M6 eficiência energética

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M6 eficiência energética

  1. 1. CTC_M6_V2_T MÓDULO 6 Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos
  2. 2. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 2 1 PANORAMA ENERGÉTICO BRASILEIRO...........................................................11 1.1 PERFIS DE CONSUMO......................................................................................12 1.1.2 Barreiras para Realização de Trabalhos de Eficiência Energética...................16 1.2 FATURA DE ENERGIA.......................................................................................18 1.2.1 Histórico do Faturamento do Setor Elétrico Brasileiro......................................18 1.2.2 Mudanças no Setor Elétrico Brasileiro .............................................................19 1.2.3 Fatura de Energia Elétrica................................................................................20 1.3 LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA....................................................................21 1.4 PROGRAMAS DE INCENTIVO A ECONOMIA DE ENERGIA............................23 1.4.1 PROCEL...........................................................................................................23 1.4.2 PROINFA .........................................................................................................24 1.4.3 PROESCO .......................................................................................................24 1.4.4 Plano de Troca WEG........................................................................................25 2 TECNOLOGIA DE MOTORES ELÉTRICOS.........................................................26 2.1 PRINCÍPIOS DE MOTORES ELÉTRICOS .........................................................26 2.2 TIPOS DE MOTORES.........................................................................................28 2.2.1 Motores Assíncronos de Baixa Tensão............................................................28 2.2.2 Rotor Gaiola .....................................................................................................29 2.3 PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS................................30 2.4 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DE MOTORES ELÉTRICOS ...............................31 2.4.1 Chapas Magnéticas – Rendimento do Motor ...................................................32 2.4.2 Classes de Isolamento .....................................................................................33 2.4.3 Materiais Isolantes ...........................................................................................34 2.4.4 Proteções .........................................................................................................37 2.4.5 Mancais............................................................................................................39 2.4.6 Lubrificação......................................................................................................40 2.4.7 Vedação W3 Seal.............................................................................................41 2.4.8 Técnicas de Construção...................................................................................42 2.5 PRODUTOS EFICIENTES E SUAS APLICAÇÕES............................................45 2.5.1 W22..................................................................................................................45 2.5.2 Alto Rendimento Plus.......................................................................................46 2.5.3 Wmagnet..........................................................................................................47 2.5.4 Well ..................................................................................................................48 2.5.5 Wmining ...........................................................................................................50 2.5.6 Wdip .................................................................................................................51 2.5.7 Wwash..............................................................................................................52 2.5.8 Roller Table......................................................................................................53 3 APLICAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS............................................................54 3.1 DIMENSIONAMENTO DE MOTORES ELÉTRICOS ..........................................54 3.1.1 Potência Nominal .............................................................................................54 3.1.2 Conjugado Resistente da Carga ......................................................................55 3.1.3 Conjugados Não Definidos...............................................................................58 3.1.4 Conjugado Resistente Médio da Carga............................................................59 3.1.5 Momento de Inércia da Carga..........................................................................61 3.1.6 Conjugado x Velocidade do Motor ...................................................................62 3.1.7 Conjugado Básico ............................................................................................62 3.1.8 Conjugado Nominal ou de Plena Carga ...........................................................63
  3. 3. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 3 3.1.9 Conjugado com Rotor Bloqueado ....................................................................63 3.1.10 Conjugado Mínimo .........................................................................................63 3.1.11 Conjugado Máximo.........................................................................................63 3.1.12 Fatores de Correção dos Conjugados em Função da Tensão.......................64 3.1.13 Conjugado Motor Médio .................................................................................65 3.1.14 Tempo de Rotor Bloqueado (trb).....................................................................66 3.1.15 Tempo de Rotor Bloqueado em Relação a Classe Isolante...........................67 3.1.16 Tempo de Aceleração ....................................................................................68 3.1.17 Potência Dinâmica ou de Aceleração.............................................................69 3.1.18 Exercício 1......................................................................................................72 3.2 ESCOLHA DO TIPO DE CHAVE DE PARTIDA..................................................73 3.2.1 Partida Direta ...................................................................................................73 3.2.2 Partida Estrela-Triângulo..................................................................................74 3.2.3 Partida Compensadora.....................................................................................77 3.2.4 Partida Série-Paralelo ......................................................................................79 3.2.5 Comparativo Estrela Triângulo x Compensadora.............................................82 3.2.6 Escolha da Chave em Função do Motor e da Rede.........................................83 3.3 VARIAÇÃO DE VELOCIDADE............................................................................83 3.3.1 Introdução ........................................................................................................83 3.3.2 Sistema de Variação de Velocidade.................................................................84 3.3.3 Variadores Hidráulicos .....................................................................................87 3.3.4 Variadores Eletromagnéticos ...........................................................................89 3.3.5 Variadores Eletroeletrônicos ............................................................................90 3.3.6 Motores de Duas Velocidades com Enrolamento por Comutação de Pólos ....94 3.4 ESPECIFICAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS.................................................95 3.4.1 Introdução ........................................................................................................95 3.4.2 Vedações de Eixo ............................................................................................95 3.4.3 Pintura..............................................................................................................97 3.4.4 Dispositivos de Proteção Térmica....................................................................99 3.4.5 Acessórios......................................................................................................103 3.4.6 Exercício 3......................................................................................................105 3.5 CONVERSORES ESTÁTICOS DE FREQÜÊNCIA...........................................105 3.5.1 Introdução ......................................................................................................105 3.5.2 Tipos de Conversores Estáticos de Freqüência.............................................106 3.5.3 Conversores de Freqüência com Modulação por Largura de Pulsos (pwm)..111 3.5.4 Controle Escalar.............................................................................................115 3.5.5 Controle Vetorial.............................................................................................116 3.5.6 Constituição Básica do Controlador Eletrônico ..............................................121 3.5.7 Aplicação de Conversores de Freqüência......................................................123 3.5.8 Efeito dos Harmônicos na Rede.....................................................................131 3.5.9 Aplicações Típicas .........................................................................................137 3.5.10 Ventiladores .................................................................................................138 3.5.11 Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado..............................................138 3.5.12 Torno de Superfície / Laminador Desfolhador..............................................139 3.5.13 Sistemas de Transporte ...............................................................................140 3.5.14 Extrusoras ....................................................................................................141 3.5.15 Trefilas..........................................................................................................141 3.5.16 Misturadores.................................................................................................142 3.5.17 Sistemas de Elevação..................................................................................142 3.5.18 Bobinadores/Desbobinadores ......................................................................142
  4. 4. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 4 3.5.19 Fresadoras ...................................................................................................143 3.5.20 Sistemas de Dosagem .................................................................................144 3.5.21 Centrífugas...................................................................................................144 3.5.22 Moinhos a Tambor .......................................................................................145 4 ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICO DO CONSUMO DE ENERGIA EM MOTORES ELÉTRICOS............................................................................................................146 4.1 O INSUMO ENERGIA ELÉTRICA.....................................................................146 4.2 METODOLOGIA DE ANÁLISE DE CONSUMO DE ENERGIA EM MOTORES ELÉTRICOS............................................................................................................148 4.2.1 Rendimento (η) ..............................................................................................148 4.2.2 Carregamento dos Motores............................................................................151 4.2.3 Consumo de Energia em kWh/ano:................................................................154 4.2.4 Motores Sobredimensionados........................................................................155 4.2.5 Considerações sobre Adaptações Elétricas e Mecânicas da Concepção Original....................................................................................................................156 4.3 ANÁLISE ECONÔMICA ....................................................................................157 4.3.1 Características dos Motores e seus Impactos nos Valores de Investimento..157 4.4 ESTUDO DE CASOS........................................................................................158 4.4.1 Zanotti Elásticos.............................................................................................158 4.4.2 Buaiz Alimentos..............................................................................................162 5 MANUTENÇÃO EFICIENTE................................................................................165 5.1 A SITUAÇÃO DA MANUTENÇÃO NO BRASIL ................................................166 5.2 INSTALAÇÃO EFICIENTE................................................................................167 5.2.1 Instruções Gerais ...........................................................................................167 5.3 MANUTENÇÃO EFICIENTE .............................................................................168 5.3.1 Montagem e desmontagem de rolamentos ....................................................168 5.3.2 Lubrificação....................................................................................................169 5.3.3 Alinhamento ...................................................................................................170 5.4 MÉTODOS DE MANUTENÇÃO........................................................................174 5.4.1 Manutenção Corretiva ....................................................................................175 5.4.2 Manutenção Preventiva..................................................................................175 5.4.3 Manutenção Preditiva.....................................................................................175 REFERÊNCIAS.......................................................................................................176 ANEXOS .................................................................................................................177
