Sabia que na aquisição de um motor para variação de velocidade, a diferença de custo entre um motor IE5 e um IE4 é geralmente diluída pelos custos de eletricidade nos primeiros meses de funcionamento
Será que se pode comparar o rendimento do motor síncrono Dyneo+ IE5 com o rendimento de um motor de indução IE3 ou IE4?
A crescente procura por motores elétricos de elevada eficiência energética, leva os fabricantes a otimizar e a desenvolver novas tecnologias, para se manterem relevantes no processo de descarbonização industrial.
Foi nesse sentido que a Leroy Somer, fabricante francês de motores elétricos desde 1924, desenvolveu uma versão híbrida do primeiro Dyneo lançado em 2008.
Esta nova versão combina o melhor das duas tecnologias, dado que consegue manter o elevado binário a baixa rotação e o elevado fator de potência, típicos dos motores de ímanes permanentes, enquanto a rotações mais altas, a rotação do rotor é assegurada pelo binário de relutância. À medida que a rotação aumenta, a força contraeletromotriz induzida nos enrolamentos do estator pelos ímanes permanentes é enfraquecida ou quase anulada pelo alinhamento gradual do campo girante, garantindo a elevada eficiência energética caraterística dos motores de relutância.
Como não necessita de corrente de magnetização para gerar o fluxo magnético, não existem perdas por efeito de Joule no rotor, permitindo que o motor funcione a uma temperatura mais baixa. Isso garante uma maior reserva térmica, podendo dispensar a ventilação forçada na maioria das aplicações de funcionamento prolongado a baixa rotação, poupando desta forma a energia consumida pelo ventilador, que tantas vezes é esquecida nos estudos de eficiência energética.
A inexistência de perdas no rotor corresponde a uma redução em torno de 30% nas perdas totais do motor, quando comparado a um motor de indução em condições nominais. O funcionamento do rotor a temperaturas mais baixas permite prolongar a vida útil dos lubrificantes, dilatando os períodos entre manutenções. A tecnologia síncrona oferece uma curva de rendimento mais estável em toda a sua gama de frequências, sendo menos penalizante em termos de consumo quando o motor funciona fora da zona ideal, ao contrário do que acontece com os motores de indução.
O Dyneo+ é mais competitivo em termos económicos e ecológicos que o seu antecessor, pois não utiliza ímanes de terras raras na sua construção. Além de serem mais baratos, os ímanes de ferrite são totalmente recicláveis e aguentam temperaturas até 250 °C sem perderem capacidades magnéticas. Tem atualmente potências que variam entre 11 kW e 500 kW, com previsão a curto prazo de ampliação da gama até 700 kW. Está disponível na versão de tamanho CEI de potência normalizada para uma fácil compatibilização com os motores de indução convencionais, e na versão compacta, ideal para retrofitting de máquinas com motores de corrente contínua, devido à sua elevada densidade de potência.
Disponível em versões com carcaça em alumínio ou ferro fundido, com índice de proteção IP55 ou IP23, e com rotação nominal até 6000 rpm, é ainda possível configurar uma vasta gama de opcionais, tais como, encoder absoluto, resolver, diversos tipos de sondas de temperatura, rolamentos isolados ou reforçados, ventilação forçada, pintura para atmosferas agressivas, resistência anti condensação, isolamento reforçado dos enrolamentos do estator, entre outros.
A partilha de componentes com a tecnologia dos motores de indução, como é o caso da carcaça e do estator de 4 polos, permite a montagem, desmontagem e reparação de forma idêntica ao utilizado nos motores de indução.
Projetado com foco nas aplicações de binário variável de progressão quadrática ou linear, que representam mais de 50% dos acionamentos industriais, como é o caso dos ventiladores, bombas, compressores centrífugos e de parafuso, pode também ser utilizado em malha fechada em aplicações de binário constante, ou aplicações que requeiram um controlo mais preciso da carga, como é o caso das extrusoras, trituradoras, trefiladoras, prensas, telas transportadoras, compressores de pistão, entre outros.
Podemos comparar o rendimento do motor síncrono Dyneo+IE5 com o rendimento de um motor de indução IE3 ou IE4? Sim, desde que sejam utilizadas as mesmas condições na obtenção do rendimento, que neste caso, implica a utilização de um denominador comum: o funcionamento com variador eletrónico de velocidade (VEV).
Fora algumas exceções, um motor síncrono não pode operar sem que seja alimentado por um VEV. Portanto, para que exista uma base de comparação é também necessário saber o rendimento do motor de indução, quando alimentado por VEV.
Os motores de indução IE3 e IE4 estão padronizados pela comissão eletrotécnica internacional na norma IEC 60034-30-1:2014. Esta norma estabelece um conjunto de valores limite de eficiência baseados na frequência, número de polos e potência de motores elétricos de velocidade única para operação com alimentação de tensão sinusoidal.
Já o motor síncrono Dyneo+ IE5, enquadra-se na norma IEC TS 60034-30-2:2016 que especifica as classes de eficiência para máquinas elétricas rotativas de velocidade variável não cobertas pela norma IEC 60034-30-1. Esta norma abrange apenas motores projetados para funcionamento com corrente fundamental sinusoidal, mas que não são projetados para funcionar ligados diretamente à rede, como é o caso dos motores síncronos de ímanes permanentes com e sem binário de relutância adicional.
