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André Nadais
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27/05/2010
Monitoramento de Energia
Seminário Campinas
Soluções de monitoramento de Energia
André Nadais
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27/05/2010
Table of contents
SME – Soluções de monitoramento de energia
Vapor
Ar comprimido
Água - Chillers
Últimos comentários
EMS – Energy monitoring solutionsQuanto você desperdiça de energia?
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Você pode controlar apenas
aquilo que você mede!
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Reduzir custos de energia - Sustentabilidade
Você quer…
Encontrar potenciais de economia
Seguir indicadores de energia automaticamente
(energia por produto acabado)
Garantir e otimizar a eficiência energética da planta
Ganhar transparência do consumo de energia
Prevê demanda de energia para diversas áreas
Registrar fluxo de energia e emissão de CO2 conforme ISO14001
Melhorias no balanço mensal de energia
Encontrar rápido pontos de baixa eficiência
… para reduzir de 5 a 15% do custo de energia?
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Foco no uso de energia: Consumo Específico
Fonte: www.nestle-waters.com
Soluções de monitoramento de Energia
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Em
issõ
es/
Efluente
s
Vap
or
Água
Ele
tric
idad
e
Gás
Ar
O processo insdustrial – W.A.G.E.S
Matéria prima
Mão de obra
Produto final
Wat
er
Air
Gas
Ele
ctri
city
Ste
am
Em
issõ
es/
Efluente
s
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Gerenciamento de energia como um ciclo
Coleta de dados
Análise de dados
(dado - informação)
Comunicação
(Informação para
entender)
Ação
(entender os
resultados)
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27/05/2010
Processo de economia de Enegia
Coleta de
dados
Análise de Energia
Relatórios de
energia
Otimização
Fluxo de Controle dos
dados de energia
Transparência
de consumo
Cliente
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27/05/2010
Monitoramento de energia, análise e relatórios
Medição de Energia
Visualização e
registro
Análises e relatórios
Calculo e transmissão
Utilidades
Vapor
Ar comprimido
Eletricidade
Gás
Óleo
Água
Aquecimento
Resfriamento
Fluidos de
Processo
Software de monitoramento
de energia (EMS)
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27/05/2010
Medidores de Vazão
Limitações de algumas velhas tecnologias (pre 1950s):
Pressão diferencial – Placa de orifício
• Turndown Limitado 5:1
• Cria perda de carga
• Desgastes do orificio/depositos causam desvios
• Manutenção regular
• Longo trecho reto é necessário
(montante/jusante)
• Depende da densidade do fluido
Mecânicos – Turbina (ou deslocamento positivo “PD”)
• Desgaste mecânicos das engrenagens causam leitura inferior
• Manutenção regular e calibração é necessária
• Depende da viscosidade do fluido (turbina)
• longos trechos retos de entra e saída
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Portifolio de medidores de vazão E+H: Liquidos
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Portifolio de medidores de vazão E+H: Gases
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27/05/2010
Posição da Endress+Hauser no mercado de vazão
Líder mundial em
medidores de vazão
eletromagnéticos mais de
1 000 000 medidores
O Promass F é modelo de Coriolis
mais vendido no mundo com mais
de 100000 unidades já produzidas
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27/05/2010
PremiumCal – Competência em Calibração
Nenhum fornecedor pode calibrar
medidores de vazão mais precisos
que a Endress+Hauser!
PremiumCal permite a fabricação de
coriolis Promass 83F /84F com ±
0.05% de incerteza.
Incerteza da bancada:
0,015%
Os sistemas de calibração
gravimétricos de 400Kg, podem
medir 1g
ISO/IEC 17025
SAS (Swiss Accreditation Service)
desde 1994
A mesma bancada em Reinach
(Suiça) e Greenwood (EUA)
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Bancada de calibração Cernay - França
Calibração de medidores eletromagnéticos
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Analise de dados: Memograph M
Até 8 aplicaçãosimultâneas
Interfaces Profibus DP, Modbus, Ethernet
RS485 and RS232
USB
OPC Server
Até 8 grupos de display diferentes
Memória armazenar dados(256MB interno+ SD card)
Foto do processo na tela
Memograph M – Software de energia
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Visualização de dados: Fieldgate Viewer
Overview
LAN
Intranet
VaporQual é eficiência da caldeira?
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O que é Vapor?