  5. 5. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 5 Índice de Gráficos Gráfico 1.1: Produção e consumo de energia elétrica no Brasil................................11 Gráfico 1.2: Consumo total de energia por fonte.......................................................12 Gráfico 1.3: Mercado de fornecimento por classe de consumo - Brasil ....................13 Gráfico 1.4: Consumo industrial de energia elétrica..................................................13 Gráfico 1.5: Distribuição do total do consumo industrial por região...........................14 Gráfico 1.6: Distribuição do consumo de energia elétrica por uso final na indústria .14 Gráfico 1.7: Distribuição do consumo de energia elétrica por setor ..........................15 Gráfico 1.8: Distribuição do consumo de energia elétrica na força motriz.................16 Gráfico 1.9: Setores que colocam a eficiência energética entre as 2 prioridades.....17 Gráfico 1.10: Tempo de retorno para projetos de Eficiência Energética ...................17 Gráfico 5.1: Custo Total ..........................................................................................166 Gráfico 5.2: Contratações........................................................................................166 Gráfico 5.3: Custos..................................................................................................166 Gráfico 5.4: Estoque................................................................................................166 Gráfico 5.5: Indicadores ..........................................................................................166 Gráfico 5.6: Manutenções .......................................................................................166 Gráfico 5.7: Idade Média .........................................................................................167 Gráfico 5.8: Disponibilidade.....................................................................................167
  6. 6. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 6 Índice de Tabelas Tabela 1.1: Mudanças no setor elétrico brasileiro.....................................................19 Tabela 1.2: Resultados anuais obtidos pelo Procel 1986-2006.................................23 Tabela 3.1: Rendimento de acoplamentos................................................................55 Tabela 3.2: Temperatura limite de rotor bloqueado...................................................66 Tabela 3.3: Tempo de aceleração.............................................................................71 Tabela 3.4: Estrela Triângulo X Compensadora........................................................82 Tabela 3.5: Chave de Partida em função da tensão da rede ....................................83 Tabela 3.6: Resumo das ligações Dahlander............................................................94 Tabela 3.8: Comparativa entre os sistemas de proteção mais comuns ..................102 Tabela 3.9: Tabela de especificação da resistência de aquecimento .....................103 Tabela 3.9: Conversor sem e com compensação de escorregamento nominal......116 Tabela 3.10: Conversor com compensação de escorregamento otimizado e realimentação por tacogerador de pulsos. .............................................................116 Tabela 4.1: Projeto Original X Modificação WEG....................................................161
  7. 7. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 7 Índice de Figuras Figura 1.1: Exemplo de fatura de energia .................................................................21 Figura 2.1: Universo dos motores elétricos...............................................................28 Figura 2.2: Motor assíncrono de rotor gaiola.............................................................29 Figura 2.3: Evolução do motor trifásico AEG (relação peso/potência) ......................32 Figura 2.4: Espaço ocupado por fios (de idêntica seção de cobre) com diversos tipos de isolação ................................................................................................................32 Figura 2.5: Evolução dos imãs ..................................................................................32 Figura 2.6: Motor Alto Rendimento............................................................................33 Figura 2.7: Classes de isolamento ............................................................................34 Figura 2.8: Rolamento rígido de uma carreira de esferas .........................................39 Figura 2.9: Ilustração em corte 3D de um motor com vedação W3 Seal ..................41 Figura 3.1 ..................................................................................................................56 Figura 3.2 ..................................................................................................................56 Figura 3.3 ..................................................................................................................57 Figura 3.4 ..................................................................................................................58 Figura 3.5 ..................................................................................................................59 Figura 3.6: Curva de Conjugados de Cargas ............................................................59 Figura 3.7: Conjugado resistente médio para x = -1..................................................61 Figura 3.8: Momento de inércia em rotações diferentes ...........................................61 Figura 3.9: Curva Conjugado x Velocidade...............................................................62 Figura 3.10: Fatores de redução k1 e k2 em função das relações de tensão do motor e da rede Um/Um.......................................................................................................64 Figura 3.11: Conjugado motor médio........................................................................65 Figura 3.12: Conjugado acelerador médio ................................................................69 Figura 3.13: Ligação e tensão em triângulo (UΔ) (a);.................................................73 Ligação e tensão em estrela (UY) (b). .......................................................................73 Figura 3.14: Diagrama de força (a); Diagrama de comando (b)................................73 Figura 3.15: Ligação estrela com tensão de triângulo (UΔ) .......................................74 Figura 3.16: Ligação triângulo com tensão de triângulo ...........................................74 Figura 3.17: Comportamento da corrente na partida estrela-triângulo......................75 Figura 3.18: Comportamento da corrente na partida estrela-triângulo......................76 Figura 3.19: Diagrama de força (a) e comando (b), com relé de tempo YΔ ..............76 Figura 3.20: Característica de partida de motor com chave compensadora .............78 Figura 3.21: Diagrama de força (a) e comando (b) ...................................................78 Figura 3.22: Ligação triângulo série (Δ) com tensão 220V........................................80 Figura 3.23: Ligação triângulo paralelo (ΔΔ) com tensão 220V.................................80 Figura 3.24: Ligação estrela-série (Y) com tensão 380V ..........................................80 Figura 3.25: Ligação estrela-paralelo com tensão 380V ...........................................81 Figura 3.26: Diagrama de força.................................................................................81 Figura 3.27: Diagrama de comando..........................................................................81 Figura 3.28: Sistema de variação por polias fixas de vários estágios .......................85 Figura 3.29: Sistema de variação por polias cônicas ................................................86 Figura 3.30: Sistema de variação por polias variadoras............................................86 Figura 3.31: Sistema de variação por moto-redutores ..............................................87 Figura 3.32: Sistema de variação por variador hidráulico .........................................89 Figura 3.33: Sistema de variação por variador eletromagnético ...............................90 Figura 3.34: a) Distribuição de enrolamentos no motor comutador de corrente alternada. ..................................................................................................................91
  8. 8. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 8 b) Posição das escovas no comutador......................................................................91 Figura 3.35: Curva característica de conjugado x rotação ........................................91 Figura 3.36: Sistema de variação com ponte retificadora e tiristor............................93 Figura 3.37: Vedação V’Ring.....................................................................................96 Figura 3.38: Vedação Retentor .................................................................................96 Figura 3.39: Labirinto de Taconite.............................................................................96 Figura 3.40: W3 Seal.................................................................................................97 Figura 3.41: Pintura interna anti-corrosiva ................................................................99 Figura 3.42: Termo-Resistência (PT100) ................................................................100 Figura 3.43: Termistores (PTC, NTC) .....................................................................100 Figura 3.44: Visualização do aspecto interno e externo do termostato...................101 Figura 3.45: Visualização do aspecto interno do protetor térmico...........................102 Figura 3.46: Resistência de Aquecimento...............................................................103 Figura 3.47: Ventilador e Tampa Defletora .............................................................103 Figura 3.48: Motor com chapéu...............................................................................104 Figura 3.49: Motor equipado com ventilação forçada..............................................104 Figura 3.50: a) Cicloconversor b) Formação da tensão ........................................106 Figura 3.51: a) Blocodiagrama de conversor por corrente imposta b) Formas de onda de tensão e corrente. ..............................................................................................108 Figura 3.52: a) Retificador controlado direto b) Retificador controlado antiparalelo ................................................................................................................................110 igura 3.53: Forma de onda de tensão e de corrente de saída com circuito intermediário variável ..............................................................................................110 Figura 3.54: Conversor com circuito intermediário variável através de "CHOPPER" ................................................................................................................................110 Figura 3.55: Diagrama de blocos de conversor tipo PWM ......................................111 Figura 3.56: a) Circuito inversor trifásico com transistores de potência. .................112 b) Forma de onda da tensão de saída ....................................................................112 c) Forma de onda da corrente de saída ..................................................................112 Figura 3.57: Curva representativa da variação U/f..................................................113 Figura 3.58: Curva característica conjugado x velocidade......................................113 Figura 3.59: Curva característica da potência de saída do conversor.....................113 Figura 3.60: Curva característica conjugado x velocidade, em todos quadrantes de acionamento............................................................................................................114 Figura 3.61: Exemplo de curva de conjugado com tensão proporcional a freqüência. ................................................................................................................................114 Figura 3.62: Curva de conjugado x freqüência para uso de motor com conversor de freqüência................................................................................................................115 Figura 3.63: Curva característica U/f com compensação IxR..................................119 Figura 3.64: Enfraquecimento de campo para valores de tensão e freqüência acima dos nominais ...........................................................................................................120 Figura 3.65: Diminuição de torque devido a redução de refrigeração do motor......125 Figura 3.66: Característica de conjugado disponível x rotação em motores autoventilados .........................................................................................................126 Figura 3.67: Característica de conjugado disponível x rotação em motores com ventilação independente .........................................................................................127 Figura 3.68: Diminuição de torque devido ao aumento de velocidade....................128 Figura 3.69: Curva de redução de potência nominal em função do aumento da temperatura.............................................................................................................128
