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MOTORES DE ALTO RENDIMENTO

Alunos: Cristian Loregian Bampi

Greison Loimar Gobbi

Pablo Henrique Seibert Jahno

2 O QUE SÃO?

Motores de alto rendimento são os que produzem a mesma quantidade de trabalho na ponta de seu eixo, consumindo no entanto menor quantidade de energia elétrica.

3 EVOLUÇÃO

Desde a origem dos motores de alto rendimento na década de 70, os motores passaram por grandes mudanças, que vão desde os materiais empregados até as técnicas construtivas. A seguir vemos a evolução dos motores do ponto de vista potencia x peso.

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6 Motores antigos, operavam com um maior nível de temperatura assim as perdas internas também aumentavam significativamente, tal despreocupação com o rendimento era devido a importância dada apenas custo inicial, tendo em vista o alto nível de oferta e o relativo baixo custo da eletricidade.

7 VANTAGENS

Reduzem o consumo de energia elétrica;

A maioria deles apresenta um fator de potência mais alto;

Menores temperaturas de operação;

O rendimento decai menos para baixas cargas;

Minimizam o superdimensionamento, nas situações em que não se possam corrigir a potência do motor.

8 Desvantagens

• Alto custo

• Diminuição do escorregamento (aumento na velocidade do rotor);

• Aumento da corrente de partida - o que pode ter implicações no dimensionamento da alimentação e acionamento do motor;

• Diminuição do binário de arranque – o que causa problemas em cargas com elevada inercia

9 Rendimento

Potencia de saída

Ps(W ) = T (N.m) • w (rad /s)

Potencia de Entrada

Pe = 3 •VL (V ) • I L (A) • cosϕ

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PRINCIPAIS MUDANÇAS

12 Chapas Magnéticas

As chapas que compõem o rotor e o estator são de melhor qualidade, resultando em perdas por histerese e por correntes induzidas menores que as chapas utilizadas nos motores normais. Alterações nas chapas, também podem incluir redução da espessura e tratamento térmico para redução de perdas, por corrente de foucault.

13 Enrolamentos do Rotor e do Estator

Os enrolamentos de cobre do estator e de alumínio do rotor possuem um volume maior de material, fazendo com que a resistência elétrica dos mesmo seja menor, desta forma reduzindo as perdas por efeito Joule. Alguns fabricantes também utilizam materiais com menor resistividade.

14 Ventilador

São otimizados de forma a ter uma maior eficiência, reduzindo as perdas por ventilação. Uma vez que o motor possui menos perdas, a necessidade de ventilação também diminuem, contribuindo para a redução da potência necessária para o ventilador

15 Rolamentos

São empregados rolamentos especiais com menor coeficiente de atrito que os normalmente empregados. Desta forma, a vida útil dos rolamentos é em geral maior que os rolamentos comuns.

16 Dimensões Principais

O diâmetro do rotor, as ranhuras, o entreferro e o comprimento axial do motor são especialmente dimensionados para proporcionar um rendimento elevado para o motor.

17 Tolerâncias Mecânicas Melhores

Utilizando-se ferramentas de maior precisão as tolerâncias de fabricação podem ser sensivelmente reduzidas, diminuindo desbalanços e imperfeições, as quais contribuem para as perdas adicionais.

18 Mudanças

Apresentam menor temperatura de trabalho resultando numa vida útil maior, menor necessidade de manutenção e menor nível de ruído devido ao melhor balanceamento e menores tolerâncias de fabricação. Deve-se também salientar que as características citadas variam de fabricante para fabricante

19 Legislação

Em 2002 o Governo Brasileiro estabeleceu a Lei 10.295 a qual determinava os níveis mínimos de eficiência energética para máquinas e equipamentos. Para os motores elétricos tinham-se duas opções: padrão e alto rendimento.

Em 2009 o Governo aprovou a portaria nº 553 que por sua vez estabeleceu como padrão, ou seja, nível mínimo de rendimento, os níveis similares aos denominados anteriormente como alto rendimento. A partir daí fabricantes de máquinas e consumidores finais devem utilizar produtos que atendam aos novos níveis de rendimento.

A norma brasileira NBR 7094 estabelece níveis mínimos de rendimento que devem ser apresentados por motores designados como de alto rendimento pelo fabricante.