GasesPonto triplo
Ponto Crítico
Líquidos
Sólido
Saturado?
Super Aquecido?
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Medição de vapor: Steam Heat
Compensação no computador de vazão RMC621 (Entradas i.s.)
Nota: Pontos de medição de pressão devem ser protegidos usando
um sifão.
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Princípio de medição Vortex
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Overview Vortex - Prowirl
Prowirl 72 Prowirl 73
• Usado para a maioria das
aplicações padrões
• Medição volumétrica de
liquidos e gases
• Medição de temperatura
integrada
• Usado para mediçao de
massa de vapor saturado
• Computador de vazão
interno
• Gas Engine
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Medição de vazão mássica de vapor com Prowirl 73
• Econômica
• Simples
• Fácil instalação
• Robusto
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Overview Vortex - Prowirl
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27/05/2010
Efeitos de incrustação e abrasão
Arredondamento devido
abrasão, tem efeito mínimo
Incrustação tem efeito
mínimo
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Solução inovadora da Endress+Hauser
p/T entrada para o Prowirl 73
Alternativa: ler a pressão usando Profibus PA/FF
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Aplicável à Vapores, Gases e
Líquidos
• Para pressões e temperaturas extremas
• Insensível a vibração da planta
• Resistente a “martelo d’agua” e choques
térmicos.
• Longa Estabilidade sem necessidade de
recalibração.
• Livre de manutenção
• Baixa perda de carga
• Sem partes móveis
Prowirl 73:
• Sensor de Temperatura
• Compensação automática para vapor
saturado
Medição de vazão Vortex com o Prowirl
Vortex - Vantagens
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Prowirl 73F – Vapor Saturado
Borden Chemicals
Brisbane, Austrália
Vapor Saturado
Prowirl 73F
Eletrônica remota para
fácil acesso
Temperatura integrada
Medição mássica direta
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Computador de energia e vazão RMS621
Até 3 aplicaçõessimultâneas (DP e/ouvortex)
Até 21 saídas
Interfaces Profibus DP, Modbus, M-Bus
RS485 e RS232
OPC Server
Detalhada compensaçãode DP conforme ISO 5167-1
Entradas intrinsecamenteseguras (RMC621)
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Quanto a precisão afeta o retorno de investimento
“…Sempre temos condições de processo estáveis…”
OK, mas …
O que significa estável nesse contexto?
P = 10 bar (a)
P = 9.5 … 10.3 bar (a)
ou
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Vamos olhar alguns detalhes…
8.43%Erro total.
3.17%0- 5.26%Desvio
405.16 kW392.69 kW372.02 kWHeat flow
523.07 kg/h506.58 kg/h479.30 kg/hVazão massa
2,788.5 kJ7kg2,709.7 kJ/kg2,794.29 kJ/kgEntalpia
5.230 kg/m³5,065 kg/m³4,793 kg/m³Densidade
100 m³/h100 m³/h100 m³/hVazão
185°C185°C185°CTemperatura
10.3 bar (a)10.0 bar (a)9.5 bar (a)Pressão
Com um consumo anual de 2000 ton de vapor isso significa 168 tons
ou R$ 15000,00
Quanto a precisão afeta o retorno de investimento
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Exemplo: Gabler Saliter
Q1 Q2P1 T1 P2 T2
Steam
Heat 1Steam
Heat 2
Massa total de vapor de duas caldeiras
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Aplicação: Eficiência de uma caldeira de vapor
FuelFuel
FeedwaterFeedwaterSteamSteam
hmhmhmEfficiency
⋅⋅−⋅
=η:
Condensado (V, T) [KWh]
Steam [KWh]
make up waterfeed water
Natural gas (Mass)[KWh]
flue gas
Blow down
(V,P,T)[
[Air
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Memograph M – Gerenciador de Energia
Cálculo da Eficiência da caldeira
Armazenamento de consumo de combustível e geração de
vapor, por período de produção (meia hora, diário, semanal,
etc.)
Calculo do consumo especifico de energia (massa de vapor
produzida divida pela massa de combustível consumido; massa
de vapor pela massa de produto final…)
Comparação do consumo atual de
energia vs. meta pré-setada.
