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MOTORES ELÉTRICOS DE ALTO RENDIMENTO
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FU FUSSPP – F–F UNUNDDAAÇÇÃÃOO DDEE AA PPOOIIOO ÀÀ UU NNIIVVEERRSSIIDDAADDEE DDEE SS ÃÃOO PP AAUULLOO Av. Afrânio Peixoto, 14 – Butantã – São Paulo – SP – CEP 05507-
MOTORES ELÉTRICOS DE ALTO RENDIMENTO
Motores de alto rendimento são aqueles projetados para, fornecendo a mesma potência útil (na ponta do eixo) que outros tipos de motores, consumirem menos energia elétrica da rede (maior rendimento).
Os motores de alto rendimento apresentam as seguintes características:
- Chapas metálicas de melhor qualidade (aço silício);
- Maior volume de cobre, o que reduz a temperatura de operação;
- Enrolamentos especiais, que produzem menos perdas estatóricas;
- Rotores tratados termicamente, reduzindo perdas rotóricas;
- Altos fatores de enchimento das ranhuras, que provêm melhor dissipação do calor gerado;
- Anéis de curto-circuito dimensionados para reduzir as perdas Joule;
- Projetos de ranhuras do motor são otimizados para incrementar o rendimento. Cada vez mais a energia elétrica vem se tornando um insumo de maior custo. Assim, a utilização dos motores de alto rendimento, mesmo com um custo superior aos motores padrões, torna-se plenamente justificável, pois reduz custos do consumo de energia elétrica, além de proporcionar outros ganhos à sociedade, resultante de uma utilização mais racional dos recursos naturais.
Portanto, na especificação de motores para novos empreendimentos deve-se sempre optar por motores de alto rendimento. Também se deve optar pelos motores já contemplados pelo processo de etiquetagem do INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, o que é uma garantia da qualidade do equipamento.
Este documento apresenta especificações técnicas para motores de alto rendimento de acordo com o Decreto Federal n o^ 4.508 de 11 de Dezembro de 2002. É importante destacar que, tão importante quanto escolher um motor elétrico de alto rendimento, é necessário fazer o seu correto dimensionamento. Por esta razão, a primeira parte deste documento mostra o procedimento para o correto dimensionamento de motores em regime de operação S1.
Na segunda parte são apresentadas as especificações sobre motores de alto rendimento e as informações técnicas de três fabricantes que já foram submetidos ao processo de avaliação do INMETRO.
requerida pela máquina, a menos que o motor possua Fator de Serviço 1 maior do que 1,00. Com a escolha do motor sendo feita à luz destes critérios, a possibilidade de superaquecimento fica descartada, pois a elevação de temperatura máxima permitida para sua classe de isolamento térmico nunca será ultrapassada nas condições normais de operação.
Uma variação deste regime, que ocorre muito na prática, é o regime contínuo com carga variável, não definido pelas normas, o qual, como o próprio nome indica, é um regime de trabalho em que a carga no eixo do motor é contínua, porém, varia ao longo do tempo. A velocidade do motor é considerada constante para todas as condições de carga. Um exemplo típico deste tipo de carga pode ser encontrado nas bombas que alimentam os reservatórios de água das cidades cujo consumo varia ao longo do dia. Neste caso o cálculo da potência requerida torna-se um pouco mais complexo, não se devendo escolher a potência do motor pelo máximo valor da carga do diagrama, pois o motor funcionaria superdimensionado a maior parte do tempo, nem pelo menor valor, pois, neste caso, ao contrário, ele funcionaria subdimensionado a maior parte do tempo. No primeiro caso, teríamos um motor antieconômico; no segundo, um motor cuja vida útil seria encurtada ou o risco de um defeito devido à destruição precoce do isolamento. A escolha pela potência média não seria também uma solução correta, pois não se estaria levando em consideração as perdas elétricas que poderiam provocar superaquecimento do motor durante os períodos em que ele funcionaria com carga maior do que a sua potência nominal. A escolha da potência do motor para acionar uma máquina que opera com carga variável, pela média das potências requeridas durante o período de operação, só seria aceitável quando as flutuações da carga fossem comparativamente pequenas.
