21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
X-013 – A INCLUSÃO DO REDIMENSIONAMENTO DOS MOTORES
ELÉTRICOS INSTALADOS NA SABESP, NO PROGRAMA PARA REDUÇÃO
DE GASTOS
Antonio Soares Pereto(1)
Gerente de Planejamento e Controle da Superintendência de Manutenção Guarapiranga –
Sabesp. Formação : Engenheiro Industrial Eletricista – 1969 pela Faculdade de
Engenharia Industrial SP., Pós-Graduado em Administração de Empresas – 1979 pelo
Mackenzie – SP. Experiência Profissional: Engenheiro, Assistente da Diretoria e
Gerência da Sprecher and Schuh, Ind. de Equipamento de Alta Tensão – 1969/1982,
Coordenador Europa – Usina Itaipu – 1982/1988, Engenheiro Superintendente
Eletromecânico e Gerente da Sabesp – 1989 até o presente.
Endereço(1): Rua José Rafaelli, 284 – Socorro – São Paulo – SP., CEP : 047263-280 – Brasil , tel. (11)-5683-3243
e-mail: [email protected]
RESUMO
Nas instalações elétricas em geral, a maior parcela de energia elétrica é utilizada para o acionamento de
motores elétricos de indução, com a finalidade de produção de energia mecânica para os diversos processos
necessários ao sistema.
Conforme pesquisa publicada pelo PROCEL – Programa de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica,
empresa ligada à Eletrobras e Ministério das Minas e Energia, 51% do Consumo Energético de Eletricidade
é de responsabilidade dos motores elétricos.
Na SABESP, calcula-se que 97% do Consumo de Energia Elétrica deve-se aos motores.
Tomando-se como base as diversas medições efetuadas ao longo dos levantamentos de campo, estima-se que
as perdas de energia no universo do sistema de força motriz possam atingir percentuais da ordem de 20% do
consumo global do setor de saneamento básico.
Devemos salientar que, de toda a energia elétrica consumida pelos motores, uma parcela considerável é
perdida nos sistemas de transmissão de movimentos (redutores, polias, correias, etc.) e principalmente no
próprio processo de conversão eletromecânica de energia.
O que pretendemos demonstrar com este trabalho técnico, é que existe também perdas, resultantes do alto
grau de envelhecimento dos motores e do super dimensionamento tradicional dos motores.
PALAVRAS-CHAVE: Redimensionamento de motores elétricos, Economia de energia na Sabesp.
INTRODUÇÃO
Nas instalações elétricas em geral, a maior parcela elétrica é utilizada para o acionamento de motores
elétricos de indução, com a finalidade de produção de energia mecânica para os diversos processos
necessários ao sistema.
Conforme pesquisa publicada pelo PROCEL- Programa de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica,
empresa ligada à Eletrobras e Ministério das Minas de energia, 51% do Consumo Energético de Eletricidade
é de responsabilidade dos motores elétricos.
Na SABESP, calcula-se 90% de Consumo de Energia Elétrica deve-se aos motores, pois os mesmos
trabalham em regime permanente, o que nos leva a estimar uma média de 20 horas de trabalho por dia, nos
30 dias do mês. È importante que os motores trabalhem da maneira mais otimizada possível para conseguir
grandes resultados na economia com energia elétrica.
Dados Atuais da SABESP ( valores aproximados ) :
Instalações Operacionais e Administrativa
:
Instalações Alimentadas em AT
:
ABES – Trabalhos Técnicos
2000
800
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Consumo Elétrico Anual
Demanda Elétrica
Potência Instalada
Consumo Elétrico Anual dos Motores
Nº de Motores Instalados
:
:
:
:
:
2.000 GWh
250 MW
600 MVA
1.800 GWh
10.000
Tomando-se como base as diversas medições efetuadas ao longo dos levantamentos de campo, estima-se que
as perdas de energia no universo do sistema de força motriz possam atingir percentuais da ordem de 20% do
consumo global do setor de saneamento básico. Este percentual corresponde, para a SABESP, em média, ao
consumo mensal de 30.000 MWh, valor equivalente ao consumo médio de 100.000 residências de porte
médio alto.
Devemos salientar que, de toda a energia elétrica consumida pelos motores, uma parcela considerável nos
sistemas de transmissão de movimento ( redutores, polias, correias, etc.) e principalmente no próprio
processo de conversão eletromecânica de energia.
O que pretendemos demonstrar com este trabalho técnico, é que existe também perdas, resultantes do alto
grau de envelhecimento dos motores e do super dimensionamento dos motores.
1) HISTÓRICO DOS MOTORES ELÉTRICOS:
Originário do adjetivo latino “motorius” que significa “dar movimento”, os motores surgiram inicialmente
através da máquina a vapor, que convergia térmica em energia mecânica.
