CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA CAP. 3 ESTUDOS DE CASOS Mário C.G. Ramos 1 CAP.3 ESTUDO DE CASOS Caso nº 1: Seleção de um motor elétrico adequado à potência mecânica exigida por um equipamento. A curva abaixo representa um ciclo de operação de um equipamento industrial. Determinar: 1. a potência mecânica equivalente; 2. a potência nominal do motor elétrico, sabendo-se que o rendimento do sistema de acoplamento motor-máquina é igual a 0,96; 3. a energia elétrica utilizada em um ciclo de funcionamento; 4. caso fosse utilizado um motor com potência nominal igual a 250cv, (a maior potência mecânica solicitada é igual a 240cv), qual seria a energia elétrica utilizada em um ciclo de funcionamento? 5. supondo que este ciclo se repita 24 vezes ao dia, num regime de trabalho de 6 dias por semana e 12 meses por ano, qual a energia elétrica economizada? 2 CAP.3 ESTUDO DE CASOS Caso nº 1: Seleção de um motor elétrico adequado à potência mecânica exigida por um equipamento. 3 1
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7 Caso nº2: Substituição de um motor de 25cv por outro de 100cv. 8 9 3
10 Caso nº3: Influência da partida de motores elétricos de indução sobre o valor da demanda registrada Muitas vezes confunde-se que a partida de grandes motores elétricos de indução poderá provocar aumento considerável no valor da demanda registrada, deixando os mesmos operando em vazio por grandes períodos de tempo, ao invés de desligá-los, economizando desta forma, grandes quantidades de energia elétrica. Embora, o valor da corrente de partida de um motor de indução assuma valores que possam alcançar até 8 vezes o seu calor de corrente nominal, a duração da partida, em geral, a plena tensão não ultrapassa a 5 segundos. Os medidores de demanda máxima efetual a integração dos valores de demanda transitória para um intervalo de 15 min, logo a influência da partida será mínima. Além do mais, a elevada corrente na partida é acompanhada de um baixo fator de potência, da ordem de 0,3 a 0,4, e como o equipamento de medição registra potência ativa e não potência aparente, a energia ativa envolvida na partida é muito reduzida. 11 A partida sob carga ou com dispositivos que reduzam a tensão do motor na fase de partida, tem uma maior duração que a partida em vazio, mas mesmo assim, continuam válidas as afirmações anteriores. Baseado no exposto não é justificável manter-se grandes motores de indução funcionando em vazio, alegando que se forem desligados, poderão aumentar o consumo de energia e o valor da demanda registrada, em conseqüência de uma nova partida. É importante lembrar que devemos respeitar o número máximo de partidas e manobras horárias, para o motor e seu dispositivo de partida, respectivamente. 12 4
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19 Caso nº5 Substituição de unidades transformadoras antigas por modernas 20 Caso nº5 Substituição de unidades transformadoras antigas por modernas 21 7
Caso nº6 Utilização de transformadores de iluminação separados dos transformadores de força Com a finalidade de economia de energia elétrica, uma providência bastante interessante seria a utilização de um transformador de menor porte, exclusivo para alimentação do circuito de iluminação, de modo a permitir mantê-la ligada durante a execução dos serviços de limpeza e vigilância, nos horários em que a empresa não esteja funcionando. A Norma NBR 14039 Instalações Elétricas de Média Tensão, permite que seja instalado transformador exclusivo para iluminação, podendo sua alimentação ser feita antes do disjuntor geral, protegido por fusíveis, até o valor máximo de potência, igual a 300 kva. 22 Situação nº 1 Situação nº 2 23 24 8