  9. 9. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 9 Figura 3.70: Curva de redução de potência nominal em função do aumento da altitude.....................................................................................................................129 Figura 3.71: Ligação de conversores em sincronismo "Mestre-Escravo"................130 Figura 3.72: Ligação de conversor a vários motores...............................................130 Figura 3.73: Exemplos que ilustram as diferenças entre fator de deslocamento e fator de potência......................................................................................................133 Figura 3.74: Comparação entre as componentes harmônicas incluídas na corrente quando o conversor é acionado para diferentes capacidades, com e sem reatância de rede. ...................................................................................................................134 Figura 3.75: Comparação entre as componentes harmônicas incluídas na corrente quando o conversor é acionado para diferentes condições de carga e diferentes valores de impedância da reatância.......................................................................134 Figura 4.1: Comparativo entre motores Standard X Alto rendimento Plus..............146 Figura 4.2: Custos Motor Elétrico – Vida útil 10 Anos .............................................147 Figura 4.3: Setores de atividades que realizam avaliação energética.....................147 Figura 4.4: ...............................................................................................................148 Figura 4.5: Comparação de rendimento entre motores standard............................149 Figura 4.6: ...............................................................................................................150 Figura 4.7: ...............................................................................................................150 Figura 4.8: ...............................................................................................................150 Figura 4.9: ...............................................................................................................151 Figura 4.10: Amperímetro .......................................................................................152 Figura 4.11: .............................................................................................................153 Figura 4.12: Analisador de energia .........................................................................153 Figura 4.13: Registro do consumo de energia.........................................................154 Figura 4.14: Fator de carga médio ..........................................................................155 Figura 4.15: Medição do tempo de partida..............................................................156 Figura 4.16: Especialidades dos motores elétricos .................................................158 Figura 4.17: Acionamento de máquinas – Zanotti Elásticos....................................159 Figura 4.18: Registro do tempo de partida dos motores (configuração atual) – Zanotti Elásticos..................................................................................................................159 Figura 4.19: Configuração dos motores ..................................................................160 Figura 4.20: Registro do tempo de partida dos motores (configuração proposta) – Zanotti Elásticos......................................................................................................160 Figura 4.21: .............................................................................................................161 Figura 4.22: Ação sugerida X kWh economizado/ano.............................................163 Figura 4.23: Ação sugerida X R$ investido e economizado ....................................163 Figura 4.24: Ação sugerida X ROI...........................................................................163 Figura 4.25: Avaliação dos motores antes e depois da modificação.......................164 Figura 5.1: Evolução da manutenção nas empresas ..............................................165 Figura 5.2 ................................................................................................................169 Figura 5.3 ................................................................................................................170 Figura 5.4: Métodos de alinhamento.......................................................................171 Figura 5.5: Tipos de desalinhamento ......................................................................171 Figura 5.6: Alinhamento correto ..............................................................................171 Figura 5.7: Medição do desalinhamento paralelo e angular usando uma régua ou um pedaço de barbante ................................................................................................172 Figura 5.8: O alinhamento correto significa alinhar as ranhuras das polias. ...........172 Figura 5.9: Taxa de falha X Tempo.........................................................................174
  10. 10. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 10 A expansão pura e simples da oferta de energia é uma solução incompleta. O Brasil deve priorizar no seu planejamento a conservação e a eficiência energética se quiser eliminar o risco de novo apagão. Mas, diferentemente do que ocorreu durante o racionamento em 2001, quando o estado interveio reativamente, desta vez sociedade, governo e indústria devem agir em sintonia e preventivamente. Antonio Dias Leite Ex-ministro de Minas e Energia
  11. 11. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 11 1 PANORAMA ENERGÉTICO BRASILEIRO A melhor distribuição dos recursos em eficiência energética é hoje um grande desafio para toda a sociedade, que já consegue visualizar problemas futuros pelo aumento excessivo do consumo de energia, que vêm crescendo gradativamente desde a década de 70. De 1970 a 2006, a capacidade de geração de energia elétrica no Brasil aumentou de 45.742 para 419.337 GWh/ano, porém o consumo de energia elétrica neste mesmo período cresceu 66% a mais, ou seja, apesar da produção interna ainda atender a demanda, em breve este cenário será alterado, tendo em vista a crescente automatização das indústrias e a “invasão” da tecnologia na vida e no trabalho das pessoas de um modo geral, tornando-a indispensável para a sobrevivência das famílias e principalmente das indústrias. Gráfico 1.1: Produção e consumo de energia elétrica no Brasil Energia Elétrica no Brasil 0 50.000 100.000 150.000 200.000 250.000 300.000 350.000 400.000 450.000 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1997 1998 2000 2001 2002 2004 2006 Gw PRODUÇÃO CONSUMO TOTAL Fonte: Dados retirados do Balanço Energético Nacional – 2007. Disponível em: http://ben.epe.gov.br Em conseqüência deste intenso consumo, da falta de planejamento e de investimentos em geração e distribuição de energia e pela escassez de chuvas, em 2001 fomos surpreendidos pela maior crise das últimas décadas, na qual o nível de água dos reservatórios das hidroelétricas baixou e um racionamento de energia foi elaborado às pressas. O governo Fernando Henrique Cardoso, surpreendido pela necessidade urgente de cortar em 20% o consumo de eletricidade no país, estipulou benefícios aos consumidores que cumprissem a meta e punições para quem não conseguisse
  12. 12. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 12 reduzir seu consumo de luz. No final de 2001 felizmente choveu às catadupas e o racionamento pôde ser suspenso em fevereiro de 2002. Na época, havia grande possibilidade de ocorrer apagões no país, sobretudo nas grandes cidades. Felizmente a aplicação desses cortes — que produziríam severas perdas na economia brasileira — pôde ser evitada graças ao bom resultado da campanha de racionamento "voluntário" de energia. O escândalo do apagão foi uma crise nacional, sem precedentes no Brasil, que afetou o fornecimento e distribuição de energia elétrica. Prevenindo novos problemas, o Plano Nacional de Energia – PNE, estima que em 2030, com a construção de novas usinas, a produção deverá atingir um nível de 1.197,6 TWh/ano e assim atender toda a sociedade de modo eficiente. Atualmente, o consumo total de energia no Brasil atinge os 195.909 x 10³ tep, destacando-se um consumo de 42,7% dos derivados de petróleo (álcool, gasolina, óleo diesel e outros) e 16,5% de eletricidade, conforme gráfico abaixo. Gráfico 1.2: Consumo total de energia por fonte 1.1 PERFIS DE CONSUMO O consumo de eletricidade na indústria, no comércio, nos serviços e nas residências tem crescido significativamente nos últimos anos, confirmando o comportamento dinâmico e contínuo das diversas atividades econômicas. Entre os fatores que explicam este comportamento se incluem o aumento do investimento externo direto, a recuperação da atividade agroindustrial e o aumento das exportações de produtos básicos e matérias-primas. No Brasil de toda a energia elétrica produzida, 45,3% é consumida pela indústria, segundo o EPE – Empresa de Pesquisa Energética. O gráfico abaixo demonstra o destino da energia produzida no país, classificando o setor industrial como maior responsável pelo aumento no consumo final de energia.
  13. 13. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 13 Gráfico 1.3: Mercado de fornecimento por classe de consumo - Brasil O consumo industrial de energia elétrica em (GWh) no país pode ser analisado através do gráfico abaixo que compara o consumo mensal entre os meses de maio/04 e abril/07 (36 meses). Observa-se um crescimento contínuo, destacando-se picos de consumo nos meses de agosto de 2004 e 2006 e julho de 2005 (período seco). Destaca-se ainda uma elevação do consumo nos primeiros quatro meses do ano de 2007 impulsionado pela aceleração das atividades econômicas. Gráfico 1.4: Consumo industrial de energia elétrica O maior aumento do consumo de eletricidade está localizado nas indústrias de bebidas, alimentos, bens de capital e de consumo, além dos novos consumidores que foram incorporados à rede nacional, incluindo 440.000 famílias carentes beneficiados pelo programa Luz Para Todos, do Governo Federal.
  14. 14. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 14 A distribuição de energia elétrica consumida pelas indústrias por regiões do país pode ser analisada através do gráfico abaixo. O sudeste, região que concentra grande quantidade de indústrias registra o maior índice de consumo. Gráfico 1.5: Distribuição do total do consumo industrial por região . Da energia consumida pela indústria 42%, segundo Balanço de Energia Útil - 2004 é utilizado apenas para o funcionamento de sistemas motrizes, o que significa que eles são os maiores vilões da conta de energia e que qualquer melhora em seu funcionamento pode alterar significativamente os totais gastos com eletricidade. Gráfico 1.6: Distribuição do consumo de energia elétrica por uso final na indústria Fonte: Relatório Executivo – Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso - 2006 A seguir apresentaremos alguns gráficos com os valores de distribuição do consumo de energia por segmento.
  15. 15. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 15 Gráfico 1.7: Distribuição do consumo de energia elétrica por setor Alimentício e Bebidas Metalúrgica básica Borracha e Plástico Químico Têxtil Minerais Não-metálicos (cerâmicos)
  16. 16. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 16 Minerais Não-metálicos (cimento) Minerais Não-metálicos (vidros) Gráfico 1.8: Distribuição do consumo de energia elétrica na força motriz Fonte: Relatório Executivo – Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso - 2006 1.1.2 Barreiras para Realização de Trabalhos de Eficiência Energética As medidas adotadas em eficiência energéticas estão crescendo, entretanto existem várias características no mercado energético, que inibem a sua eficiência, por uma série de barreiras e imperfeições. Carência de pessoas/empresas técnicas especializadas, falta de fiscalização para cumprimento das normas e padrões para fabricação de equipamentos mais eficientes, ausência de conhecimento sobre os programas de financiamento do governo, cultura caracterizada pelo desperdício predominante em todos os segmentos da sociedade, organizações centralizando o poder de decisão e a falta de preocupação com o meio ambiente são exemplos claros de barreiras impostas pelas organizações. Contudo, a principal barreira é a difícil visualização dos benefícios oferecidos pelos investimentos em relação ao retorno financeiro. Considerando que a força motriz é responsável pelo consumo de 68,3% de energia elétrica na indústria, as empresas passaram a incluir em suas prioridades projetos que envolvam eficiência energética, conforme gráfico abaixo:
  17. 17. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 17 Gráfico 1.9: Setores que colocam a eficiência energética entre as 2 prioridades Fonte: Relatório Executivo – Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso - 2006 Entretanto, o tempo de retorno financeiro desejado pelas indústrias de até 01 ano (50,4%) não é atingido na grande maioria dos projetos que envolvam força motriz. Esta análise de retorno restrita há 12 meses impossibilita a visualização dos benefícios oferecidos no longo prazo pelos motores elétricos, já que sua vida útil é de no mínimo 10 anos. Gráfico 1.10: Tempo de retorno para projetos de Eficiência Energética Fonte: Relatório Executivo – Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso - 2006 Deste modo pode-se avaliar que muitos projetos relacionados à Eficiência Energética não “caminham” devido à visão limitada das organizações em termos de retorno financeiro.