No ano de 1831 o cientista Michael Faraday obteve a grande descoberta que foi o marco científico do
desenvolvimento da teoria dos motores elétricos. Faraday observou que o condutor elétrico imerso num
campo magnético, obtinha movimento ao ser percorrido por uma corrente elétrica.
Somente no ano de 1881 que conseguiu-se utilizar, na prática , um motor elétrico.
Este motor movimentava uma máquina mecânica, proporciona movimento longe das quedas d’água e em
regiões de poucos ventos.
O motor elétrico em 1881 pesava 88 kg/kW. Com o desenvolvimento tecnológico, chegamos ai ano de 1984
fabricando motores com o peso de 6,8 kg/kW. Hoje em 1998 fala-se em empresas que conseguem cerca de 4,5
kg/kW.
Não existem dúvidas que os motores elétricos foram os grandes responsáveis pela revolução industria
ocorrida no século passado.
Logo após o início do funcionamento comercial e industrial dos motores elétricos, desenvolveu-se muito as
indústrias e a tração elétrica, pois em 1900 inaugurava-se o Metrô de Paris.
Foi-se descobrindo que através dos sistemas elétricos de transmissão e dos motores, era possível trazer
energia de grandes distâncias, transformada em energia elétrica, para aplicação em energia mecânica pelos
motores, dividindo-se e distribuindo-se a energia para onde fosse necessário. A energia entrava eletricamente
no motor e saía mecanicamente através do eixo do motor e fornecia o movimento.
O desenvolvimento industrial no Brasil, só ocorreu quando houve o aumento na oferta de energia elétrica.
Isto aconteceu a partir da década de 1960. Na década de 1980 foram vendidos no Brasil mais de 2.000
motores por dia, sendo 30% até 1CV, 60% até 10C e 10% acima de 10CV.
Nossa proposta recomenda um novo dimensionamento nos motores elétricos da SABESP, para fazer frente à
evolução tecnológica ocorrida nas últimas décadas e o enquadramento da potência elétrica do motor dentro
da potência real necessária ao movimento.
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ABES – Trabalhos Técnicos
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2) PERDAS NOS MOTORES:
A eficiência ou rendimento de um motor elétrico é, na realidade, um parâmetro que indica a sua capacidade
em converter a energia elétrica absorvida da rede em energia mecânica a ser fornecida no eixo. Para gerir o
processo de conversão eletromecânica, os motores utilizam-se de uma parcela da energia total absorvida,
transferindo ao eixo a energia restante. A rigor, a parcela de energia retida nos motores e normalmente
classificada como parcela de perdas, não pode ser eliminada por ser inerente ao seu próprio funcionamento,
mas reduzida a níveis aceitáveis.
A figura 1, ilustra o processo de distribuição de energia nos motores elétricos, indicando as perdas, a
potência efetivamente transferida ao eixo e a energia reativa concentrada no campo magnético responsável
pelos giro de rotor.
A energia ativa que é o consumo em kWh, bem como a potência ativa que é a demanda em kW, irão montar
a Fatura Mensal de Energia elétrica a ser paga pelo consumidor à concessionária de Energia Elétrica .
As perdas no motores subdividem-se:
•
•
•
•
•
Perdas no cobre : atribuídos á dissipação de calor proveniente da circulação da corrente elétrica pelos
enrolamentos do estator e no circuito rotórico, são as perdas por Efeito Joule.
Perdas mecânicas: atribuídas ao atrito nos mancais, ventilação, que é a resistência que o ar oferece ao
rotor girante e á potência necessária ao acionamento do ventilador incorporado no motor quando existe.
Perdas no ferro: são as perdas por histerese, que é a energia elétrica necessária para vencer a relutância
do núcleo no caminho do fluxo magnético, e as correntes parasitas de Foulcault que ocorre em todos os
materiais condutivos situados no caminho do fluxo associados ao campo magnético girante.
Perdas suplementares: são atribuídos á distribuição não uniforme das correntes do cobre e ao fluxo
disperso nas ranhuras.
Outras perdas significativas são provocadas pelo tempo de uso do motor, data da fabricação , onde a
tecnologia era inferior a atual, os motores eram muitos pesados, com inércia maior, rolamento s
deficientes, má ventilação etc, e o costume dos técnicos em outras épocas de dimensionar motores com
potência muito superior á potência efetiva necessária, o que leva a desperdícios de energia. O custo das
perdas em 10anos de trabalho de um motor operando a 100% de sua capacidade nominal com 100% de
fator de carga, equivale a 20 vezes a custo inicial do motor.