A Figura 2 mostra um diagrama de carga 2 de uma máquina em que a carga varia de forma discreta, isto é, durante os períodos de operação t 1 , t 2 , t 3 ... ela se mantém constante. Nas máquinas reais isto pode não acontecer, ou seja, durante os citados períodos, podem ocorrer variações da carga de forma contínua. Porém, é sempre possível, por métodos aproximativos, transformar estas variações contínuas em variações discretas, conforme mostra a Figura 2.
(^1) Fator que multiplica a potência nominal do motor, dando-lhe condições de operar com sobrecarga contínua. O F.S.
está associado a melhores condições de dissipação de calor do motor. (^2) Neste diagrama consideramos como carga a corrente requerida pelo motor. Sendo a potência requerida pela máquina
suprida pelo motor, podemos considerar que o diagrama também se aplica para a potência fornecida pelo motor ou para o conjugado correspondente a esta potência, desde que se mude a escala.
Figura 2: Regime contínuo com corrente variável.
Para especificar o motor adequado para realizar o acionamento desta máquina utiliza-se o chamado MÉTODO DA CORRENTE EQUIVALENTE. Ele é baseado no princípio do valor eficaz de uma corrente variável, isto é, o calor produzido por uma corrente variável no tempo é igual ao calor produzido por uma corrente contínua equivalente. No caso de uma corrente
alternada senoidal, i = I m sen ω t , o valor eficaz equivalente é igual a I
I
eq
= m
, sendo I (^) m a
amplitude da onda senoidal. Este valor é obtido a partir da expressão seguinte, sendo T o período da onda senoidal.
I
T
eq i dt
T
0
Assim, sob o ponto de vista térmico , o motor estará corretamente escolhido se a sua corrente nominal for igual ou maior do que a corrente equivalente eficaz correspondente às variações da corrente requerida pelo motor durante o seu período de operação, isto é, I (^) n ≥ I (^) eq. Para o diagrama da Figura 2, esta corrente equivalente será calculada conforme a equação seguinte.
= n
i
n i i eq
t
I t
I
1
1
2
I 1
I 2
I 3
I 4
t 1 t 2 t 3 t 4
t [min]
I [A]
sendo P (^) N a potência nominal do motor escolhido e P (^) máx a máxima potência do diagrama de carga. λ é o Fator de Sobrecarga Momentânea do motor escolhido, sendo um dado fornecido
pelo catálogo do fabricante, normalmente expresso pela relação =λ
N
máx
C
C
. Se a condição acima
não for satisfeita, deve-se escolher um motor de potência imediatamente superior.
2. Especificações para Motores de Alto Rendimento
As cargas mecânicas, tais como bombas centrífugas, compressores, elevadores etc necessitam ser acionadas por uma máquina primária. Atualmente, o motor elétrico de indução trifásico com rotor gaiola de esquilo é máquina mais utilizada no acionamento de dispositivos mecânicos.
Como todo dispositivo elétrico, o motor também é uma fonte de consumo de energia elétrica e, portanto, uma escolha adequada do motor propicia um uso mais racional de energia elétrica.
O Artigo 1 o^ do Anexo I do Decreto Federal n o^ 4.508 de 11 de Dezembro de 2002 define os níveis mínimos de eficiência energética dos motores elétricos de indução com rotor gaiola de esquilo, respeitadas as seguintes características:
- Motores para operação em rede de distribuição de corrente alternada trifásica de 60 Hz, e tensão nominal até 600 V, individualmente ou em quaisquer combinações de tensões.
- Motores com freqüência nominal de 60 Hz ou 50 Hz para operação em 60 Hz.
- Motores com uma única velocidade nominal ou múltiplas velocidades para operação em uma única velocidade nominal.