  18. 18. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 18 1.2 FATURA DE ENERGIA 1.2.1 Histórico do Faturamento do Setor Elétrico Brasileiro A reforma do Setor Elétrico Brasileiro começou em 1993 com a Lei nº 8.631, que extinguiu a equalização tarifária vigente e criou os contratos de suprimento entre geradores e distribuidores, e foi marcada pela promulgação da Lei nº 9.074 de 1995, que criou o Produtor Independente de Energia e o conceito de Consumidor Livre. Em 1996 foi implantado o Projeto de Reestruturação do Setor Elétrico Brasileiro (Projeto RE-SEB), coordenado pelo Ministério de Minas e Energia. As principais conclusões do projeto foram a necessidade de implementar a desverticalização das empresas de energia elétrica, ou seja, dividi-las nos segmentos de geração, transmissão e distribuição, incentivar a competição nos segmentos de geração e comercialização, e manter sob regulação os setores de distribuição e transmissão de energia elétrica, considerados como monopólios naturais, sob regulação do Estado. Foi também identificada a necessidade de criação de um órgão regulador (a Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL), de um operador para o sistema elétrico nacional (Operador Nacional do Sistema Elétrico - ONS) e de um ambiente para a realização das transações de compra e venda de energia elétrica (o Mercado Atacadista de Energia Elétrica - MAE). Concluído em agosto de 1998, o Projeto RE-SEB definiu o arcabouço conceitual e institucional do modelo a ser implantado no Setor Elétrico Brasileiro. Em 2001, o setor elétrico sofreu uma grave crise de abastecimento que culminou em um plano de racionamento de energia elétrica. Esse acontecimento gerou uma série de questionamentos sobre os rumos que o setor elétrico estava trilhando. Visando adequar o modelo em implantação, foi instituído em 2002 o Comitê de Revitalização do Modelo do Setor Elétrico, cujo trabalho resultou em um conjunto de propostas de alterações no setor elétrico brasileiro. Durante os anos de 2003 e 2004 o Governo Federal lançou as bases de um novo modelo para o Setor Elétrico Brasileiro, sustentado pelas Leis nº 10.847 e 10.848, de 15 de março de 2004 e pelo Decreto nº 5.163, de 30 de julho de 2004. Em termos institucionais, o novo modelo definiu a criação de uma instituição responsável pelo planejamento do setor elétrico a longo prazo (a Empresa de Pesquisa Energética - EPE), uma instituição com a função de avaliar permanentemente a segurança do suprimento de energia elétrica (o Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico - CMSE) e uma instituição para dar continuidade às atividades do MAE, relativas à comercialização de energia elétrica no sistema interligado (a Câmara de Comercialização de Energia Elétrica - CCEE). Em relação à comercialização de energia, foram instituídos dois ambientes para celebração de contratos de compra e venda de energia, o Ambiente de
  19. 19. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 19 Contratação Regulada (ACR), do qual participam Agentes de Geração e de Distribuição de energia elétrica, e o Ambiente de Contratação Livre (ACL), do qual participam Agentes de Geração, Comercialização, Importadores e Exportadores de energia, e Consumidores Livres. 1.2.2 Mudanças no Setor Elétrico Brasileiro Na última década, o Setor Elétrico Brasileiro sofreu diversas alterações até chegar ao modelo vigente. Veja a seguir uma tabela com um resumo das principais mudanças entre os modelos pré-existentes e o modelo atual, que acabaram por resultar em transformações nas atividades de alguns agentes do setor. Tabela 1.1: Mudanças no setor elétrico brasileiro Modelo Antigo (até 1995) Modelo de Livre Mercado (1995 a 2003) Novo Modelo (2004) Financiamento através de recursos públicos Financiamento através de recursos públicos e privados Financiamento através de recursos públicos e privados Empresas verticalizadas Empresas divididas por atividade: geração, transmissão, distribuição e comercialização Empresas divididas por atividade: geração, transmissão, distribuição, comercialização, importação e exportação. Empresas predominantemente Estatais Abertura e ênfase na privatização das Empresas Convivência entre Empresas Estatais e Privadas Monopólios - Competição inexistente Competição na geração e comercialização Competição na geração e comercialização Consumidores Cativos Consumidores Livres e Cativos Consumidores Livres e Cativos Tarifas reguladas em todos os segmentos Preços livremente negociados na geração e comercialização No ambiente livre: Preços livremente negociados na geração e comercialização. No ambiente regulado: leilão e licitação pela menor tarifa Mercado Regulado Mercado Livre Convivência entre Mercados Livre e Regulado Planejamento Determinativo - Grupo Coordenador do Planejamento dos Sistemas Elétricos (GCPS) Planejamento Indicativo pelo Conselho Nacional de Política Energética (CNPE) Planejamento pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) Contratação: 100% do Mercado Contratação: 85% do mercado (até agosto/2003) e 95% mercado (até dez./2004) Contratação: 100% do mercado + reserva Sobras/déficits do balanço energético rateados entre compradores Sobras/déficits do balanço energético liquidados no MAE Sobras/déficits do balanço energético liquidados na CCEE. Mecanismo de Compensação de Sobras e Déficits (MCSD) para as Distribuidoras.
  20. 20. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 20 1.2.3 Fatura de Energia Elétrica Foi extraído do Manual de Tarifação da energia elétrica – Procel, programa nacional de conservação de energia elétrica. 1ª Edição - MAIO/2001, o que deve conter em uma fatura de energia. Art.83 A fatura de energia elétrica dever conter as seguintes informações: I: Obrigatoriamente: a) nome do consumidor; b) número de inscrição no CNPJ ou CPF quando houver; c) código de identificação; d) classificação da unidade consumidora; e) endereço da unidade consumidora; f) número dos medidores de energia elétrica ativa e reativa e respectiva constante de multiplicação da medição; g) data das leituras anterior e atual dos medidores, bem como da próxima leitura prevista; h) data de apresentação e de vencimento; i) componentes relativas aos produtos e serviços prestados, discriminando as tarifas aplicadas; j) parcela referente a impostos incidentes sobre o faturamento realizado; k) valor total a pagar; l) aviso de que informações sobre as condições gerais de fornecimento, tarifas, produtos, serviços prestados e impostos se encontram à disposição dos consumidores, para consulta, nas agências da concessionária; m) indicadores referentes a qualidades do fornecimento, de acordo com a norma específica; n) número de telefone da Central de Tele atendimento e/ou outros meios de acesso à concessionária para solicitações e/ou reclamações; o) número de telefone da Central de Tele atendimento da Agência Reguladora Estadual conveniada com a ANEEL, quando houver e; p) número 080061 2010 da Central de Tele atendimento da ANEEL. II: Quando pertencente: a) multa por atraso de pagamento e outros acréscimos moratórios individualmente discriminados; b) parcela referente ao pagamento (créditos) de juros do empréstimo compulsório/ELETROBRÁS; c) indicação do respectivo desconto sobre o valor da tarifa, em moeda corrente; d) indicação de fatura vencida, apontando no mínimo o mês/referência e valor em reais; e) indicação de faturamento realizado com base na média aritmética nos termos dos Arts. 57, 70 e 71, e o motivo da não realização da leitura; f) percentual do reajuste tarifário, o número da Resolução que o autorizou e a data de início de sua vigência nas faturas em que o reajuste incidir.
  21. 21. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 21 Figura 1.1: Exemplo de fatura de energia 1.3 LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Conservar energia não é uma novidade no Brasil, desde a década de 70 o governo vem buscando soluções para garantir o abastecimento de energia no país, de tal modo que os produtos comercializados sejam cada vez mais eficientes. Projetos como PROÁLCOOL (1975) e CONSERVE (1981) foram pioneiros na tentativa de diminuir o desperdício, contudo apenas com a criação do Programa Nacional de Energia Elétrica – PROCEL, em 1985, o país começou efetivamente a buscar a eficiência nos processos elétricos, mesmo porque as pressões internacionais para uma consciência ambiental passaram a aparecer também na forma de cláusulas nos empréstimos do setor de energia.
  22. 22. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 22 Desde então, outras ferramentas e órgãos foram criados para fiscalização das políticas que vinham sendo empregadas, como o Prêmio Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia (1993) e a Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL em 1996. Em 2001 o país passa por uma crise energética devido aos altos valores do petróleo, longo período sem investimentos no setor, agravado pela falta de chuvas. Tendo em vista este novo cenário, o governo decreta a Lei 10.295 que trata de estabelecer uma política nacional de eficiência energética para máquinas e aparelhos consumidores de energia, comercializados no país. A lei de “Eficiência Energética”, como é conhecida, determina que o Poder Executivo estabelecerá os níveis máximos de consumo ou mínimos de eficiência energética de máquinas e aparelhos consumidores de energia comercializados no País, tendo seus indicadores definidos posteriormente pelo Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética – CGIEE de acordo com cada tipo de aparelho e máquina consumidora de energia. Para regulamentar a Lei 10.295, o decreto 4.508 é instaurado no dia 11 de dezembro de 2002 com a finalidade de definir os rendimentos nominais mínimos para motores elétricos: Capítulo I Art. 1º Os equipamentos objeto desta regulamentação correspondem aos motores elétricos trifásicos de indução rotor gaiola esquilo, de fabricação nacional ou importados, para comercialização ou uso no Brasil, incluindo tanto os motores comercializados isoladamente quanto os que fazem parte de outro equipamento. A Portaria Interministerial nº 553, de 8 de dezembro de 2005, apresenta o Programa de Metas que complementa a regulamentação específica de motores elétricos de indução trifásicos, atendendo ao disposto no § 2º do art. 2º da Lei nº 10.295, de 17 de outubro de 2001 e faz valer: Art. 4º A data limite para fabricação no País ou importação dos motores objeto da regulamentação aqui tratada e que não atendam ao disposto no art. 3º deste Anexo será de quatro anos a partir da entrada em vigor desta portaria. Art. 5º A data limite para comercialização no País dos motores referidos no art. 4º será de quatro anos e seis meses a partir da vigência deste ato. Através desta portaria ficam estabelecidos os seguintes prazos limites para fabricação e comercialização de motores que não atinjam o nível mínimo de eficiência energética: Fabricação: Dezembro/2009. Comercialização: Junho/2010. OBS: Os documentos mencionados neste item podem ser encontrados na íntegra no final desta apostila.
  23. 23. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 23 1.4 PROGRAMAS DE INCENTIVO A ECONOMIA DE ENERGIA 1.4.1 PROCEL O objetivo do PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica - é promover a racionalização da produção e do consumo de energia elétrica, para que se eliminem os desperdícios e se reduzam os custos e os investimentos setoriais. Em seus 20 anos de existência, o Procel já economizou 22 bilhões de quilowatt-hora, o que corresponde ao consumo do estado da Bahia, durante um ano, ou a cerca de 13 milhões de residências nesse mesmo período. Os investimentos realizados nas duas décadas correspondem a aproximadamente R$ 855 milhões, o que proporcionou investimentos postergados no sistema elétrica brasileiro da ordem de R$ 15 bilhões. Tabela 1.2: Resultados anuais obtidos pelo Procel 1986-2006 1986/ 2002 2002 2004 2005 2006 Investimentos Eletrobrás/Procel (R$ milhões) 237,85 14,16 27,18 37,17 29,24 Investimentos RGR (R$ milhões) 386,90 25,10 54,00 44,60 77,80 Investimentos GEF (R$ milhões) 0,35 1,74 12,97 16,23 6,203 Investimentos Totais Realizados (R$ milhões) 625,08 41,00 94,15 98,02 113,24 Energia Economizada (GWh/ano) 15,405 1,817 2,373 2,158 2,845 Usina Equivalente (MW) 4,180 453 622 585 772 Redução de Demanda na Ponta (MW) 3,597 436 569 518 682 Investimentos Postergados (R$ milhões) 8.646 2.007 2.492 1.786 2.231 Para estimular o setor industrial a reduzir o desperdício de energia elétrica, a ELETROBRÁS/PROCEL no âmbito do PROCEL INDÚSTRIA – Programa de Eficiência Energética Industrial vem celebrando convênios com as Federações das Indústrias estaduais, visando desenvolver o programa junto às empresas, tendo como foco a redução de perdas nos sistemas motrizes. O Prêmio PROCEL – Prêmio Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia, de responsabilidade do Ministério de Minas e Energia, é concedido anualmente a várias Categorias, como Transportes, Setor Energético, Edificações, Imprensa, Micro e Pequenas Empresas e Indústria, premiando as ações que se destacaram pelo uso racional de energia e o combate ao seu desperdício. Cada categoria é coordenada por sua entidade representativa.