Saídas de alarme
(Opcional SMS)
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Princípio de medição Coriolis
Soluções de monitoramento de Energia
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Promass – Eletrônicas
Proline Promass 80 Proline Promass 83
Overview – Promass: Eletrônicas
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Overview – Promass: Sensores
Endress+Hauser oferece 3 grupos de sensores.
Cada um tem sua especifica aplicação:
Solução padrão
Sensores F, A e E: Soluções padrão de DN 1
a 250 (1/24" a 10")
Solução sanitária
S e P sensores para aplicações sanitárias em
indústria alimentícia e farmacêutica
Especialistas
Sensores para aplicações especializadas:
I – Tubo único e reto, viscosidade
H – Material em zirconio
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Aplicação: Promass F
Detalhes:
• Promass 83F
• Carregamento de Caminhão
Combustível
• Transferência de Custodia
Detalhes:
• Promass 83F – HT
• Até 350ºC
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Aplicação: Promass F - Concentração
Detalhes:
• Usina Sta Terezinha
PR – Brasil
• Medição on-line de ºINPM
• Comunicação Profibus PA
• Modelo: Promass 83
Detalhes:
• Usina Nova America
Tarumã – Brasil
• Medição on-line de ºBrix,
Densidade e Vazão
• Comunicação Profibus DP
• Modelo: Promass 83F, 6”
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Aplicação: Planta de borracha
Redução
Válvula
Curva de 90º
Instalação:
• 02 Promass F• Diametro: 6”
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Medidor Coriolis – Ethernet/IP
Medidor Coriolis
Proline Promass 83
EtherNet/IP™
Conexão direta – sem a
necessidade de conversores
Menos tempo de
configuração da rede
Servidor de Web integrado
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27/05/2010
Promass 83 integrado em uma rede EtherNet/IP™
Arquitetura de um sistema em rede EtherNet/IP™
Promass 83
RSLogix 5000
Logix - process
controller
Operator
work stations
FactoryTalk
View SE
FactoryTalk
Asset Centre
Engineering
work stations
Application server –
Plant Asset Management
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Medidor Coriolis – 2 Fios 4…20mA
Promass E TB2
Medidor de vazão Coriolis
2 Fios
Verdadeira ligação dois fios
4…20mA Hart
Menor custo de instalação
Cabeamento
Excelente para a substuição
de medidores mecânicos
(turbinas)
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Integração e operãção direta!
Operação Remota
R ≥ 250 Ω
4-20 mA
+
–
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2-Fios: Integração Ex
Cl.I Div 2Cl.I Div1
Zone 2Zone 1
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Medição de massa direta de
líquidos e gases
• Alta precisão sobre o completo range
de vazão: 0,05%
• Sem necessidade de trechos retos ou
informações adicionais do processo
• Fácil instalação: (fit & forget)
• Sem partes moveis
• Versões higiênicas
• Vários designs para diferentes
aplicações
• Diâmetros de 1mm a 10”
• Insensível as vibrações de linha
devido a Alta freqüência de vibração
Medição de vazão mássica Coriolis com o Proline Promass
Coriolis: As Vantagens
Nada é
mais
prec
iso!
Soluções de monitoramento de Energia
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Principais ações – Geração de Vapor
Monitorar o consumo especifico de energia e
eficiencia da caldeira
Manutenção da Caldeira
Revestir linhas
Encontrar Vazamentos
Distribuir os custos por cada centro de produção
Setar e monitorar metas de consumo baseado em
histórico
Monitorar o nível da Caldeira em 50%
(maior eficiência)
Monitorar a qualidade do retorno de condensado
Ar comprimidoVocê sabe quanto ar comprimido é perdido no meio do caminho?
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Soluções de monitoramento de Energia
André Nadais
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27/05/2010
Porque ar comprimido?
Ar comprimido é muitas vezes
responsável por até 10% do
gasto de energia de uma
industria
Algumas vezes 30% do ar
gerado nunca é usado
(vazamentos, perdas, etc.)
Um vazamento de 3mm de ar
comprimido com 7bar de
pressão pode causar custos
adicionais de R$ 3500 por o
ano. 100 vazamentos deste
tamanho levam a custos
adicionais anuais de R$ 350K
Soluções de monitoramento de Energia
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Exemplo Endress+Hauser Flowtec
Consumo de Ar comprimido na Endress+Hauser Flowtec emuma bela Sexta Feira
Soluções de monitoramento de Energia
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Vazão mássica baseada na dispersão térmica
• Um sensor de temperatura é
aquecido a um diferencial de
temperatura constante do
sensor de referencia do gás.
