Optimização de sistemas elétricos de força motriz

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artigo tĂŠcnico Fernando J. T. E. Ferreira(1)(2) e Dulce H. C. Coelho(1)

Optimização de Sistemas ElÊctricos de Força Motriz

Resumo Os sistemas elÊctricos de força motriz são, indubitavelmente, uma das cargas elÊctricas mais importantes, sendo,

Palavras Chave – Sistemas ElĂŠctricos de Força Motriz, Motores ElĂŠctricos, Motores de Indução, Variadores ElectrĂłnicos de Velocidade, Reparação de Motores ElĂŠctricos, Optimização, EficiĂŞncia EnergĂŠtica.

por isso, desejĂĄvel optimizar o seu de-

1. Introdução

sempenho. Neste artigo, apresentam-se

No seguimento do acordo de Quioto1 em 1997, os sistemas elÊctricos de força motriz (SEFMs), devido à sua importância em termos de consumo de energia elÊctrica, têm sido, nos últimos anos, alvo de caracterização e investigação na União Europeia (UE). Estudos recentes caracterizaram os sectores industrial e terciårio e identificaram as principais tecnologias conducentes à optimização do desempenho dos SEFMs, assim como as aplicaçþes onde o potencial de poupança energÊtica Ê mais significativo [1, 2, 3, 4]. Os motores elÊctricos consomem mais de metade da energia elÊctrica total consumida nos países desenvolvidos. Na UE os motores elÊctricos são responsåveis por cerca de 70% e 35% da energia elÊctrica consumida nos sectores industrial e terciårio, respectivamente [3]. Na indústria, o consumo de energia elÊctrica dos motores elÊctricos por utilização final reparte-se maioritariamente pelas bombas (21%), ventiladores (16%) e compressores (25%). No sector terciårio, o consumo dos motores elÊctricos repartese maioritariamente pelas bombas (16%), ventiladores (24%), refrigeração (25%), ar condicionado (17%) e elevadores/tapetes rolantes (11%) [3]. Desta forma, pequenos aumentos no rendimento dos SEFMs terão um impacto muito significativo na redução do consumo de energia elÊctrica da UE e,

diversas tecnologias para melhorar o desempenho dos sistemas elÊctricos de força motriz, bem como os benefícios tÊcnico-económicos que daí advêm, nomeadamente atravÊs da integração de variadores electrónicos de velocidade, de motores elÊctricos mais eficientes, de sistemas de transmissão mecânica mais eficientes e da utilização de tÊcnicas de manutenção curativa de motores elÊctricos adequadas. Apresenta-se, tambÊm, uma estimativa dos respectivos potenciais de poupança económicos para os sectores industrial e terciårio da União Europeia, em 2015.

(1) Departamento de Engenharia ElectrotÊcnica – Instituto Superior de Engenharia de Coimbra (2) Instituto de Sistemas e Robótica de Coimbra

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Na conferĂŞncia de Quioto realizada em 1997, a UniĂŁo Europeia comprometeu-se a reduzir em 8% as emissĂľes de CO2 registadas em 1990, num perĂ­odo de 13 anos (atĂŠ 2010) [1].

M A N U T E N Ç Ăƒ O

N.

o


artigo tĂŠcnico 4. Em relação Ă reparação eficiente dos MIs (REMI), que pressupĂľe a garantia do seu rendimento original, estima-se que, com a sua aplicação, a poupança de energia elĂŠctrica nos sectores industrial e terciĂĄrio da UE, em 2015, possa atingir 5.6 TWh/ano, traduzindose numa poupança de cerca de 378 MilhĂľes de /ano e numa redução das emissĂľes de CO2 de 2.3 Mton/ ano. Nesta estimativa assume-se que 2/3 dos MI em funcionamento jĂĄ foram reparados [2, 3, 4]. Tabela 2 – Potencial econĂłmico de poupança de energia elĂŠctrica estimado para 2015 na UE, em TWh/ano [2, 3, 4]. Unidade: TWh/ano

EEM

VEV

REMI

Sector industrial

24.1

44.9

4.2

Sector terciĂĄrio

11.5

9.1

1.4

Total

35.6

54.0

5.6

Tabela 3 – Redução das emissĂľes de CO2 associadas ao potencial econĂłmico de poupança de energia elĂŠctrica estimado para 2015 na UE, em Mton/ano [2, 3, 4]. Unidade: Mton/ano

EEM

VEV

REMI

Sector industrial

9.6

18.0

1.7

Sector terciĂĄrio

4.6

3.6

0.6

Total

14.2

21.6

2.3

Tabela 4 - Potencial económico de poupança estimado para 2015 na UE, em M /ano [2, 3, 4]. Unidade: *106

EEM

VEV

REMI

Sector industrial

1325.5

2469.5

230.8

Sector terciĂĄrio

1150.0

910.0

146.8

Total

2475.5

3379.5

377.6

A redução das perdas energÊticas nos sistemas elÊctricos de força motriz na UE contribui ainda para o aumento da competitividade do seu tecido empresarial e para a redução da sua dependência de fontes de energia externas.