  24. 24. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 24 O objetivo do Prêmio é estimular segmentos da sociedade a implementar ações que efetivamente reduzam o consumo de energia elétrica, derivados do petróleo ou gás natural, assim como a sua substituição eficiente por fontes renováveis. 1.4.2 PROINFA Criado em 2002 o PROINFA – Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica – é um importante instrumento para a diversificação da matriz energética nacional, garantindo maior confiabilidade e segurança ao abastecimento. O Programa, coordenado pelo Ministério de Minas e Energia (MME), estabelece a contratação de 3.300 MW de energia no Sistema Interligado Nacional (SIN), produzidos por fontes eólicas, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), sendo 1.100 MW de cada fonte. Em relação ao abastecimento de energia elétrica do país, o PROINFA é um instrumento de complementaridade energética sazonal à energia hidráulica, responsável por mais de 90% da geração do país. Na região Nordeste, por exemplo, a energia eólica servirá como complemento ao abastecimento hidráulico, já que o período de chuvas é inverso ao de ventos. O mesmo ocorrerá com a biomassa nas regiões Sul e Sudeste, onde a colheita de safras propícias à geração de energia elétrica (cana-de-açúcar e arroz, por exemplo) ocorre em período diferente do chuvoso. O PROINFA conta com o suporte do BNDES, que criou um programa de apoio a investimentos em fontes alternativas renováveis de energia elétrica. A linha de crédito prevê financiamento de até 70% do investimento, excluindo apenas bens e serviços importados e a aquisição de terrenos, sendo que os investidores terão que garantir 30% do projeto com capital próprio. O Programa também permite maior inserção do pequeno produtor de energia elétrica, diversificando o número de agentes do setor. A Eletrobrás, no contrato de compra de energia de longo prazo (PPAs), assegura ao empreendedor uma receita mínima de 70% da energia contratada durante o período de financiamento e proteção integral quanto aos riscos de exposição do mercado de curto prazo e os contratos terão duração de 20 anos. 1.4.3 PROESCO O PROESCO é um projeto do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES – que visa o apoio a projetos que envolvem Eficiência Energética em empresas de Serviços de Conservação de Energia (ESCOs), usuários finais e empresas de geração, transmissão e distribuição de energia que contribuam para a economia de energia, aumentem a eficiência global do sistema energético ou promovam a substituição de combustíveis de origem fóssil por fontes renováveis. Dentre os focos de ação possíveis, destacam-se:
  25. 25. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 25 • Motores; • Otimização de Processos; • Ar condicionado e ventilação; • Refrigeração e resfriamento; • Gerenciamento energético; • Melhoria da qualidade da energia, inclusive correção do fator de potência; • Redução da demanda no horário de ponta do consumo do sistema elétrico. O financiamento pode ser solicitado para a promoção de estudos e projetos, realização de obras, aquisição de instações, máquinas e equipamentos, serviços técnicos especializados e sistemas de informação, basta o solicitante apresentar um projeto que permita identificar, analisar e acompanhar detalhadamente o conjunto de ações e metas, através do qual pretenda contribuir para a conservação de energia. As operações financeiras podem ser realizadas de três formas: com risco total do BNDES, com risco para a instituição financeira ou em operações diretas. A taxa de juros será formulada de acordo com cada situação, sendo que o prazo total para pagamento é de até 72 meses com participação de 90% do BNDES. 1.4.4 Plano de Troca WEG O Plano de troca promovido pela WEG tem o intuito de auxiliar na conservação de energia através da aceitação de motores antigos, independentemente da marca e modelo, como parte do pagamento na aquisição de motores novos WEG Alto Rendimento Plus (WEG Motores – corrente alternada até 500 CV 4 pólos). A troca de motores usados por motores de alto-rendimento proporciona uma redução no consumo de energia elétrica, maior confiabilidade da planta, garantia de fábrica e padronização de produtos. A avaliação das sucatas também levará em consideração motores queimados ou quebrados, mas que contenham bobinado, rotor, carcaça, tampas e rolamentos. Para realização do plano de troca o cliente deverá efetuar uma nota de venda em nome da WEG, contemplando todos os motores na qual deseja sucatear. O valor da nota deverá ser o equivalente a 10% do valor total dos motores descritos na nota, sendo assim, o valor do desconto para o plano de troca será igual a 10%. Para motores com carcaças iguais e superiores a 225, será concedido um adicional de 5%. “Estes valores podem ser alterados pela WEG sem aviso prévio”. O cliente poderá transformar o somatório total de potência em crédito no prazo máximo de 12 meses da data de recebimento na WEG.
  26. 26. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 26 2 TECNOLOGIA DE MOTORES ELÉTRICOS 2.1 PRINCÍPIOS DE MOTORES ELÉTRICOS O ano de 1866 pode ser considerado, em termos práticos, como o ano de nascimento da máquina elétrica, pois foi nesta data que o cientista alemão Werner Siemens inventou o primeiro gerador de corrente contínua auto-induzido. Entretanto, deve-se mencionar que esta máquina elétrica, que revolucionou o mundo em poucos anos, foi o último estágio de um processo de estudos, pesquisas e invenções de muitos outros cientistas, durante quase três séculos. Em 1600 o cientista inglês William Gilbert publicou, em Londres, a obra intitulada “De Magnete”, descrevendo a força de atração magnética. O fenômeno da eletricidade estática já havia sido observado pelo grego Tales, em 641 AC, ele verificou que ao atritar uma peça de âmbar com pano, esta adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como pêlos, penas, cinzas, etc. A primeira máquina eletrostática foi construída em 1663, pelo alemão Otto Guericke, e aperfeiçoada em 1775 pelo suíço Martin Planta. O físico dinamarquês Hans Christian Oersted, ao fazer experiências com correntes elétricas, verificou ao acaso, em 1820, que a agulha magnética de uma bússola era desviada de sua posição norte-sul quando esta passava perto de um condutor no qual circulava corrente elétrica. Esta observação permitiu a Oersted reconhecer a íntima relação entre magnetismo e eletricidade, dando assim o primeiro passo em direção ao desenvolvimento do motor elétrico. O sapateiro inglês William Sturgeon, que paralelamente à sua profissão, estudava eletricidade nas horas de folga, baseando-se na descoberta de Oersted constatou, em 1825, que um núcleo de ferro envolto por um fio condutor elétrico transformava-se em imã quando se aplicava uma corrente elétrica, observando também que a força do imã cessava tão logo a corrente fosse interrompida. Estava inventando o eletroímã, que seria de fundamental importância na construção de máquinas elétricas girantes. Mas as experiências com o magnetismo e a eletricidade não cessaram. Em 1832, o cientista italiano S. Dal Negro construiu a primeira máquina de corrente alternada com movimento de vaivém. Já no ano de 1833 o inglês W. Ritchie inventou o comutador, construindo um pequeno motor elétrico onde o núcleo de ferro enrolado girava em torno de um imã permanente. Para dar uma rotação completa, a polaridade do eletroímã era alternada a cada meia volta através do comutador. A inversão da polaridade também foi demonstrada pelo mecânico parisiense H. Pixii ao construir um gerador com um imã em forma de ferradura que girava diante de duas bobinas fixas com um núcleo de ferro. A corrente alternada era transformada em corrente contínua pulsante através de um comutador. Grande sucesso obteve o motor elétrico desenvolvido pelo arquiteto e professor de física Moritz Hermann Von Jacobi - que, em 1838, aplicou-o a uma lancha.
  27. 27. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 27 Somente em 1866 Siemens construiu um gerador sem a utilização de imã permanente, provando que a tensão necessária para o magnetismo podia ser retirada do próprio enrolamento do rotor, isto é, que a máquina podia auto excitar-se. O primeiro dínamo de Werner Siemens possuía uma potência de aproximadamente 30 watts e uma rotação de 1200 RPM. A máquina de Siemens não funcionava somente como gerador de eletricidade, podia também operar como motor, desde que se aplicasse aos seus bornes uma corrente contínua. Em 1879, a firma Siemens & Halske apresentou, na feira industrial de Berlim, a primeira locomotiva elétrica, com uma potência de 2kW. A nova máquina de corrente contínua apresentava vantagens em relação à máquina a vapor, à roda d’água e à força animal. Entretanto, o alto custo de fabricação e sua vulnerabilidade em serviço (por causa do comutador) marcaram-na de tal modo que muitos cientistas dirigiram suas atenções para o desenvolvimento de um motor elétrico mais barato, mais robusto e de menor custo de manutenção. Entre os pesquisadores preocupados com esta idéia destacam-se o iugoslavo Nicola Tesla, o italiano Galileu Ferraris e o russo Michael Von Dolivo Dobrowolsky. Os esforços não se restringiram somente ao aperfeiçoamento do motor de corrente contínua, mas também se cogitou de sistemas de corrente alternada, cujas vantagens já eram conhecidas desde 1881. Em 1885, o engenheiro eletricista Galileu Ferraris construiu um motor de corrente alternada de duas fases. Ferraris, apesar de ter inventado o motor de campo girante, concluiu erroneamente que motores construídos segundo este princípio poderiam, no máximo, obter um rendimento de 50% em relação à potência consumida. E Tesla apresentou, em 1887, um pequeno protótipo de motor de indução bifásico com rotor em curto-circuito. Também este motor apresentou rendimento insatisfatório, mas impressionou de tal modo que a firma norte- americana Westinghouse lhe pagou um milhão de dólares pelo privilégio da patente, além de se comprometer ao pagamento de um dólar para cada HP que viesse a produzir no futuro. O baixo rendimento deste motor inviabilizou economicamente sua produção e três anos mais tarde as pesquisas foram abandonadas. Foi o engenheiro eletricista Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlim, que, persistindo na pesquisa do motor de corrente alternada entrou, em 1889, com o pedido de patente de um motor trifásico com rotor de gaiola. O motor apresentado tinha uma potência de 80 watts, um rendimento aproximado de 80% em relação à potência consumida e um excelente conjugado de partida. As vantagens do motor com rotor de gaiola em relação ao de corrente contínua eram marcantes: construção mais simples, silencioso, menor manutenção e alta segurança em operação. Dobrowolsky desenvolveu, em 1891, a primeira fabricação em série de motores assíncronos, nas potências de 0,4 a 7,5kW.