25 Caso nº8 Redimensionamento motriz No Brasil, 55% de toda energia elétrica produzida é utilizada na indústria. Destes, 40% são consumidos em motores elétricos, utilizados nas mais diversas aplicações, sejam em máquinas voltadas ao processo industrial, ou no acionamento de utilidades, como bombas, compressores, ventiladores, etc. Portanto, 22% do consumo nacional destina-se a alimentação de motores, tornando-se desta forma, um tipo de carga atraente, do ponto de vista de conservação de energia elétrica. A seleção de um motor que irá compor um acionamento é normalmente determinada pelo critério de menor custo inicial, não considerando os custos de operação do equipamento durante sua vida útil. 26 A despeito da elevada parcela de energia que os motores representam na matriz energética industrial é comum encontrar equipamentos operando por longo tempo em vazio sem necessidade. Agravando ainda mais a situação de desperdício, característica do sistema motriz, há uma tendência generalizada em se especificar motores com potência superior à necessária, seja propositalmente ou por desconhecimento, sob a alegação de se manter uma potência de reserva que iria aumentar a confiabilidade do acionamento. Tais ações sobrecarregam os gastos com energia elétrica, de forma que todos acionamentos industriais deverão ser minuciosamente estudados em todo programa de conservação de energia elétrica. 27 9
As razões mais comuns de sobredimensionamento de motores elétricos encontrados na indústria são: 1) Desconhecimento das características da própria carga; 2) Desconhecimento de métodos para determinação de suas características; 3) Aplicação de sucessivos fatores de segurança nas várias etapas do projeto; 4) Expectativa de aumento do fator de carregamento; 5) Desconhecimento de motores com fator de serviço; 6) Permitir margem de segurança em processos vitais; 7) Substituição de motores danificados por outros com potências maiores., devido à inexistência de motores de reserva iguais e; 8) Redução do nível de produção. 28 No setor de fiação, objeto deste estudo de caso, de uma forma geral observa-se o sobredimensionamento de motores elétricos para acionamento de máquinas de estiragem e retorção, devido aos seguintes motivos: 1) Normalmente as fiadeiras e retorcedeiras são projetadas para um elevado número de fusos e, na maioria das vezes, por questões de espaço, o cliente as encomenda com um número bem inferior. Neste caso o fabricante não redimensiona o acionamento da máquina; 2) Com objetivo de obtenção de partidas lentas, sobredimensionam os motores elétricos, para obtenção de conjugados suficientes ao acionamento, utilizando-se partida estrela-triângulo; 3) Máquinas projetadas para processamento de fios grossos são utilizadas para fios finos. 29 30 10
INSTRUMENTOS UTILIZADOS 31 CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES ELÉTRICOS 32 33 11
Motor existente: 25 cv 34 Motor existente: 25 cv 35 Motor existente: 25 cv 36 12
37 Motor Motor proposto: 10 cv 38 Motor proposto: 10 cv 39 13
40 41 42 14
43 44 (9,77%) 45 15
Caso nº9 Reatores eletromagnéticos x reatores eletrônicos 46 Caso nº9 Reatores eletromagnéticos x reatores eletrônicos características nominais 47 Caso nº9 Reatores eletromagnéticos x reatores eletrônicos 48 16
Caso nº9 Reatores eletromagnéticos x reatores eletrônicos 49 Caso nº9 Reator eletrônico Helfont DRD 111 para 2 lâmpadas fluorescentes de 110W 50 Caso nº9 Reator eletrônico Helfont DRD 111 para 2 lâmpadas fluorescentes de 110W 51 17
Caso nº10 Substituição de aquecimento elétrico convencional (resistências elétricas) por aquecimento dielétrico Apresentado separadamente 52 Caso nº11 Isolamento térmico do cabeçote injetor de máquinas de injetoras de termoplásticos 53 54 18
55 56 SOMENTE PARA EXEMPLO. NÃO SE REFERE AO CASO EM ESTUDO 57 19
Caso nº12 Determinação das perdas com vazamentos em sistemas de abastecimento de ar comprimido 58 Caso nº12 Determinação das perdas com vazamentos em sistemas de abastecimento de ar comprimido 59 20