ReferĂŞncias [1]ISR-University of Coimbra, Motors Study Group, “Actions to Promote Energy-Efficient Electric Motorsâ€?, DGXVII, European Commission, October 1996; [2]Almeida, A.; Ferreira, F.; Walters, D.; Parasiliti, F.: “Barriers Against Energy-Efficient Motor Repairâ€?, European Commission, SAVE Project, 1999; [3]Almeida, A.; Fonseca, P.; Ferreira, F.; Guisse, F.; Diop, A.; Previ, A.; Russo, S.; Falkner, H.; Reichert, J.; Malmose, K.: “Improving the Penetration of Energy-Efficient Motors and Drivesâ€?, European Commission, DGTE, SAVE II Programme 2000; [4]Almeida, A.; Ferreira, F.; Fonseca, P.; Chretien, B.; Falkner, H.; Reichert, J.; West, M.; Nielsen, S.; Both, D.: “VSDs for Electric Motor Systemsâ€?, European Commission, DGTE, SAVE II Programme 2000; [5]Almeida, A.; Ferreira, F.; Busch, J. F.; Angers, P.: “Comparative Analysis of IEEE 112-B and IEC 34-2 Efficiency Testing Standards Using Stray Load Los-

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ses in Low Three-Phase, Cage Induction Motorsâ€?, IEEE, Industry Application Society, ICPS Department, New Orleans, LA, May 2001; [6]March, D.: “Inverters rev up small-motor drivesâ€?, EDN Europe, May 2000. [7]Control Engineering Europe: “Integrated motordrive combinationsâ€?, February 2001; [8]Bartos, F.: “Forward to the Past’ with SR Technologyâ€?, Control Engineering International, Nov/Dec 1999; [9]Ferreira, F.: “TĂŠcnicas Avançadas de Manutenção Curativa e Reabilitação de Motores de Indução TrifĂĄsicos de Baixa TensĂŁoâ€?, Tese de Mestrado, Faculdade de CiĂŞncias e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2002. [10]Almeida, A.; Ferreira, F.; Busch, J.; Angers, P.: “Comparative Analysis of IEEE 112-B and IEC 34-2 Efficiency Testing Standards Using Stray Load Losses in Low Three-Phase, Cage Induction Motorsâ€?, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 38, No. 2, March/April 2002; [11]Ferreira, F.; Almeida, A.: “Tecnologias de Manutenção Curativa de Motores de Indução TrifĂĄsicos de Baixa TensĂŁo com Rotor em Gaiola de Esquiloâ€?, Associação Portuguesa da IndĂşstria de Cerâmica, Revista “KĂŠramicaâ€?, Ano XXVIII, N.Âş 259, ISSN 0871780X, Maio/Junho, 2003; [12]Ferreira, F.; Almeida, A.: “Enquadramento da Manutenção Curativa no Custo do Ciclo de Vida dos Motores de Indução TrifĂĄsicosâ€?, Revista “KĂŠramicaâ€?, Ano XXIX, N.Âş 261, ISSN 0871-780X, Setembro/Outubro, 2003; [13]Ferreira, F.; Almeida, J.: “AnĂĄlise TĂŠcnico-EconĂłmica dos Variadores ElectrĂłnicos de Velocidadeâ€?, Revista O Electricista, N.Âş 9, Agosto de 2004; [14]Ferreira, F.; Carvalho, J.: “Metodologia para Especificação dos Enrolamentos EstatĂłricos na Rebobinagem dos Motores de Indução TrifĂĄsicos de Baixa TensĂŁoâ€?, Associação Portuguesa da IndĂşstria de Cerâmica, Revista “KĂŠramicaâ€?, Ano XXIX, N.Âş 264, ISSN 0871-780X, Janeiro/Fevereiro, 2004; [15]Ferreira, F.; Almeida, A; Almeida, J.: “MĂŠtodo de Avaliação em Campo do Tipo de Ligação mais Vantajosa para os Enrolamentos EstatĂłricos dos Motores de Indução TrifĂĄsicosâ€?, Revista Manutenção, N.Âş 81, Julho de 2004; [16]Ferreira, F.; Almeida, J.: “AnĂĄlise Comparativa entre Sistemas ElĂŠctricos de Força Motriz de Velocidade VariĂĄvel Integrando Motores de Indução e Motores DC sem Escovasâ€?, Revista O Electricista, N.Âş 10, Outubro de 2004; [17]Ferreira, F., Moreira, L; BeirĂŁo, D.: “Consideraçþes TĂŠcnico-EconĂłmicas sobre Motores de Indução TrifĂĄsicos de Alto Rendimento (Classe EFF 1)â€?, Revista “KĂŠramicaâ€?, Ano XXX, N.Âş 268, ISSN 0871-780X, Setembro/Outubro, 2004; [18]Ferreira, F.; Almeida, A.: “Electric Machinery Winding Design Software for Teaching and Rewindingâ€?, Proceedings, XVI International Conference on Electric Machinery (ICEM), September 2004; [19]Almeida, A.; Ferreira, F.; Both, D.: “Technical and Economical Considerations to Improve the Penetration of Variable Speed Drives for Electric Motor Systemsâ€?, IEEE Transactions on Industry Applications, January/February 2005.

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