  28. 28. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 28 Motor CA U niversal Motor CC Linear Monofásico Trifásico Excitação Série Excitação Independente Excitação C om pound Ím ãs Perm anentes Assíncrono Síncrono Gaiola de Esquilo Rotor Bobinado Rotor Maciço Split-Phase Capacitor de Partida Capacitor Perm anente Pólos Som breados Capacitor dois Valores Repulsão Histerese Relutância Ím ãs Perm anentes Indução Ím ãs Perm anentes D e Gaiola Rotor Bobinado Ím ãs Perm anentes Relutância Pólos Lisos Excitação Paralela Assíncrono Síncrono Pólos Salientes Fabricado pela W EG 2.2 TIPOS DE MOTORES Figura 2.1: Universo dos motores elétricos 2.2.1 Motores Assíncronos de Baixa Tensão Os motores assíncronos ou de indução, por serem robustos e mais baratos, são os motores mais largamente empregados na indústria. Nestes motores, o campo girante tem a velocidade síncrona, como nas máquinas síncronas.
  29. 29. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 29 Teoricamente, para o motor girando em vazio e sem perdas, o rotor teria também a velocidade síncrona. Entretanto, ao ser aplicado o conjugado externo ao motor, o seu rotor diminuirá a velocidade na justa proporção necessária para que a corrente induzida pela diferença de rotação entre o campo girante (síncrono) e o rotor, passe a produzir um conjugado eletromagnético igual e oposto ao conjugado externamente aplicado. Este tipo de máquina possui várias características próprias, que são definidas e demonstradas em uma larga gama de obras dedicadas exclusivamente a este assunto. Nesta apostila veremos os princípios e equações básicas necessárias para o desenvolvimento do tema voltado à Conservação de Energia. A rotação do eixo do motor é expressa por: Onde: n = Rotação do motor em condições nominais de operação (rpm); ƒ = Freqüência (Hz); p = Número de pares de pólos; s = Escorregamento. 2.2.2 Rotor Gaiola Os motores deste tipo também são comumente chamados de motores de GAIOLA DE ESQUILO, pois seu enrolamento rotórico tem a característica de ser curto-circuitado, assemelhando-se a tal, como mostrado na figura a seguir: Figura 2.2: Motor assíncrono de rotor gaiola ( )s p f n −× × = 1 2 120
  30. 30. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 30 2.3 PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS - Carcaça: É definida, segundo norma ABNT, como sendo à distância do centro do eixo a base do pé do motor. - Potência: É o valor da potência mecânica que será fornecida na ponta do eixo do motor em condições nominais de operação. - Classe de Isolamento: Indica a máxima temperatura que o motor deve operar em regime continuo e a plena carga sem prejudicar a vida útil do material isolante. Conforme norma NBR-7094. - Tensão: Indica o valor de tensão que o motor deve operar em regime contínuo de funcionamento. - Regime de Serviço: Indica o grau de regularidade da carga a que o motor é submetido. - Grau de Proteção: Define a proteção da parte ativa do motor contra agentes sólidos, contato e contra líquidos. A Norma NBR-6146 define os graus de proteção dos equipamentos elétricos. - Rolamento: Indica o tipo de rolamento adequado para cada tipo de aplicação/especificações. - Corrente: Indica o valor de corrente absorvido, em condições nominais de operação. - Fator de Serviço: Fator que, aplicado a potência nominal do motor, indica a carga permissível, que pode ser aplicada continuamente ao motor, sob condições específicas. - Rotação: Rotação nominal do motor. - Categoria: Categoria de conjugado. - Freqüência: freqüência do motor. Potência Fator de Serviço Carcaça Número de Série Item do motor Esquema de ligação Classe de isolamento Grau de proteção Rotação Regime de Serviço Tensão Corrente Lubrificação Rolamento
  31. 31. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 31 2.4 EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DE MOTORES ELÉTRICOS Os motores assíncronos atuais são baseados nos mesmos princípios físicos do motor construído por Dobrowolsky em 1889. Desde então, as pesquisas e desenvolvimentos concentram-se no aperfeiçoamento dos materiais condutores, magnéticos e isolantes utilizados nos motores. A evolução dos fios condutores, dos filmes isolantes, das chapas de aço, das ligas de alumínio e das técnicas de projeto ao longo do tempo tem contribuído para a redução do peso e do tamanho do motor elétrico. Como pode ser observado na Figura 1, o peso de um motor de mesma potência no decorrer do século XX foi reduzido aos dias atuais a 8% do peso de seu antecessor de 1891. Um dos maiores avanços tecnológicos se deve ao desenvolvimento dos materiais isolantes. No passado, o motor precisava trabalhar em baixas temperaturas devido à isolação dos fios que eram com dupla camada de algodão e que não possuíam grande capacidade de suportar temperaturas elevadas. Atualmente, os fios são esmaltados com vernizes e possuem camadas muito mais delgadas e apresentam rigidez dielétrica várias vezes superiores e uma capacidade de suportar temperaturas cada vez mais elevadas. Hoje, os fios de cobre (de idêntica seção) com esmalte ocupam menos espaço nas ranhuras, em torno de 22% do espaço ocupado por aquele fio com dupla camada de algodão, conforme pode ser visto na Figura 2. Devido a esse avanço tecnológico, o tamanho das ranhuras também diminuiu. Outro grande avanço tecnológico foi a evolução dos ímãs permanentes. No início do século XX, usava-se o ferro como ímã que possuía uma densidade de energia bastante baixa. Com a introdução de novas tecnologias e desenvolvimento de novos materiais, chegou-se à ímãs permanentes de terras raras, que possuem grande densidade de energia, como pode ser observado na Figura 3. Os ímãs permanentes de terras raras passaram a ser utilizados nos motores elétricos proporcionando uma redução das perdas no rotor e conseqüentemente um aumento no rendimento, entretanto estes materiais não são muito usados nos motores, pois o seu custo ainda é bastante elevado.
  32. 32. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 32 Figura 2.3: Evolução do motor trifásico AEG (relação peso/potência) Figura 2.4: Espaço ocupado por fios (de idêntica seção de cobre) com diversos tipos de isolação Figura 2.5: Evolução dos imãs 2.4.1 Chapas Magnéticas – Rendimento do Motor Uma das contribuições dos fabricantes de máquinas elétricas para a melhoria da qualidade da energia elétrica diz respeito ao desenvolvimento de máquinas com rendimentos mais altos. Sabe-se que os motores elétricos são responsáveis por cerca de 50% do consumo total de energia elétrica do Brasil. Assim, a redução das perdas nos motores contribui para diminuir o consumo total de energia do país. Motores com melhores rendimentos exigem o uso de materiais mais nobres ou de maiores quantidades de materiais, além do aperfeiçoamento nas
  33. 33. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 33 técnicas de projeto. A abaixo mostra as características diferenciadas dos motores da linha de Alto Rendimento. Figura 2.6: Motor Alto Rendimento Com relação à influência do processo de fabricação, a estampagem das chapas de aço provoca encruamento e rebarba na região de corte. A pressão de empacotamento pode danificar o revestimento isolante e processos como a prensagem na carcaça e a usinagem do rotor introduzem tensões mecânicas que afetam o comportamento magnético da chapa. O ensaio no quadro de Epstein não consegue detectar estes efeitos. Pode-se concluir que o processo de fabricação afeta especialmente as propriedades magnéticas dos aços siliciosos e o desempenho dos motores de pequeno porte. Por isso, após a estampagem, faz-se necessário o tratamento térmico para alívio de tensões para restabelecer tais propriedades. O aumento do rendimento nas máquinas elétricas está ligado ao aperfeiçoamento do projeto eletromagnético e do processo de fabricação, ao uso de maiores quantidades de materiais e de melhores materiais. No entanto, parece que o limite das propriedades eletromagnéticas de alguns materiais já foi atingido, como o cobre, o alumínio e mesmo as chapas de aço. Enquanto novos materiais não forem descobertos, o aumento do rendimento das máquinas será limitado pelo custo e pelo tamanho do motor. 2.4.2 Classes de Isolamento As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas, e os respectivos limites de temperatura são descritos conforme NBR-7094, e ilustrados abaixo. Em motores normais são utilizados as classes B e F. Para motores especiais utiliza-se classe H.