- Motores com potências nominais de 1 a 250 cv ou hp (0.75 a 185 kW) nas polaridades de 2 a 4 pólos; com potências de 1 a 200 cv ou hp (0,75 a 250 kW) na polaridade de 6 pólos; e com potências de 1 a 250 cv ou hp (0,75 a 110 kW) na polaridade de 8 pólos.
- Motores para operação contínua, ou classificados como operação S1 conforme a Norma Brasileira – NBR 7094/2000, da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT.
- Motores com desempenho de partida de acordo com as características das categorias N ou H da norma NBR 7094/2000, da ABNT, ou categorias equivalentes, tais como A ou B ou C da “National Equipment Manufactures Association” – NEMA.
- Motores totalmente fechados com ventilação externa, acoplada ou solidária ao próprio eixo de acionamento do motor elétrico. Outros esclarecimentos adicionais para caracterizar os motores objeto da regulamentação do Decreto 4.508/02 são apresentados a seguir:
- Motores que apresentam várias velocidades nominais e motores com inversores embutidos não são equipamentos abrangidos pelo decreto. No entanto, os motores com uma única velocidade nominal e que podem ser utilizados com inversores em aplicações de velocidade variável, como uma característica adicional, devem atender os requisitos do Decreto.
- Quando o motor sem selo mecânico ou retentor é abrangido pelo Decreto, o motor com selo mecânico correspondente também é abrangido.
- Um motor elétrico, que atenda às exigências definidas pelo Artigo 1 o^ do Anexo I do Decreto Federal n o^ 4.508/02 e que possa ser conectado a uma bomba está abrangido pelo Decreto.
- Um motor elétrico, que atenda às exigências definidas pelo Artigo 1 o^ do Anexo I do Decreto Federal n o^ 4.508/02, que é conectado a um acionador mecânico de engrenagens ou a um conjunto de engrenagens por intermédio de acoplamento direto, correias, parafusos, ou outros meios, está abrangido pelo Decreto.
Tabela I – Rendimentos Nominais Mínimos para Motores de Indução Trifásicos com Rotor Gaiola de Esquilo
Motores padrão (standard) Motores de alto rendimento Potência Pólos Pólos cv ou hp
KW 2 4 6 8 2 4 6 8
Fonte: Decreto 4.508/2002.
A avaliação da conformidade para verificação dos níveis mínimos de eficiência energética dos motores trifásicos, de acordo com os valores apresentados na Tabela I, é de responsabilidade do INMETRO, através do seu programa de etiquetagem.
O Programa Brasileiro de Etiquetagem, de responsabilidade do INMETRO, visa prover os consumidores de informações que lhes permitam avaliar e otimizar o consumo de energia dos equipamentos elétricos, selecionar produtos de maior eficiência em relação ao consumo, e melhor utilizar eletrodomésticos, possibilitando economia nos custos de energia. A adesão ao Programa Brasileiro de Etiquetagem é voluntária. Só são feitos testes com os produtos dos fabricantes que queiram fazer parte do PBE. A partir dos resultados, é criada uma escala onde todos serão classificados. Esses testes são repetidos periodicamente, a fim de atualizar a escala.
Existem regulamentos específicos de etiquetagem para diversos produtos, entre os quais os motores elétricos de indução trifásicos.
O documento específico que estabelece as regras de metodologia de etiquetagem dos motores elétricos é o Regulamento Específico para uso da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia – ENCE - Linha de Motores Elétricos de Indução Trifásicos - RESP/004-MOT.
Neste documento está descrita a metodologia utilizada para cálculo do rendimento e fator de potência dos motores, baseada na norma canadense CSA M30 – 1985 – Método I. O documento também contém todas as informações e procedimentos que os fabricantes de motores elétricos devem atender para obter a etiquetagem.
A tabela II apresenta os rendimentos de motores elétricos de três fabricantes que já passaram pelos procedimentos de etiquetagem do INMETRO.