3) VERIFICAÇÃO DE UM MOTOR EM FUNCIONAMENTO. CASO PRÁTICO: ( CASO REAL
OCORRIDO EM UMA PEQUENA CAPTAÇÃO DE ÁGUA)
Potência Nominal = 75CV / trifásico
Tensão de Serviço = 380 V
Tipo de serviço = Bombeamento de água contínuo
Tempo de funcionamento = 24 horas por dia
720 horas por mês
O motor elétrico de características acima mencionadas, acionava uma bomba hidráulica que trabalhava em
regime contínuo, sem variação e tubulações completamente desobstruídas .
Foram efetuadas diversas leituras da corrente elétrica, e o valor encontrado foi sempre 37 A ( trinta e sete
ampares).
Consultando-se o gráfico nº 11 (figura 3), que se refere ao motor de 75 CV, verifica-se que para a corrente de
37 A, o rendimento do motor é 81% e o fator de potência, Cos Æ= 0,80.
Calculando-se a potência ativa para estas condições teremos:
Pa1= √3 x V x l x Cos ∅
Pa1= √3 x 380 x 37 x 0,80
Pa1= 19,481 W
ABES – Trabalhos Técnicos
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Cálculo da Potência útil em CV:
1ª Conclusão: O motor elétrico em questão, estava operando a 28,7% de sua capacidade nominal.
Pu =
Pa x η
736
Pu =
19.481 x 0,81
736
Pu = 21,5 CV
2ª Conclusão: Pode-se aplicar para este serviço, um motor de 25 CV nominais, ou seja:
21,5 CV
25 CV
= 0,86
ou 86% de carregamento
Para estas novas condições, analisando se o gráfico n º6 (figura 4), motor de 25 CV, verificamos que para o
carregamento de 86% a corrente diminuirá para 30 A e Cos ∅ = 0,83.
A potência ativa, para esta situação, será:
Pa2 =√3 x 380 x 30 x 0,83
Pa2 = 16.388 W
3ª Conclusão: a simples substituição do motor, proporcionará uma redução na potência ativa de:
Pa1 – Pa2 = 19.481 =
= 3.093 W
Para o funcionamento mensal de 720 horas, teremos : 3.093W x 720h = 2.226.960 Wh por mês, ou 2.226,96
KWh por mês.
4ª Conclusão: Economia com energia elétrica: 3.093W : 19.481 W = 0,1587 que representa 15,9% de
economia.
4) CONCLUSÃO
a)
Na figura 2 temos as curvas do rendimento e do fator de potência dos motores atuais e mais comumente
encontrados:
Analisando as curvas, verificamos que os valores maiores de rendimento e fator de potência, situa-se
nos carregamentos em torno de 80%.
Abaixo de 70% temos queda acentuada no fato de potência e próximo a plena carga há diminuição no
rendimento e aumento no aquecimento do motor, limitando sua vida útil. Portanto, recomendamos
carregamos na faixa de 70 a 90%.
b) O trabalho dos motores nas empresas de saneamento básico, são normalmente constantes e possíveis de
fixar faixas de carregamentos, evitando-se assim o superdimensionamento. Motores superdimensionados
devem ser substituídos.
c)
Para o caso de motores trabalhando em regime não constante, devemos estudar, após a checagem do
dimensionamento, a aplicação de inversores, de freqüência que alteram a velocidade e reduzem o
consumo de eletricidade.
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ABES – Trabalhos Técnicos
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d) Os dados de placa dos motores são importantes neste modelo de redimensionamento, para verificar a
data de fabricação. Pela data, podemos verificar a condição do peso do motor. Caso não conste na placa,
que nos indicará a alta potência perdida no funcionamento da máquina .
e)
Pelos índices verificados em outras empresas, referentes ao superdimensionamento dos motores, tem
ocorrido até 20% de motores superdimensionados e que proporcionam reduções nos gastos de energia
elétrica na ordem de 12% do total.
f)
Os motores antigos, de baixo rendimento, pesados, não necessitam ser descartados ou sucateados. Eles
serão substituídos por novos, com potência correta e alto rendimento e colocados no sistema como
reserva de base e irão operar quando for necessário a parada do motor novo para manutenção.
figura 1
ABES – Trabalhos Técnicos
figura 2
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figura 3
figura 4
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
6
“Manual de Conservação de Energia Elétrica na Indústria” ; PROCEL- Programa Nacional de
Conservação de Energia Elétrica.
“Auto- Avaliação dos Pontos de Desperdício de Energia Elétrica na Indústria”. Agência para
Aplicação de Energia.
Avaliação do Desempenho de Motores Trifásicos de 3, 5 e 10 CV” – CEMIG – Companhia Energética
de Minas Gerais.
“Revista Eletricidade Moderna” – Aranda Editora.
“WEG Máquinas Ltda.” – Catálogo Técnico de Motores.
“Manual de Procedimentos para Projetos e Instalações Elétricas” – SABESP - Superintendência de
Manutenção Guarapiranga.
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