  34. 34. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 34 A (105º) E (120º) B (130º) F (155º) H (180º) Figura 2.7: Classes de isolamento 2.4.3 Materiais Isolantes 2.4.3.1 Filmes Isolantes São determinados de acordo coma a classe térmica do Motor. Classe Térmica Espessura (mm)* Material Base Nome do Filme Classe B (130°C) 0,125 - 0,19 - 0,25 - 0,35 Poliester Melinex Classe F (155°C) 0,22 e 0,30 Poliester isolado com “Dacron”(Fibra de poliester + Resina acrílica ) Thernomid Polivolterm Wetherm DMD Classe H 0,18 e 0,25 Poliamida Aromática Nomex * Conforme carcaça e projeto 2.4.3.2 Espaguetes – Isoladores Tubulares Classe Térmica Material base Nome do Espaguete F (155°C) Poliester + resina acrílica Tramacril / Tramar H (180°C) Fiberglass + borracha de silicone Trançasil-B / Tramar
  35. 35. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 35 2.4.3.3 Verniz (Impregnação) Classe Térmica Aplicação Material Base Nome do verniz B (130°C) Impregnação de estatores da fábrica II (Motores Nema) Poliester Lacktherm 1310 F (155°C) Impregnação de estatores das fábricas I(carcaca 63 a 100), III(225 a 355) e IV(112 a 200) Poliester Lacktherm 1314 H (180°C) Impregnação de estatores especiais Epóxi Royal E524 Royal E524 H (180°C) Impregnação de estatores da fábrica III (carcaça 225 a 315S/M) Resina – Poliéster Irrídico Insaturado Lacktherm 1317/90 2.4.3.4 Cabos de Saída Classe Térmica Bitolas Especificação da Isolação Nome do Cabo Fornecedor LM – 130 Cofibam B (130° C) 2, 4, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 50, 70, 95, 120 Cabo isolado em borracha sintética a base de Etileno Propileno (EPR), para 600V, cor preta LME 130C Pirelli F(155° C) 2, 4, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 50, 70, 95, 120 Cabo isolado em borracha de silicone, para 600V, cor cinza Cofistrong Cofiban H(180° C) 2, 4, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 50, 70, 95, 120 Cabo isolado em borracha de silicone, para 600V, cor azul Cofisil Cofiban H(180° C) 2, 4, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 50, 70, 95 Cabo isolado com dupla camada de borracha de silicone vulcanizada, para 3000V, com isolação em cor branca e cobertura em cor amarela Cofialt-3 Cofiban
  36. 36. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 36 2.4.3.5 WISE - WEG Insulation System Evolution A WEG revolucionou o sistema de isolamento de seus motores. Aprimorando fio, filmes isolantes, sistema de impregnação, material impregnante, cabos e demais componentes presentes nas etapas produtivas. Com o uso crescente dos inversores de freqüência na adequação dos processos produtivos industriais, houve a necessidade da evolução dos motores, tornando-os aptos a operar em condições mais críticas, impostas pelo inversor ao sistema de isolamento do motor. A WEG por fabricar motores e inversores de freqüência, vem aprimorando ao longo dos anos o sistema de isolamento dos motores e a performance do conjunto, resultado do contínuo investimento em pesquisa e desenvolvimento. Assim sendo, visando maximizar a durabilidade e a confiabilidade dos motores a WEG desenvolveu o exclusivo sistema WISE (WEG Insulation System Evolution), resultado do aprimoramento dos materiais em todas as etapas produtivas relacionadas ao sistema de isolamento do motor, tais como o fio, os filmes isolantes, o sistema de impregnação, o material impregnante, os cabos e os demais componentes presentes no processo. Entre as vantagens do sistema WISE, pode-se destacar: • O aperfeiçoamento do fio de cobre, produzido através de processo de fabricação inovador e com grau de pureza superior a 99,9%. • A esmaltação do fio de cobre realizada com vernizes desenvolvidos especificamente para a aplicação em motores elétricos (Linha LACKTHERM), conferindo excelentes propriedades de isolamento elétrico, alto poder de compactação, resistência superior à abrasão e, sobretudo, altíssima confiabilidade. • O processo de impregnação do estator feito com resinas de alto teor de sólidos e vernizes a base de água (hidrossolúveis), ecologicamente corretos, livres de solventes nocivos à saúde (de acordo com as diretrizes ISO 14000), responsável pela efetiva proteção do elemento isolante do motor, garantindo elevada rigidez mecânica ao conjunto, evitando possíveis vibrações e proporcionando maior resistência elétrica, mecânica e química. O sistema WISE inovou o sistema de isolamento dos motores e esta inovação foi padronizada para todos os motores trifásicos industriais WEG, incorporando melhorias e prolongando a vida útil dos motores. WISE, sinônimo de evolução, padronização e confiabilidade!
  37. 37. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 37 Nota: Acima de 575V consultar WEG O sistema WISE inovou o sistema de isolamento dos motores WEG e esta inovação foi padronizada para todas as linhas de produtos, incorporando as melhorias e prolongando a vida útil dos motores WEG. WISE, sinônimo de evolução, padronização e confiabilidade! 2.4.4 Proteções 2.4.4.1 Termostatos: Características Aplicação Instalação Bimetálicos Na cabeça de bobina do lado oposto a ventilação Baixo Custo Nos Mancais Sensível a Temperatura e Corrente Ligado na Bobina do Contator Tempo de Resposta Alto Sinalizador para alarme e/ou Desligamento Pode ser ligado em Série ou Individual 2.4.4.2 Termistores (PTC): Material Semicondutor pode ser: • PTC – Coeficiente de Temperatura Positivo • NTC – Coeficiente de temperatura Negativo Características Aplicação Instalação Baixo custo Pequena dimensão Dentro da cabeça de bobina no lado oposto a ventilação Sem contatos móveis Elemento frágil Necessidade relé para comando e atuação Sinalizador para alarme e/ou Desligamento Pode ser ligado em série ou individual 2.4.4.3 Termoresistência: • Resistências Calibradas • Pt 100, Ni 100, Cu 100.
  38. 38. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 38 Características Aplicação Instalação Tempo de resposta curto ≤ 5s Monitoramento da temperatura Alto grau de precisão Vários níveis de sinalização e comando possíveis, dependendo do circuito controlador Alto custo dos elementos sensores Monitorar a temperatura dos mancais e dos enrolamentos Na cabeça de bobina e nos mancais 2.4.4.4 Protetores Térmicos Característica Aplicação Instalação Bimetálico Base do platinado Pode ser do tipo manual ou automático Sensível a temperatura e corrente Caixa de ligação Mais usado em motores monofásicos Sempre inserido em série com os enrolamentos Proteção do motor Carcaça 2.4.4.5 Resistência de Aquecimento: Características Aplicação Instalação Potência determinada por carcaça Nas cabeças de bobina Frágil Tensão de alimentação em 110, 220 e 440V Reduzir a umidade no interior dos motores Pode ser inserido antes ou após a impregnação Cuidados: • Manuseio: devido à fragilidade das conexões e cabos; • Amarrações: pode romper o silicone;
  39. 39. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 39 2.4.5 Mancais 2.4.5.1 Mancais de rolamento Mancais de rolamento, ou simplesmente rolamento, são mancais onde a carga é transferida através de elementos que apresentam movimento de rotação, conseqüentemente chamado atrito de rolamento. Figura 2.8: Rolamento rígido de uma carreira de esferas 2.4.5.2 Classificação dos Rolamentos Os rolamentos são classificados de acordo com: • Tipo do rolamento; • Largura; • Diâmetro do furo. X X X X O primeiro algarismo ou série de letras indica o tipo do rolamento. O segundo algarismo indica a largura e diâmetro externo do rolamento. Os dois últimos algarismos, multiplicados por 5, indicam o diâmetro do furo do rolamento em Pista externa Pista interna Elemento rolante Gaiola
  40. 40. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 40 2.4.5.3 Vedações A indicação da vedação do rolamento vem após a numeração (sufixo). • Z – proteção metálica (blindagem) em apenas um dos lados do rolamento; • 2Z – dupla proteção metálica (blindagem em ambos os lados do rolamento); • 2RS / DDU – dupla vedação de borracha, com contato (ambos os lados do rolamento). Exemplo: 6203 – ZZ: rolamento de esferas, série de largura 3, furo de 17mm, com dupla vedação metálica (blindagem). 2.4.5.4 Folgas Internas • As folgas indicadas no rolamento são medidas radialmente (folga entre os elementos rolantes e as pistas); • São indicadas após a numeração do rolamento (sufixo); • Em ordem crescente: C1 - C2 - NORMAL - C3 - C4 - C5; 2.4.6 Lubrificação Os objetivos da lubrificação dos rolamentos são: • Reduzir o atrito e desgaste; • Prolongar a vida do rolamento; • Dissipar calor; • Reduzir temperatura; • Outros: vedação contra entrada de corpos estranhos, proteção contra a corrosão do mancal, etc. Os métodos de lubrificação se dividem em lubrificação a óleo e graxa. Em motores elétricos, a lubrificação com graxa é mais utilizada devido a sua simplicidade e baixo custo de operação. 2.4.6.1 Lubrificação com Graxa A graxa é um lubrificante líquido (óleo) engrossado para formar um produto sólido ou semi-fluido, por meio de um agente espessante. Outros componentes que confiram propriedades especiais podem estar presentes (aditivos). GRAXA = ÓLEO + ESPESSANTE + ADITIVOS
  41. 41. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 41 Mineral; Lítio Anti-Oxidante; Sintético; Complexo de lítio; Anti- Corrosivo; Vegetal; Complexo de cálcio; Anti-Desgaste Silicone. Uréia Agente de Adesividade, etc. 2.4.6.2 Características da Lubrificação com Graxa Vantagens da Graxa: • Lubrificam e vedam; • Reduzem o barulho; • Não necessitam bombeamento. Desvantagens da Graxa: • Não trocam calor; • Não removem contaminantes; • Menor poder de penetração; • Não fluem. Por que relubrificar os rolamentos? Rolamentos engraxados devem ser relubrificados se a vida útil da graxa for menor que a vida útil esperada do rolamento. O que influencia na vida da graxa? • Temperatura; • Contaminantes; • Vedações deficientes. O que acontece se o rolamento não é relubrificado? • A graxa pode endurecer, perdendo suas propriedades lubrificantes; • Pode haver acúmulo de contaminantes, reduzindo drasticamente a vida útil do rolamento. 2.4.7 Vedação W3 Seal V´ring O´ring Labirinto Figura 2.9: Ilustração em corte 3D de um motor com vedação W3 Seal
  42. 42. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 42 O W3 Seal é uma vedação composta de um labirinto taconite (vedação contra pó), um anel V’ring (vedação contra água) e anel O’ring (fixação e vedação do conjunto no eixo). No Anexo 1 ilustramos a composição desta vedação. Esta vedação é altamente eficaz contra a entrada de água e/ou acúmulo de impurezas nos mancais, e poderá ser instalado nos motores WEG grau de proteção IP55 desde que efetuadas as seguintes alterações: • Para as carcaças 90S a 200L (standards) as tampas deverão ser substituídas por tampas apropriadas à vedação W3 Seal (estão disponíveis kits de vedação W3 Seal, composto de tampa e componentes de vedação); • Para carcaças da 225S/M a 355M/L (standards) os anéis de fixação externos dos rolamentos deverão ser substituídos por anéis de fixação externos apropriados à vedação W3 Seal (estão disponíveis kits de vedação W3 Seal, composto de anéis de fixação externos e componentes de vedação); 2.4.8 Técnicas de Construção Atualmente as Engenharias utilizam de várias técnicas (software) de construção e análise dos motores, as principais estão descritas abaixo: 2.4.8.1 SolidWorks – Modelagem 3D SolidWorks permite modelagem de sólidos e desenhos 2D. Características: - Cria modelos sólidos a partir de desenhos de partes/peças. - Cria modelos parametrizados para a confecção de linhas de produção.
