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o electricista Roelof Timmer, Mikko Helinko, Ritva Eskola ABB
eficiência de motores
{OPTIMIZAÇÃO DE RENDIMENTO DURANTE A VIDA ÚTIL DOS MOTORES}
Os motores de alto rendimento podem conseguir grandes reduções no consumo de energia. No entanto, para além da eficiência, ao optimizar o rendimento de um motor durante toda a sua vida útil também temos de considerar outras características importantes, entre as quais a sua adequação à aplicação específica, o seu correcto dimensionamento e a fiabilidade dos enrolamentos e rolamentos. Os motores de alta eficiência podem proporcionar importantes vantagens, como ajudar a reduzir os custos energéticos e limitar as emissões de carbono. Na UE, a introdução do programa europeu de classificação de eficiência concentrou a atenção na eficiência energética. O programa classifica os motores em níveis de eficiência de EFF1 a EFF3, onde EFF1 é o nível mais alto. O programa teve muito êxito, já que reduziu o número de motores comerciais de baixa eficiência; muitos consideram a classificação EFF1 não só como um sinal de eficiência como também como um distintivo geral de qualidade. Actualmente está a ser aperfeiçoado o programa para harmonizar os métodos de verificação de eficiência, de modo a que seja mais fácil comparar os motores de vários fabricantes.
eficiência e os custos, como também o desenho de rolamentos, ranhuras e ventilador, o aumento da temperatura, a vibração e o ruído. Somente um equilíbrio adequado dará como resultado motores de alta qualidade, eficientes e fiáveis, com peso óptimo e uma longa vida útil. Em vez de se centrar apenas na eficiência, a ABB prefere um foco que compreende toda a vida útil dos motores, maximizando os benefícios e minimizando os custos associados ao funcionamento do motor, durante toda a sua vida útil. O foco no ciclo de vida ocupa-se da eficiência e realça, além disso, a importância da fiabilidade e da disponibilidade.
Algumas empresasa defende há muito a necessidade dos motores serem eficientes; desenvolvendo motores de alta eficiência, mesmo antes da introdução do programa da UE de eficiência dos accionamentos, o que natualmente se reflectiu na classificação dos motores. Desenhar e fabricar motores fiáveis, com boas prestações de arranque e de funcionamento, implica conseguir um equilíbrio delicado entre diversos factores: não só a
Figura 1 . Motor M3BP.
Durante o ciclo de vida de um dispositivo, a energia acaba por ser o maior custo; logicamente, o vertiginoso aumento dos preços orientou a atenção para os custos de energia e para a eficiência energética. Em muitas partes do mundo, as autoridades estão a promover programas para convencer os utilizadores industriais para que especifiquem motores de alta eficiência. Esta situação levou alguns fabricantes a elevar o nível de eficiência dos seus produtos, sem examinar outras áreas de rendimento.
DESENHO PARA A EFICIÊNCIA A chave para fabricar motores eficientes reduzindo ao mínimo os custos totais durante a vida útil é garantir que, em cada etapa de desenho e fabrico, seja alcançada uma elevada qualidade. A eficiência de um motor mede a conversão da energia eléctrica em trabalho útil. A energia que se perde é convertida em calor. Para aumentar a eficiência é preciso reduzir estas perdas. As perdas dos motores podem ser classificadas em cinco categorias principais. Duas destas – as perdas no ferro do núcleo e as perdas por resistência aerodinâmica e atrito – classificam-se como perdas não re-
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tura de operação deve duplicar, em teoria, a vida útil do lubrificante do rolamento. As temperaturas internas excessivas também afectam a vida útil dos enrolamentos. Neste caso, é o isolamento do fio de cobre que se degrada pelo efeito das altas temperaturas. Um aumento de 10° C na temperatura de operação pode reduzir para metade a vida útil do enrolamento. Por esta razão, a maioria dos motores são fabricados com isolamento de Classe F (155° C), mas são desenhados para funcionar a temperaturas não superiores às da Classe B (130° C). O aumento de temperatura é um aspecto do rendimento dos motores que se investiga permanentemente (Quadro 3). Outro factor da fiabilidade do enrolamento é a tensão suportada, que mede a integridade do enrolamento. Os enrolamentos devem suportar uma tensão cerca de 1.200 V, ainda que se possam fornecer motores que suportam 1.400 V ou mais, se o enrolamento resistir a maiores picos de tensão, como é o caso de alguns accionamentos de velocidade variável (Figura 2).
Quadro 3 . Três formas para continuar a melhorar a eficiência energética.
petróleo e gás, por exemplo, a segurança é fundamental para o proprietário do processo. Os motores funcionam geralmente em ambientes muito duros e têm de suportar condições extremas de calor ou frio, ou ambientes com pó ou húmidos.
consumo de energia. A energia utilizada por um motor durante a sua vida útil pode custar até 100 vezes o preço de compra do motor. Sem dúvida que a eficiência representa apenas um aspecto do funcionamento e os custos de energia constituem uma parte dos custos totais durante a sua vida útil.
OS MOTORES DE ALTA QUALIDADE FUNCIONAM MELHOR
A fiabilidade – e os custos de manutenção e de tempos mortos resultantes de uma fiabilidade deficiente – pode ser ainda mais importante nalgumas aplicações. A experiência e conhecimentos especializados de algumas empresas proporcionam-lhes um profundo conhecimento das complicadas relações existentes, considerando um comportamento óptimo de arranque e funcionamento entre eficiência, peso, aumento de temperatura, ruído e vibração.
Os motores eléctricos – os “burros de carga” da indústria moderna – podem contribuir muito para os esforços de redução do consumo de energia e as emissões de CO2. Estima-se que os motores usam 65% da electricidade consumida pela indústria e que gerar electricidade para impulsionar estes motores produz 37 milhões de toneladas anuais de CO2. Dada a magnitude destes valores, incluindo um pequeno aumento na eficiência de cada motor, têm um impacto positivo à escala mundial.
Figura 2 . Características de um bom enrolamento.
Deste modo, devemos ter presente que a fiabilidade também pode apresentar aspectos distintos em diferentes ambientes. Em aplicações de motores na indústria do
Aos utilizadores são oferecidos fortes incentivos financeiros para adquirir motores eficientes. Ainda que os modelos de alta eficiência se vendam com uma sobrevalorização de 5-7% (tamanhos maiores) ou de 15-20% (tamanhos mais pequenos), o investimento é recuperado rapidamente graças ao menor