dos equipamentos individualizados. Com o objetivo de quantificar melhor as diferenças existentes entre os tipos de grãos. Para tanto é necessário acompanhar o fluxo da safra de um determinado produto desde sua chegada até sua saída da UAG para verificar nas minúcias das entressafras e o consumo individualizado do produto.

Um estudo sobre a depreciação contábil dos motores elétricos nas unidades com o objetivo de verificar se o tempo de retorno é maior que o tempo de depreciação e avaliando a viabilização das trocas de motores que sejam favoráveis às empresas.

Agradecimentos

Ao prof. Celso (orientador deste trabalho), à Angélica (minha esposa), ao Cesar (colega de pesquisa) e aos gestores das empresas que cederam os dados para a sua realização.

Referências bibliográficas

[1] BRASIL: Ministério de Ciência e Tecnologia. Livro Verde: Ciência, tecnologia e inovação: desafio para a sociedade brasileira. Brasília: Ministério da Ciência e Tecnologia /Academia Brasileira de Ciências, 2001.

[2] LIMA, A.S. Avaliação do processo de inovação tecnológica nas agroindústrias alimentícias do estado do Paraná. Florianópolis: UFSC, 2004. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção). Centro Tecnológico. Universidade Federal de Santa Catarina, 2004.

[3] NISKIER J.; MACINTYRE A. J.. Instalações Elétricas. Ed. LTC, 3º ed. 1996.

[4] PORTER, M.E., A vantagem competitiva das nações. 6. ed. Rio de Janeiro: Campos, 1992.

[5] SEBRAE-SP, Sistema Agroindustrial Integrado - SAI, http://www.sebraesp.com.br /principal/sebrae%20em%20ação/desenvolvimento_territorial/programa_agronegocios.aspx disponível em 29/03/2006.

[6] SUSEP. Superintendência de Seguros Privados. Susep projeta crescimento do mercado segurador. Publicado em 16 de abril de 2004. Acessado em 15/05/2004 <www.ipib.com.br/clipping/conteudo.asp >.