Fernando J. T. E. Ferreira1,3 e Sérgio M. A. Cruz2,4
Dossier
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Dep. Eng. Electrotécnica, Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, Coimbra, Portugal 2
Dep. Eng. Electrotécnica e de Computadores, Universidade de Coimbra, Portugal 3
Instituto de Sistemas e Robótica, Universidade de Coimbra, Portugal 4
Instituto de Telecomunicações, Portugal
Visão geral sobre selecção, controlo e manutenção de motores de indução trifásicos Resumo Os motores eléctricos são parte integrante da grande maioria dos equipamentos industriais. Nos países desenvolvidos, consomem mais de 50% da energia eléctrica, sendo por isso uma das cargas eléctricas mais importantes. Devido ao seu relativo baixo preço, bom rendimento e elevada fiabilidade, os motores de indução trifásicos com rotor em gaiola de esquilo (MIs) dominam o actual mercado de motores eléctricos industriais, situação que se manterá, seguramente, na próxima década. Na indústria, ao longo do seu tempo de vida de 12 a 20 anos, os MIs são reparados tipicamente 2 a 4 vezes e consomem uma energia que, em valor, pode representar 60 a 200 vezes o seu custo inicial, dependendo esta relação, em grande parte, do seu rendimento médio ao longo do ciclo de funcionamento. Na maioria dos casos, em contexto industrial, o custo do ciclo de vida dos MIs imputa-se em mais de 90% ao seu custo de exploração ou de utilização, no qual influi directamente o seu rendimento e fiabilidade, podendo ambos ser maximizados através de práticas correctas de selecção, controlo e manutenção, bem como, simultaneamente, através da garantia de apropriadas condições de funcionamento, incluindo a qualidade da alimentação. De uma perspectiva técnico-económica, o investimento na melhoria do rendimento, da fiabilidade e do controlo dos MIs e, de forma mais geral, dos sistemas eléctricos de força motriz é, para grande parte das indústrias, rentável e muito atractivo. Neste artigo, de forma integrada e actualizada, apresenta-se uma breve síntese sobre os referidos aspectos, inerentemente subjacentes à moderna gestão dos sistemas eléctricos de força motriz industriais, com especial destaque para os MIs. Pretende-se, acima de tudo, dar ao leitor uma visão geral sobre o assunto, apresentando-se, em cada secção, um conjunto de referências bibliográficas, de consulta recomendada a quem desejar aprofundar os conhecimentos técnicos nos diversos assuntos discutidos.
I. Introdução Os motores eléctricos são parte constituinte dos accionamentos electromecânicos ou sistemas eléctricos de força motriz (SEFMs, Fig. 1) que, por sua vez, integram a grande maioria dos equipamentos industriais. Mundialmente, os motores eléctricos consomem 30-40% da energia eléctrica (sendo este valor de 50-60% nos países desenvolvidos), constituindo assim uma das cargas eléctricas mais importantes, responsável por cerca de 13% do total de emissões de CO2eq, conforme se ilustra na Fig. 2 [1-6]. Desta forma, pequenos aumentos no rendimento dos SEFMs terão um impacto muito significativo na redução do consumo de energia eléctrica e, consequentemente, nas emissões de CO2eq inerentes à sua produção. Na indústria da União Europeia (UE), tal como em Portugal, os motores eléctricos consomem 70-75% da energia eléctrica, que se reparte por bombas (21%), ventiladores (16%) e compressores (25%). No sector terciário, o consumo dos motores eléctricos reparte-se maioritariamente pelas bombas (16%), ventiladores (24%), refrigeração (25%), ar condicionado (17%) e elevadores/tapetes rolantes (11%) [1]. Devido ao seu relativo baixo preço, bom rendimento e elevada fiabilidade, os motores de indução trifásicos com rotor em gaiola de esquilo (MIs), fechados (blindados) e auto-ventilados (Fig. 3), dominam o actual mercado de motores eléctricos industriais (i.e., com potência nominal igual ou superior a 0,75 kW), representando, em
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número, mais de 90% dos motores vendidos e 85-90% dos motores instalados na indústria (Fig. 4), situação que se manterá, seguramente na próxima década [3, 4]. Nos EUA, 96% da energia eléctrica consumida pelos motores imputa-se aos MIs. Na indústria, ao longo do seu tempo de vida de 12 a 20 anos, os MIs são reparados tipicamente 2 a 4 vezes e consomem uma energia que, em valor, pode representar 60 a 200 vezes o seu custo inicial, dependendo esta relação, em grande parte, do seu rendimento médio ao longo do ciclo de funcionamento.
Figura 1 - Sistemas eléctricos de força motriz.