20 Análise econômica

A análise econômica sempre é realizada por meio de comparação de várias alternativas incluindo motores standard e de alto rendimento de um ou mais fabricantes. Na prática, muitas vezes, torna-se necessário a inclusão de outros equipamentos que se destinam ao acionamento ou controle do motor tais como chaves de partida, inversores, equipamentos de manobra e acoplamentos.

21 Principais fatores a considerar na analise econômica

a) rendimento dos motores: sempre que possível deve-se ter disponível a curva de rendimento em função do carregamento.

b) tempo de operação: é expresso em número de horas que o motor permanece em operação colocado sobre uma base mensal ou diária.

c) nível de carregamento: além do número de horas em operação deve-se conhecer quanto da potência nominal do motor está sendo utilizado quando o mesmo se encontra em operação.

d) Custo da Energia: a análise econômica necessita do custo do kWh, o qual em geral varia conforme o tipo de consumidor e da concessionária.

d) taxas de juros: a comparação de várias alternativas necessita de taxas referenciais para a aplicação de capital.

22 Economia Mensal de Energia

Considera-se que foi determinada a potência necessária para o motor e que está sendo feita uma comparação entre duas alternativas: um motor standard e um de alto rendimento. Para a determinação do tempo de retorno é necessário inicialmente a determinação das perdas de cada um.

23 Vida Útil do Motor

Uma vez que a possível economia que o motor de alto rendimento irá proporcionar ocorrerá ao longo da sua vida útil, torna-se necessário estimar qual a vida útil do motor. Para tanto não existe uma forma precisa para a sua determinação, sendo que os métodos disponíveis baseiam-se em estudos estatísticos. Os principais fatores que influenciam a vida útil são: temperatura do enrolamento, temperatura ambiente, sobrecargas eventuais, variação da tensão da rede (sub- e sobretensões, desbalanços, harmônicos, etc).

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O principal fator que afeta a vida útil é a temperatura de trabalho do motor. Temperaturas acima da permitida pela classe de isolação do motor contribuem para um envelhecimento precoce dos materiais isolantes, podendo levar a avarias prematuras. Estima-se que para cada aumento de 10 a 12 graus além da temperatura permitida pela classe de isolação a vida útil do motor é reduzida pela metade.

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26 Exemplo

Considere que para uma determinada aplicação foi determinado que a potência do motor deverá ser 40 cv (aprox. 30 kW). O motor deverá ser de 220/380 volts e girar próximo de 1800 rpm, tendo 4 pólos na frequência de 60 Hz. O motor deverá funcionar com a potência nominal durante 14 horas por dia, num total de 430 horas mensais. Deseja-se fazer uma análise econômica para verificar a viabilidade da aquisição de um motor de alto rendimento. A análise deverá incluir os fatores estudados anteriormente. O preço do kWh pago pelo usuário é de R$ 0,07 / kWh.

27 IMPORTÂNCIA DO MOTOR DE ALTO RENDIMENTO NA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

Motores de alto rendimento apresentam, comparados aos motores standart, um rendimento superior, melhorando a eficiência energética de qualquer indústria que os utilize, logo a substituição dos motores atuais pelos de alto rendimento, representará significativos ganhos econômicos e energéticos.

28 Considerações finais

Deve-se salientar, que os motores de alto rendimento nem sempre são justificáveis e trazem vantagens econômicas. Devemos analisar a relação custo x beneficio, pois o motor de alto rendimento tem um custo de implantação maior, que pode não ser justificável dependendo da aplicação. Porem analisando do ponto de vista de conservação de energia, os motores de alto rendimento sempre são uma vantagem, visto que eles possuem um melhor aproveitamento da energia consumida.

29 Bibliografia

Andreas, John C. : Energy Efficient Motors - Selection ans Applications, Marcel Dekker Inc., 1982.

Jordan, Howard E. : Energy Efficient Electric Motors and their Application, Van Nostrand Reinhold Company, 1992.

Nadel, S; Shepard, M.; Greenberg, S.; Katz, G.; Almeida, A. T. : Energy-Efficient Motor Systems: a Handbook on Technology, Program, and Policy Opportunities, ACE3,1992.

Catálogo de Motores da WEG.

NBR 7094

Decreto nº 4.508 de 2002