  43. 43. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 43 2.4.8.2 Ansys – Análise Estrutural do motor Software de elementos finitos utilizado na análise de deformações e simulação térmica de componentes mecânicos. 2.4.8.3 Motor-CAD Projeto Térmico de Motores Elétricos Módulos disponíveis permitem o cálculo térmico de: • Motores de indução. • Motores de relutância chaveada. • Motores de imãs permanentes.
  44. 44. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 44 2.4.8.4 EFCAD Software de Análise Electromagnética Sistema de Elementos Finitos para Análise de Campos Eletromagnéticos. EFCAD é um pacote computacional desenvolvido para resolver a equação de Poisson relativa aos fenômenos térmico e eletromagnético. 2.4.8.5 Software para Projeto Eletromagnético de Motores e Geradores Características: - Analisa o desempenho de máquinas de indução monofásicas, bifásicas e trifásicas; - Considera desequilíbrio da fonte; - Considera todos os tipos de enrolamentos (simétricos e assimétricos); - Considera todas as assimetrias do núcleo magnético; - Baseado em um projeto existente; - Flexível de acordo com as necessidades do projeto; - Permite variar as principais dimensões da máquina
  45. 45. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 45 2.5 PRODUTOS EFICIENTES E SUAS APLICAÇÕES 2.5.1 W22 O novo conceito em motores elétricos Motores elétricos mais eficientes e com custos de operação reduzidos formam a base para o desenvolvimento da nova linha de motores trifásicos W22. Excelente relação custo benefício, redução do consumo de energia elétrica, baixos níveis de ruído e fácil manutenção são algumas das características que definem esse novo produto. Um motor que surge antecipando conceitos sobre economia, desempenho e produtividade. Redução do custo operacional Um produto que opera com alta eficiência, resultando em alta produtividade, gerando o máximo valor para o cliente é o que está por trás do conceito da linha W22. Economia de Energia Durante a vida útil de um motor elétrico, em média 90% dos custos de operação são referentes ao consumo de energia elétrica, enquanto somente 10% estão relacionados aos custos de aquisição, instalação e manutenção motor. A nova linha W22 excede os valores de rendimento previstos em norma, resultando em menor consumo de energia.elétrica. Sustentabilidade Sustentabilidade é a capacidade de criar processos, produtos, serviços, de forma a não causar impactos negativos ao planeta. Ecologicamente correto e economicamente viável esta é a linha W22 a mais alta tecnologia em sintonia com a preservação ambiental. Durabilidade O ferro fundido de alta resistência mecânica utilizado na fabricação dos motores industriais é produzido pela própria WEG, com um alto padrão de qualidade. Associando a qualidade do ferro fundido às vantagens de um design
  46. 46. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 46 inovador, à linha W22 oferece maior resistência ao impacto e melhor dissipação térmica, assegurando maior durabilidade e confiabilidade em aplicações severas. Conversor de Freqüência A linha W22 adota o exclusivo sistema de isolamento WISE (Weg Insulation System Evolution), desenvolvido pela WEG, que eleva a rigidez dielétrica do bobinado, permitindo a operação com inversores de freqüência até 690 Volts*. * Tensões acima de 690 V, sob consulta. Extensão da Linha A plataforma W22, oferecendo alta eficiência, redução das intervenções para manutenção e baixo custo de operação, será a base para os futuros desenvolvimentos WEG. Em conjunto com os novos motores de imã permanente e motores Exd, uma concepção Eco de motores compactos com materiais de construção otimizados está sendo desenvolvida. Os princípios da linha W22 constituem a base para uma classe de motores elétricos de inegável sucesso a nível internacional. 2.5.2 Alto Rendimento Plus Aplicações O motor Trifásico Alto Rendimento Plus pode ser aplicado em bombas, ventiladores, exaustores, britadores, moinhos, talhas, compressores e outras aplicações que requeiram motores assíncronos de indução trifásicos com o máximo de rendimento e consumo reduzido. Características • Grau de Proteção: IP55; • Vedação de mancais: V’Ring; • Carcaça: Ferro fundido; • Potências: 0,16 a 500cv (carcaças 63 a 355M/L);
  47. 47. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 47 • Isolamento: Classe "B" (carcaças 63 a 100L); Classe "F" (carcaças 112M a 355M/L); • Fator de serviço: 1,15; • Rolamentos de esferas (com graxeira a partir da carcaça 225S/M); • Rolamentos dianteiros de rolos:carcaças 355M/L (IV, VI e VIII pólos); • Categoria: N; • Tensões: 220/380; 380/660V (carcaças 63 a 200L); 220/380/440V (carcaças 225S/M a 355M/L); • Cor: Verde RAL 6002. Opcionais • Freqüência: 50Hz; • Grau de proteção: IPW55, IP56, IP65 e IP66; • Isolamento: Classe "F" (carcaças 63 a 100L); Classe "H" (carcaças 63 a 355M/L); • Outras tensões sob consulta; • Resistência de aquecimento; • Graxeiras nas carcaças 160M a 200L ; • Prensa-cabos; • 2ª ponta de eixo; • Placa de bornes (duplo aterramento); • Labirinto taconite (carcaças 90 a 355M/L); • Rolamentos de rolos na tampa dianteira a partir da carcaça 160M (IV, VI e VIII pólos); • PT100 nos mancais; • Eixo em aço inox; • Ventilador de alumínio; • Retentor; • Outros opcionais sob consulta. 2.5.3 Wmagnet
  48. 48. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 48 Aplicações Os motores de ímãs permanentes Wmagnet são motores síncronos com características diferenciadas. Em contraste à gaiola de esquilo dos motores de indução, o Wmagnet possui ímãs de alta energia no interior do rotor em uma configuração especialmente desenvolvida para minimizar vibrações e ruído e maximizar a eficiência em toda a faixa de variação de velocidade, atendendo aplicações como compressores, elevadores, bombas centrífugas, ventiladores,exaustores, esteiras transportadoras, veículos elétricos e outras. Características • Extra Alto Rendimento; • Sistema de isolamento WISE; • Acionado por Inversor de freqüência com controle vetorial sensorless; • Grau de proteção: IP-55; • Potência: 11kW a 150kW; • Carcaça: 132S a 250S/M; • Faixa de rotação: 90 a 3600rpm; • Tensão: 380V; • Vedação dos mancais: V'ring • Isolamento: Classe "F"; • Fator de serviço: 1.00; • Forma construtiva: B3D; • Auto ventilado; • Graxeira; • Plano de pintura WEG 202P; • Acionado por inversor de freqüência WEG CFW09 PM. 2.5.4 Well Aplicações A linha WELL (WEG Extra Long Life) foi especialmente projetada para maximizar a confiabilidade e produtividade do seu equipamento. Confiabilidade a toda prova para as indústrias de processamento contínuo, onde redução de intervenções para manutenção e baixos níveis de ruído são essenciais.
  49. 49. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 49 Características • Grau de proteção: IPW66; • Potência: 1 a 400cv; • Carcaças: 90S a 355M/L; • Polaridade: II, IV, VI e VIII pólos 220/380V (90S a 200L); • Tensão: 440volts com 6 cabos (225S/M a 355M/L); • Sobrelevação de temperatura dos mancais reduzida à 45ºC para os motores de IV, VI e VIII pólos e 50ºC para os motores de II pólos(alimentação senoidal e potência nominal) • Projeto mecânico otimizado provendo vida útil dos rolamento prolongada (L10 mínimo 50.000h para acoplamento direto); • Tolerâncias de batimento do eixo reduzidas conforme Norma NEMA MG1, Seção IV; • Exclusivo sistema de relubrificação por pressão positiva com pino graxeiro e válvula de expurgo automático, permitindo a relubrificação dos mancais dianteiro e traseiro em serviço; • Referência na indústria petroquímica no quesito vibração; • Nível de vibração reduzido de acordo com a NBR / IEC 34-14; • Planicidade dos pés inferior a 0,127mm, permitindo fácil instalação e alinhamento; • Sistema de vedação; • Vedação dos mancais: W3 Seal (exclusivo sistema de vedação WEG); • Sistema de Isolação WISE (WEG Insulation System Evolution); • Isolamento: Classe “F” (∆T 80ºK); • Fator de Serviço: 1.15; • Resistência de aquecimento; • Pintura interna anticorrosiva e componente usinados protegidos contra corrosão; • Acabamento em pintura epóxi, plano 211P; • Cor: Amarelo - Munsell 10YR 8/14; • Placa de bornes; • Defletora em ferro fundido e chapéu para montagem vertical; • Resistência de aquecimento; • Garantia diferenciada. Opcionais • Freqüência 50 Hz; • Outras tensões; • Planos de pintura; • Sensores de temperatura no bobinado (Termostato, PT 100, termistores); • Isolamento classe H; • Prensa cabos; • Rolamento de rolos na tampa dianteira a partir da carcaça 160 (IV, VI e VIII pólos); • Ventilador de alumínio, bronze ou ferro fundido; • Eixo em aço inox; • 2ª ponta de eixo; • Categoria de conjugado "H"; • Encoder; • Sistema de ventilação forçada;
  50. 50. Módulo 6 – Eficiência Energética em Aplicações de Motores Elétricos 50 • Fornecimento com freio; • Outros opcionais sob consulta. 2.5.5 Wmining Aplicações A linha Wmining foi especialmente desenvolvida para operar nos diversos e severos ambientes do segmento de mineração. Motor com características eletromecânicas diferenciadas que proporcionam durabilidade, resistência e robustez, para oferecer uma solução dedicada a este segmento. Características • Grau de proteção: IPW-66; • Potências: 0,5 a 500cv; • Carcaças: 90S a 355M/L; • Polaridade: II, IV, VI e VIII pólos; • Tensões: 220/380V (até a carcaça 200L) e 220/380/440V (a partir da carcaça 225S/M); • Vedação dos mancais: W3 Seal (exclusivo WEG); • Caixa de ligação adicional (acima da carcaça 160); • Sistema de isolação WISE (WEG Insulation System Evolution); • Ventilador e tampa defletora em ferro fundido; • Isolamento classe “F” (ΔT 80K); • Resistência de aquecimento; • Fator de Serviço: 1,15; • Proteção térmica no bobinado (alarme/desligamento); • Chapéu de proteção para formas construtivas na vertical com eixo para baixo; • Cor: Laranja Segurança (Munsell 2.5 YR 6/14). Opcionais • Dupla ponta de eixo; • Pintura interna anti-corrosiva;

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