• O resfriamento gerado pela
massa de gás causa um
aumento na potência
fornecida ao sensor para
manter o diferencial de
temperatura.
• A potência fornecida ao
sensor aquecido é
proporcional a vazão mássica.
Termal: O princípio de Medição
Vazão mássica é uma medição direta
• Vazão mássica = Densidade x Veloc.
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Overview – T-Mass
Overview de produtos
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Termal - Vantagens
Medição mássica de Gases com o Termal Proline T-mass
Simples instalação
Vazão mássica direta
Alto turndown: medição
mesmo em vazão baixa
<2mbar perda de carga
Não é necessário
compensação de P + T
Individualmente calibrados
Pré-programado para
aplicação
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Típicas aplicações para Termal
Detalhes:
• Ar comprimido
• CO2 – Dióxido de carbono
• Gás natural
• Nitrogênio, Oxigênio, etc...
Detalhes:
• T-Mass 65I
• Ar comprimido
• Monitoramento
consumo/vazamento
• Redução de custo de energia
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Medição de gases: Confusões
P = 0.98 bar a
T = 30°C
ρ = 1.13 kg/m3
VerãoP = 1.08 bar a
T = 0°C
ρ = 1.38 kg/m3
Inverno
Free Air Delivered
(CFM na entrada)
P = 1 bar a
T = 10°C
ρ = 1.23 kg/m3
123 kg/h
113 kg/h
138 kg/hV = 100 m3/h
-8 / +12%
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Ar comprimido: Monitorando vazamentos
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Aplicação – Ar comprimido - SEC
Compressor
Receiver Dryer
Running Meter
Memograph M
(Math)
Energy monitoring
software
yElectricitkWhAirVolumeCorrectedSEC
___
=
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Onde Medir – Instalação em anel
Com
pre
ssor
House
M
Process Ring Main
M
Paint Shop
Ring Main
SMTo Dryer
Section
Non return or zone valve
• Target velocity
of 6 m/sec
M = Metering Point
SM = Sub Metering Point
M
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Analise de consumo energia: 15min ou 30 min
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Principais ações – Ar Comprimido
Monitorar constantemente o
perfil de consumo de cada
consumidor
Alocar custos de energia por
centros de custo
Setar metas por consumidor
Detectar vazamentos –
sistema de ar comprimento
requer monitoramento
continuo do sistema
Manter a pressão o mais
baixo possível
Soluções de monitoramento de Energia
André Nadais
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27/05/2010
Memograph - Gerenciamento de Energia
Registro e visualização de dados
Análises de resultados
Cálculo da eficiência de
compressores
Specific energy consumption (SEC)
Detecção de vazamentos
Determinar metas de consumo:
Comparação do valor atual de consumo
medido com o valor pré-setado
Saídas de alarme
Água - ChillersQuanto de energia você gasta para resfriar/esquentar água?
André Nadais
03/15/2010
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Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Chillers
O que é um chiller?
“Chiller é um refrigerador de líquidos utilizado para soluções de
conforto ambiental e para integração de soluções industriais.”
Fonte: York
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Chillers - refrigeradores
Chillers são responsáveis por grande parte do consumo de
energia de muitas industrias.
O processo de refrigeração possui equipamentos que estão
sujeitos a desgastes.
Com o registro contínuo de informações podemos controlar a
relação entre a entrada de energia (eletricidade, entrada de
calor) versus a saída de energia do processo de resfriamento.
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Monitorando a eficiência de Chillers
Perdas de Eficiência: Operar o chiller em sua performance
ideal, reduz consumo de energia e custos de manutenção.
Monitoramento contínuo
Chillers são sistemas dinâmicos (constante mudanças) que
precisam ser monitoradas constantemente.
