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o electricista José António Beleza Carvalho, Roque Filipe Mesquita Brandão ISEP - Instituto Superior de Engenharia do Porto Departamento de Engenharia Electrotécnica
utilização eficiente da força motriz na indústria
1› INTRODUÇÃO
2› EFICIÊNCIA DOS MOTORES
A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de metade da energia eléctrica consumida no nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. O êxito neste domínio depende, em primeiro lugar, da melhor adequação da potência do motor à da máquina que ele acciona. Quando o regime de funcionamento é muito variável para permitir este ajustamento, pode-se equipar o motor com um conversor electrónico de variação de velocidade. Outra possibilidade é a utilização dos motores “de perdas reduzidas” ou de “alto rendimento”, que permitem economias consideráveis.
Os motores eléctricos convertem a energia eléctrica em energia mecânica. No entanto o rendimento desta conversão não é de 100%. A energia eléctrica é convertida em energia mecânica e em perdas. Estas perdas são devidas aos diversos elementos que estão presentes na conversão e podem ser divididas em quatro tipos: › Perdas eléctricas; › Perdas magnéticas; › Perdas mecânicas; › Perdas parasitas.
Também a nível Europeu, os motores eléctricos representam uma das fontes mais consumidoras de energia: 70% do consumo eléctrico na indústria e cerca de 1/3 do consumo eléctrico no sector dos serviços. Nos últimos anos, muitos fabricantes de motores investiram fortemente na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos com o objectivo de colocarem no mercado motores mais eficientes.
cia mecânica disponibilizada para a carga. Também é necessário conhecer algumas características da máquina para que se possa fazer a sua modelização e simulação em vários regimes de carga. Os testes e estudos a efectuar para se determinar o rendimento de um motor de indução são descritos na norma CEI 34-2.
As perdas eléctricas são provocadas pela resistência não nula dos condutores das bobines que ao serem percorridos pela corrente provocam perdas caloríficas. As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor devido à histerese e às correntes de Foucault. As perdas mecânicas são provocadas pela rotação das peças móveis, ventilação e atrito do ar. As perdas parasitas são devidas a fugas e irregularidades de fluxo e, também, distribuição de corrente não uniforme. Figura 1 . Perdas nos equipamentos de força motriz.
Para se quantificar o valor do rendimento de um motor é necessário conhecer certos parâmetros, tais como as perdas e a potên-
A eficiência de um motor é dada pelo seu rendimento, ou seja, pela relação entre a
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Correntes: Tal como as correias síncronas, as correntes não têm deslizamento. Normalmente são usadas em aplicações onde é requerido uma velocidade reduzida e binário elevado, suportam ambientes com temperaturas elevadas e cargas de choque e têm um tempo de vida elevado se forem apropriadamente lubrificadas. O seu rendimento ascende aos 98% se forem sujeitas a uma manutenção periódica.
(c)
(a) (d) (b)
(e)
Figura 10 . Transmissão Mecânica em equipamentos de força motriz.
Correias: Estas permitem mais flexibilidade no posicionamento do motor em relação à carga, e usando polias de diferentes tamanhos permitem reduzir/aumentar a velocidade. Existem vários tipos de correias: (a) Correias em V, (b) Correias com dentes, (c) correias síncronas, (d) correias lisas.
› Utilizar os novos motores de “alto rendimento”, que já provaram a sua competitividade apesar do seu custo superior, devendo-se ponderar sempre que necessário a sua utilização. Como se demonstrou neste artigo, os ganhos de eficiência com os motores de alto rendimento, vão desde 1% a 5%, o que se pode traduzir por importantes reduções do seu consumo eléctrico; contudo, pela sua concepção, são naturalmente motores que exigem um investimento inicial superior ao dos motores standard (cerca de 25% a 30%). Face a este acréscimo de custos de investimento, é conveniente efectuarse uma análise económica prévia; pode no entanto, considerar-se tipicamente que, em situações de aquisição de novos motores, a sua utilização é normalmente justificada, sendo o sobrecusto amortizado em 1 a 2 anos, para um período de laboração da ordem das 4 000 h/ano, e em cerca de 3 anos, para 2 000 h/ano de funcionamento. › Atender às necessidades de manutenção dos motores, que são essencialmente a limpeza da carcaça, a fim de reduzir a temperatura, e nalguns casos a lubrificação dos rolamentos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Figura 11 . Tipos de correias: 1-correias trapezoidais 2- correias síncronas.
9› CONSIDERAÇÕES FINAIS A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de metade da energia eléctrica consumida no nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. Como se apresentou neste artigo, os pontos fundamentais em que se deve intervir são os seguintes: › Dimensionar correctamente os equipamentos de força motriz, fazendo os motores funcionar com cargas da ordem dos 70 a 80%. › Adaptar a velocidade do motor às necessidades do processo, utilizando sempre que necessário dispositivos electrónicos de variação de velocidade.
- BELEZA CARVALHO, J. A., MESQUITA BRANDÃO, Eficiência Energética em Equipamentos de Força Motriz. Neutro À Terra – Revista Técnico-Científica Nº3. ISEP, Abril de 2009. - BELEZA CARVALHO, J. A., MESQUITA BRANDÃO, Eficiência Energética em Equipamentos de Força Motriz. Jornadas Luso-Brasileiras de Ensino e Tecnologia em Engenharia. ISEP, Porto, Fevereiro de 2009. - BELEZA CARVALHO, J. A., MESQUITA BRANDÃO, R. F., Efficient Use of Electrical Energy in Industrial Installations. 4TH European Congress Economics and Management of Energy in Industry. Porto, Novembro de 2007. - CARLOS GASPAR, Eficiência Energética na Indústria ADENE, Cursos de Utilização Racional de Energia, 2004. - GARCIA, A. G. Impacto da Lei de Eficiência Energética para Motores Elétricos no Potencial de Conservação de Energia na Indústria. 2003. Dissertação (Mestrado em Planejamento Energético) - Universidade Federal do Rio de Janeiro-COPPE, Rio de Janeiro. - IAN RENNIE, Improving Motor Efficiency for a Better Environment . ABB Review, 1/2000. - WEG, Catálogo de Motores Eléctricos, disponível em http://www.weg.com.br/.