O rendimento obtido em condições nominais, apresentado na chapa de caraterísticas ou na ficha técnica do motor síncrono Dyneo+ IE5, é baseado na obrigatoriedade que este tem de funcionar com variação de velocidade, integrando as perdas extra daí inerentes. Já o rendimento obtido em condições nominais, apresentado na chapa de caraterísticas de um motor de indução de classe IE3 ou IE4, é baseado no funcionamento com ligação direta à rede elétrica (DOL), pressupondo uma forma de onda de tensão perfeitamente sinusoidal sem qualquer conteúdo harmónico.
O processo de construção da onda de tensão fornecida pelo ondulador de um VEV comum, é obtido pelo método de modulação de largura de impulso (PWM).
Esta onda de tensão, com amplitude e frequência variáveis, é obtida pela comutação dos semicondutores de potência (IGBT) a uma frequência normalmente acima de 2 kHz.
Como resultado, é entregue ao motor, uma componente fundamental que é responsável pela conversão eletromecânica de potência, e uma componente harmónica de frequências múltiplas da fundamental, a que chamamos de potência deformante Eq. (1), que acaba por ser dissipada no motor na forma de calor.
Fica assim claro, que um motor alimentado por VEV, vai necessariamente absorver mais corrente para produzir a mesma potência mecânica, em comparação com quando está ligado diretamente à rede elétrica.
O regulamento da EU 2019/1781 de 1 de outubro de 2019, que estabelece os requisitos de conceção ecológica aplicáveis aos motores elétricos e aos variadores de velocidade nos termos da Diretiva 2009/125/CE, estabeleceu que a partir de 1 de julho de 2022, os fabricantes de motores comercializados no mercado europeu, são obrigados a indicar as perdas totais de potência em percentagem da potência nominal, em sete pontos normalizados de funcionamento, quando o motor é alimentado pelo estágio de potência de um VEV.
Por sua vez, a norma IEC 60034-2-3 define a metodologia para determinar a eficiência do motor em qualquer regime de funcionamento, utilizando a interpolação com base nos sete pontos normalizados. Como exemplo prático, comparamos o rendimento de dois motores de tamanho e potência normalizados, ambos com 4 polos e 132 kW de potência, sem considerar as perdas derivadas de harmónicas. O primeiro é um motor de indução IE4 da gama IMfinity da Leroy Somer, com carcaça em ferro fundido (ref. CILS 315M). O segundo é um motor síncrono IE5 da gama Dyneo+da Leroy Somer (ref. 1500 LSHRM 315MP).
As chapas de caraterísticas apresentam em condições nominais, um rendimento de 96,4% para o motor IE4 em funcionamento com ligação direta à rede, e de 97,2% para o motor IE5, a funcionar com VEV, o que dá um diferencial de +0,8% de rendimento para o motor Dyneo+ IE5.
Se ambos os motores funcionarem em condições nominais durante um ano, o motor síncrono IE5 (Dyneo+) pode gerar uma poupança energética de 9,9 MWh por ano, quando comparado ao motor de indução IE4 (IMfinity CILS).
Se considerarmos as perdas derivadas de harmónicas no motor de indução IE4, pela aplicação do método de interpolação, obtemos em condições nominais de funcionamento com VEV, um rendimento de 95,9%, que já corresponde a um diferencial de +1,3% de rendimento a favor do motor síncrono IE5.
Neste caso, ao longo de um ano, o motor síncrono IE5 pode gerar uma poupança energética de 16,1 MWh quando comparado ao motor de indução IE4.
Verificamos, portanto, que se considerarmos as perdas derivadas de harmónicas no funcionamento do motor de indução IE4 com VEV, pode-se obter uma redução em torno de 40% no período de retorno do investimento (PRI), assumindo que o custo de aquisição do motor síncrono IE5 é superior ao do motor de indução IE4.
A Leroy Somer disponibiliza numa chapa fixa na carcaça do motor Dyneo+ IE5, um código QR que permite aceder a toda informação técnica do motor, manuais, brochuras, certificações, entre outros.
A aplicação móvel ESA, disponível em www.energysavingsadvisorapp.com, permite simular o valor das poupanças energéticas os períodos de retorno de investimento que podem ser alcançados com os motores e variadores eletrónicos de velocidade de alta eficiência da Leroy Somer.
As alterações climáticas são hoje uma realidade incontornável. É urgente efetuar a transição energética para fontes e tecnologias mais sustentáveis por forma a reduzir as emissões de CO2. Existe atualmente uma maior abertura do utilizador final para a utilização de tecnologias mais eficientes, impulsionada em parte pelo elevado custo da energia e por incentivos do estado, que têm contribuído para uma renovação substancial da motorização na nossa indústria.
Por outro lado, os grandes fabricantes de equipamentos estão a considerar cada vez mais a utilização de motores mais eficientes nas suas soluções como um fator diferenciador na sua oferta.
Além de estar alinhado com os objetivos ambientais, o motor síncrono Dyneo+ IE5 da LEROY SOMER, está também em conformidade com a mais elevada classe de eficiência energética reconhecida pela norma IEC TS 60034-30-2:2016: a classe IE5.
O motor elétrico é o elemento central de desenvolvimento de negócio da HARKER SOLUTIONS, líder no fornecimento de uma vasta gama de componentes industriais nas áreas de transmissão de potência, acionamentos e controlo de movimento.
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