MOTORES ELÉTRICOS 29/01/2010 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Motor Elétrico. Motor Elétrico UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES

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1 UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA MOTORES ELÉTRICOS Mário Cesar G. Ramos Conversor eletromecânico baseado em princípios eletromagnéticos capaz de transformar energia elétrica em energia mecânica de utilização (MAMEDE, 1997)(WEG) Motor Elétrico Motor Elétrico 1

2 kg / kw 29/01/2010 Desenvolvimento (ELETROBRÁS, 2003) ,5 6, Participação (WEG, 2002) Aquecimento 18% Motores 55% Iluminação 2% Refrigeração 6% Processos Eletroquímicos 19% Acionamentos (WEG, 2002) Outros 35% Compressores 25% Correia Transportadora 2% Ventiladores 16% Bombas 22% 2

3 Aplicações Industriais (WEG, 2007) A Indústria Brasileira (WEG, 2007) A Indústria Brasileira (RAMOS, 2006) 3

4 Rendimento Perdas Potência Mecânica Potência Elétrica Como Determinar? Como Determinar? Curvas típicas do motor elétrico (WEG, 2007) Conjugado (WEG, 2007) Conjugado, torque, momento ou binário é a medida de esforço necessário para girar um eixo [N.m] 4

5 Categorias (WEG, 2007) Tolerância (NBR 7094, WEG) Temperatura ambiente (NBR 7094, 1996) 5

6 % Redução de Potência 29/01/2010 Altitude (NBR 7094, 1996) , Altitude [m] Perdas (ELETROBRÁS, 2003) Estator 40,0% Ferro 20,0% Mecânicas 7,5% Rotor 20,0% Suplementares 12,5% Motor Alto Rendimento (WEG, 2007) Se caracteriza por ser um equipamento conversor de energia que possui certas melhorias em relação ao motor padrão, principalmente nos pontos ondese concentram a maioria das perdas (ELETROBRÁS, 1998). 6

7 MG 1 (NEMA, 1989) Motor Alto Rendimento (WEG, 2007) Motor Alto Rendimento (WEG, 2007) Maior quantidade de cobre nos enrolamentos do estator. Superdimensionamento das barras do rotor. Aumento do volume do material magnético. Emprego de rolamentos adequados. Otimização do ventilador. Menor região de entreferro. Melhoria no isolamento. Melhoria no tratamento térmico. 7

8 Motor Alto Rendimento (WEG, 2007) Maior tempo de vida útil. Melhor performance em operações com regimes intermitentes. Maior reserva de potência (Fator de Serviço). Menores custos com manutenção. Maior rendimento 2 a 6% (ELETROBRÁS, 2003). Motor Alto Rendimento (PROCEL, 2001) Retorno do Investimento Satisfatório? / Vendas por linha de produtos (WEG, 2005) 8

9 Plano de troca (WEG, 2005) Evolução dos motores WEG (WEG, 2005) PORTARIA INTERMINISTERIAL 9

10 TIPOS DE PARTIDA Partida direta (SCHNEIDER, 2004) Partida direta (RAMOS, 2004) 10

11 Partida estrela - triângulo (SCHNEIDER, 2004) Funcionamento Partida: I e C reduzidos a 1/3. Custo Reduzido Elevado n. manobras Dim reduzidas Partida estrela - triângulo (RAMOS, 2006) Partida estrela - triângulo (WEG, 2007) 11

12 Chave compensadora (SCHNEIDER, 2004) 50, 65 e 80% Conversor de freqüência (MAMEDE, 1997) V / f 5 Harmônica Conversor de freqüência (MAMEDE, 1997) 12

13 Conversor de freqüência (MAMEDE, 1997) Redução de torque x Harmônicos (RAMOS, 2005) Soft - Starter (SCHNEIDER, 2004) 13

14 CARGAS COM CONJUGADO CONSTANTE (LOBOSCO; DIAS) Laminador Craqueadeira Esteira Transportadora Ponte Rolante Bomba Helicoidal CARGAS COM CONJUGADO LINEAR (LOBOSCO; DIAS, 1988) Serra Furadeira Fresadora CARGAS COM CONJUGADO PARABÓLICO (LOBOSCO; DIAS) Ventiladores Centrífugos Exaustor Centrífugo Bombas Centrífugas 14

15 CARGAS COM CONJUGADO HIPERBÓLICO (LOBOSCO; DIAS) Bobinadeira Metalúrgica Bobinadeira Plástico Bobinadeira Têxtil FLUKE 41B e 43B (FLUKE) 15

16 Medições Condições das Instalações Elétricas: (Perigo de morte, tensão alimentação, transientes). Curso NR-10. Uso de EPIs. Uso de acessórios obrigatórios pela empresa. Medições em equipe. Ambientes com sigilo de informações. Contaminação do ambiente. A indústria brasileira - Perigos (FLUKE, ABB, 2006) 300 ms A indústria brasileira - Perigos (FLUKE, ABB, 2006) 16

17 Métodos atuais - Implementação Motriz Métodos atuais - Implementação Motriz Mit Método Convencional (WEG, 2007) Motor Atual 1. Intensidade de corrente do motor I [A]. 2. Corrente I Fator de potência e rendimento. 17

