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INFORMAÇÃO TÉCNICO-COMERCIAL Nuno Andrade Responsável Departamento Automação Bonfitec – Equipamentos Industriais, Lda. Tel.: +351 229 759 634 · Fax: +351 229 752 211 bonfitec@bonfitec.pt · www.bonfitec.pt

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM ACCIONAMENTOS ELECTROMECÂNICOS Actualmente palavras como globalização, competitividade, e eficiência obrigam os diferentes players industriais a melhorarem, de forma contínua, os seus processos de forma a poderem ter sucesso no mercado global. De entre os vários factores que influenciam o custo efectivo do produto final, a energia utilizada para a sua produção é uma variável que pode determinar a competitividade do bem produzido. Existem numerosos parâmetros que determinam a eficiência energética na indústria em geral e nos accionamentos electromecânicos em particular. As medidas adequadas para a racionalização energética do sistema produtivo em questão apenas podem ser efectuadas após uma análise exaustiva do processo mecânico e os requisitos energéticos essenciais para o correcto funcionamento do sistema:

As seguintes medidas de apoio ao uso inteligente de energia eléctrica:

1 - Uso da Energia de forma Inteligente; 2 - Converter Energia de forma Eficiente; 3 - Dimensionamento correcto de Unidade de Frenagem.

Utilização de Variadores Electrónicos de Frequência Como já foi referido anteriormente, a máxima eficiência de sistemas de accionamento encontra-se muitas vezes em torno de um estreita faixa da potência nominal. Apesar disso, muitas unidades estão sobredimensionadas para “estar no lado seguro”. Como resultado, a unidade é operada de uma forma muito inferior à sua potência e a eficiência é significativamente reduzida. Como sobredimensionamento significa também maiores custos de aquisição, a primeira medida que vale a pena para uma melhoria da eficiência energética é sempre orientar com precisão as unidades para o máximo de energia mecânica exigida pela aplicação. Devido ao vasto conhecimento de aplicações e ferramentas poderosas de dimensionamento, a Bonfiglioli pode auxiliar o responsável pelo projecto nesta área. De uma correcta selecção resulta menores custos de aquisição e um menor consumo de energia.

1. USO DA ENERGIA ELÉCTRICA DE FORMA INTELIGENTE

Requisitos de Energia = 100%

Potência Perdida Potência Perdida

Requisitos de Energia = 67%

Projecto Preciso Grande parte da potência necessária do ciclo de trabalho de uma máquina encontra-se na gama em torno da potência nominal. No entanto, muitas unidades estão sobredimensionados de forma a garantir qualquer eventualidade e, desta forma, jogar pelo seguro. Como resultado, o sistema opera numa zona muito inferior à sua potência e, como consequência, a eficiência é significativamente reduzida. Como sobredimensionamento também significa maiores custos de aquisição, a primeira medida a ter em conta para aumentar a eficiência energética é sempre orientar com precisão os sistemas para o máximo de energia mecânica exigida pelo accionamento.

Requisitos da aplicação

Potência Mecânica

Potência Mecânica

Maior eficiência minimiza as perdas da aplicação

A fim de se fazer o uso eficaz da energia disponível, a potência mecânica pelo accionamento eléctrico deve ser orientado para as necessidades reais da aplicação. Tanto a quantidade máxima de energia necessária e como as flutuações nas operações devem ser tidas em conta. Um dimensionamento inteligente e orientado para as necessidades de fornecimento de energia necessita que: • •

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A unidade a ser concebido tem de estar em conformidade com a quantidade máxima de energia mecânica necessária; A potência mecânica para ser adaptado à necessidade predominante, tendo sempre em linha de conta as variações de carga da aplicação.