Parâmetros importantes para detecção de perdas
Vazão de entrada
Temperatura de entrada e saída
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
• Aquecimento ou resfriamento
• Independente do fluido usado para resfriamento
Água:
H = Q · ρ (T1) ·[h (T2) - h (T1)]
T1
T2
Q
Delta de calor usando RMx621 ou Memograph M
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Princípio de medição Eletromagnético
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Overview - Eletromagnético
Líder mundial em medidores em
medidores eletromagnéticos
Todos medidores são equipados com 4
eletrodos:
2 eletrodos de medição
EPD: detecção de tubo vazio
Referência: Elimina a necessidade de
anel de aterramento
Auto-diagnóstico: Monitoração de
falhas no sistema de medição, para um
sistema de gerenciamento de ativos
IP68
Promag
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Overview - Eletromagnético
Campo eletromagnético formando por
tensão DC alternada:
Excelente estabilidade da medição
Garantia do ponto ZERO
Garantia de imunidade a campos
externos
Profibus PA, Fieldbus, Hart ou modbus
direto do medidor, sem a necessidade
de conversores.
Conexões de processos são tratadas para
evitar corrosão:
Revestidas com metalZinco-
Aluminio (Zn/Al 85%/15% por
peso e 150 μm de espessura)
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Overview Promag
Sensor P Sensor WSensor H
Integral SS
53
50
Remoto Ex
53
50
2 fios
2350
53
Integral Alu
10
Remoto
53
50 10
Sensor D
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27/05/2010
Vantagens da Tecnologia Eletromagnética
Sem perda de carga
Sem partes móveis
Bidirecional
Fácil Limpeza
Medição não é afetada por mudanças
na viscosidade, densidade ou temperatura
Capaz de trabalhar desde produtos
limpos até lama
Alto Turndown
Trechos retos curtos
Amplo range de materiais compatíveis
Largo Range de diâmetros
Soluções de monitoramento de Energia
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Chiller: PC-Flowtec
Promag 50 + 2x TST90, RMS621
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27/05/2010
Aplicação: Câmara frigorificas
Detalhes:
• Produto: Glycol
• 67 câmaras frigoríficas
• RMC621conectados à
Ethernet
• Promag 50 + TST90
• Espanha
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27/05/2010
Água e Glycol – Delta de calor no RSG40
Data in Memograph:
• Steam Delta Heat
• Steam Energy
• Water Delta Heat
• Water Energy
• Glycols:
• Ethylene g.
• Propylene g.
• Antifrogen N
• Glycosol N
% freely programmable!
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27/05/2010
Princípio de medição Ultrasônico
Principios de
medição de vazão
Soluções de monitoramento de Energia
André Nadais
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27/05/2010
Overview - Prosonic Flow
ProcessosQuímicos
Petroquímicas
Farmacêuticas
Petróleo
ÁguaFornecimento
de água
Utilidades
Água quente
Água fria
Prosonic Flow 93T
93
91
P
W
Prosonic Flow 92F
Soluções de monitoramento de Energia
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27/05/2010
Medição de vazão com o medidor ultra-sônico Prosonic Flow
Vantagens
Aplicável para líquidos
homogêneos
Medição de vazão não intrusiva
Não é necessário interrupção do
processo para instalação – Baixo
custo de instalação
Especialmente econômico para
grandes diâmetros
Aplicações em alta temperatura
e pressão com a versão padrão
Sem problemas de
compatibilidade com líquido
corrosivo
Soluções de monitoramento de Energia
André Nadais
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27/05/2010
Aplicação: Prosonic Flow
Detalhes: Inline
• Prosonic Flow 92F
• Condensado de vapor
• Magnético não funcionaria
Baixa condutividade
• Vortex imprevisível devido a
baixa vazão
• Pouco trecho reto
Detalhes: Clamp on
• Prosonic Flow 93W
• Tratamento de água
• Instalação sem parar a linha
• Independe do diâmetro da
tubulação
Soluções de monitoramento de Energia
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Principais ações - Água
Monitorar consumidores
Eliminar vazamentos
Identificar perda de eficiência
dos chillers
Monitorar o consumo especifico
de energia
Ações:
Revestir tubulações
Fechar vazamentos
Alocar centro de custos
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03/15/2010
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Soluções de monitoramento de Energia
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Vantagens
Redução do custo de energia e emissão de CO2 de 5% a 15%.
Redução do consumo de utilidadesencontrando vazamentos
Redução do tempo e esforço com relatórios de energia
Encontrar desvios de metas pré-definidas e criação de alarmes
Visualização de todos consumidores
Uma única base de dados de energia com acesso global via Internet
Soluções de monitoramento de Energia
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Vamos Falar do seu monitoramento?
W.A.G.E.S.
Quero ouvir a sua situação!
André Nadais
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Dúvidas?