18 Método Convencional (WEG, 2007) Motor Atual 3. Potência ativa [W]; P 4. Potência mecânica [cv]; 3. U. I.cos P mec P. 0,736 Método Convencional (WEG, 2007) Motor Atual 5. Carregamento [%] Carregamento P P mecânica nominal.100 Carregamento > 75% OK. Carregamento < 75% Motor sobredimensionado. Método Convencional (WEG, 2007) Motor Proposto 6. Verificar se carregamento é superior a 75%. 7. Carreg Intensidade de corrente e fator de potência. 18

19 BD MOTOR (2003) BD MOTOR (2003) Criado pelo CEPEL objetivo de viabilizar a economia de energia elétrica em motores de indução trifásicos (ELETROBRÁS, 2003). Possui 1989 motores Weg, Kohlbach e Eberle. 220, 380 e 440V 0,25 a 250cv. Para cada unidade dados técnicos, preço e prazo de garantia. Faz comparações entre motores, realizando uma análise econômica auxiliando usuário na hora da compra, substituição ou reparo. BD MOTOR (2003) Para motores com elevado tempo de uso, o programa oferece a opção perda de eficiência em função da rebobinagem e qualidade dos serviços de manutenção. 19

20 BD MOTOR (2003) BD MOTOR (2003) Motor Padrão BD MOTOR (2003) Motor Alto Rendimento 20

21 BD MOTOR (2003) BD MOTOR (2003) BD MOTOR (2003) 21

22 BD MOTOR (2003) MARK IV (2002) MARK IV (2002) 22

23 MARK IV (2002) MARK IV (2002) MARK IV (2002) 23

24 MARK IV (2002) Motor Master (2007) Motor Master (2007) 24

25 Motor Master (2007) Motor Master (2007) I Carregamen to% I med nom U. U med nom.100% MHmit (2007) Objetivo: determinar o rendimento do motor elétrico de indução trifásico A plena carga. Dados de entrada. Dados de saída. Tarifas. Mit Redimensionamento motriz. 25

26 Implementação de Motores Elétricos Estudo Preliminar Medições Grandezas Elétricas. Ferramentas Condições de Operação e Provável Economia Obtida. Redimensionamento Motriz. Substituição dos Motores. Novas Medições (mesmas condições de operação). Estudo de Caso Empresa Alimentícia. Substituição de 382 motores 1 a 350cv cv. Economia Anual 3,1 GWh. Estudo em diversos equipamentos do setor de utilidades e produção. 26

27 Estudo de Caso Figura: Motores AR e Padrão Fonte: Ramos, M.C.E.S. Estudo de Caso Acionamento Bombas Centrífugas Torre de Resfriamento. Motores 4 pólos, 380V. Operam 8000 h/ano. Motor AR R$ 8.422,67 Estudo de Caso Motor Padrão Medição Fluke 64,02 kw. BD Motor 80 % Carregamento. Simulação Motor Alto Rendimento 100cv 62,49kW. Medição Fluke Motor AR 61,17kW. TRI = 18 meses Desvio Percentual = 2,11% 27

28 TRI [meses] 29/01/2010 Estudo de Caso Procedimento Adotado Carregamento MP < 75%. Custo Substituição Motor AR + Adaptação Máquina. Estudo de Caso Acionamento Exaustor de Gases Caldeira a Lenha 8000 h/ano. Motor Original Padrão, 200cv, 6 pólos, 380V. Substituição 200cv R$ ,85 100cv R$ ,55 75cv R$ 9.143,89 Estudo de Caso potência [cv] Comparação entre os tempos de retorno do investimento para diferentes potências nominais 28

29 Estudo de Caso Figura: Motor 75cv AR Fonte: Ramos, M.C.E.S. Resultados Resultados Ano 0 Potência Instalada [cv] Redução de Demanda [kw] 0 Tarifa de Demanda [R$/kW] Benefício Redução de Demanda [R$] 0 Economia de Energia [kwh] 0 Tarifa de Energia [R$/kWh] Benefício Economia de Energia [R$] 0 Receita [R$] 0 CAPEX [R$] Depreciação [R$] 0 OPEX [R$] 0 Fluxo de Caixa Liquido [R$] i [%] 6% VPL (6%) Tempo de Retorno do Investimento [meses] 23 TIR 58% Ano

30 Estudo de Caso 2 Motor Padrão Ano WEG 100 cv; 4 pólos; 440 V. Ventilador Processo Industrial 8640 horas/ano. Motor Implementado tipo Alto Rendimento Indústria Alimentícia R$ 8.500,00 Metodologias Estudo de Caso Estudo de Caso Apresentação dos rendimentos e carregamentos obtidos para cada metodologia utilizada no presente estudo de caso. Condições nominais de operação. 30

31 Estudo de Caso Motor Alto Rendimento Estudo de Caso Valores de economia anual de energia elétrica apresentados pelas Metodologias em estudo. Estudo de Caso Desvios percentuais obtidos em cada Metodologia. 31