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Perfil de Movimento Eficiente / Ajustamento do Ponto de Funcionamento As sequências de movimentos dinâmicos podem ser efectuadas com um elevado grau de eficiência que a energia é tão elevada quanto possível. Por exemplo, em muitos accionamentos de posicionamento nem sempre


Variador de Frequência • Hoje, os variadores de frequência têm uma fonte de potência de 15 W, que é necessário para alimentar a electrónica de comando. Além disso existem perdas de energia na fase de saída do variador de frequência, que são determinadas pelo nível de corrente do motor. A frequência de comutação seleccionada e o comprimento do cabo do motor também têm uma influência significativa sobre o total das perdas; • Os Variadores de Frequência actualmente atingem um nível de eficiência de 94% a 97%;

muitos casos. Se economicamente é rentável, a colocação de um módulo extra de conversão de energia DC/AC deve ser conectado ao barramento DC de um ou mais variadores de frequência. Não tem sentido em termos económicos usar um módulo de regeneração se a potência média não for superior a 5 kW.

Control circuit

L1

+ U

L2

L3 Line choke

Outra funcionalidade bastante útil, já implementada nos variadores de frequência da Bonfiglioli Vectron, é a “Energy Saving”. O ciclo de trabalho de um accionamento depende do sector onde está aplicado. Como tal, existem accionamentos cujos ciclos de trabalho podem ser inferiores a 10% até 100% no limite. Como ciclo de trabalho define-se o quociente entre o tempo em que o accionamento está ligado à fonte de potência pelo tempo em que o accionamento está efectivamente a funcionar. Ciclos de Trabalho Típicos dos Variadores: D=

Working hours Operating hours

* 100%

Têxtil: Madeira-pedra-mármore: Aquecimento, ventilação: Cortador Carne: Gruas: Actuação Porta:

L3 L2 L1

A “Energy Saving” permite desligar toda a eléctrica de potência durante o período em que o accionamento não está em movimento, permitindo poupar 83% da energia consumida no variador de frequência durante este período. A partir do momento em que o comando inicia o movimento, toda a electrónica de potencia fica activa num intervalo de tempo inferior a 2ms. 18W D = 16W

6W

M 3~

DC

Invester

Troca de Energia Entre Variadores de Frequência Em muitas aplicações onde a potência de frenagem para imobilizar um accionamento é considerável, existem outros accionamentos que continuam a trabalhar ao mesmo tempo. Temos, por exemplo, accionamentos sincronizados, desbobinadores em linhas de produção contínua. Nestes casos, o barramento do bus de contínua deve estar ligado para permitir a troca de energia de forma directa. A ligação de barramento DC também pode ser usado para fazer uso comum de uma unidade central de regeneração, com várias unidades, e assim, poupar dinheiro. PE

80 – 90% 55 – 65% 15 – 20% 5 – 10% 4 – 8% < 1%

W

EMC-filter Rectifier

V

+ DC-Link – DC-Link

Armazenar Energia em Condensadores Outra forma na qual a energia gerada durante a frenagem pode ser utilizada é armazená-la em condensadores e, em seguida, disponibilizá-la durante a próxima aceleração ou elevação. Comparado com a unidade de regeneração, esta opção é mais barata, mas a capacidade de armazenamento do condensador é limitada.

2W Concorrência

AgilE ready

AgilE standby

3. DIMENSIONAMENTO CORRECTO DE UNIDADE DE FRENAGEM Recuperação de Potência para a Rede A maioria dos variadores de frequência não pode fornecer energia para a rede. Este processo acarreta custos adicionais e não é necessário em

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CONCLUSÕES A eficiência energética é, cada vez, mais um argumento tangível na hora de escolher uma solução técnica. Actualmente o custo associado a uma solução mais eficiente não é muito diferente da solução tradicional. Isto deve-se ao facto destas tecnologias estarem a ser produzidas numa escala maior do que no passado, e como tal, o preço tende a baixar. Com este artigo conseguimos demonstrar que, actualmente, existem ferramentas de dimensionamento e produtos mecânicos e/ou electrónicos que permite optimizar o consumo energético de um accionamento electromecânico.

Eficiência energética em accionamento electromecânicos  
Eficiência energética em accionamento electromecânicos  

Autor: Nuno Andrade; Revista: robótica nº81