Palestra SEW FSA MBA Gestão de Energia Setembro 2009

89
Daniel Martin Paganini Consultoria Técnica

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Palestra realizada no MBA em Gestão de Energia da Fundação Santo André em Setembro de 2009.

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Training made by SEW-EURODRIVE

Daniel Martin Paganini

Consultoria Técnica

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Objetivo

2

Apresentação SEW?

História do acionamento

Redutores

Motores

Uso racional de energia

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3

A SEW (Süddeutsche Elektromotoren-Werke, Fábrica de Motores

Elétricos do Sul da Alemanha), foi fundada em 1931 na cidade de

Bruchsal, e deu o primeiro passo no desenvolvimento de uma

tecnologia que iria revolucionar a indústria mundial: a produção

de motoredutores .

Empresa familiar com presença global e atuação local,

a SEW se destaca pela vanguarda tecnológica e por

ser um dos líderes mundiais no mercado de

acionamentos.

SEW EURODRIVE

Solução em Movimento

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4

SEW no Mundo

12 Fábricas 67 Montadoras

13 Mil Funcionários 1,9 Bilhões de Euros

SEW no Mundo

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5

GUARULHOS

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6

Porto Alegre

Manaus

Belém

Fortaleza

Recife

Salvador

Vitória

Rio de Janeiro

Goiânia

Cuiabá

Rio Claro

Guarulhos

Curitiba

Belo Horizonte

Joinville

Aracaju

Natal

São Luiz

Uberlândia

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7

Mercado de Atuação

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Açúcar e Álcool

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A cana ocupa cerca de 7 milhões de hectares (2% de toda a terra

arável do País), que é o maior produtor mundial, seguido por Índia,

Tailândia e Austrália. As regiões de cultivo são: Sudeste, Centro-

Oeste, Sul e Nordeste, permitindo duas safras por ano. Fonte: Unica

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9

Mineração e Siderurgia

O Brasil é o segundo maior produtor de Minério de Ferro, com

produção em 2008 estimada em 409 milhões de toneladas, o

que equivale a 19% do total mundial (1,9 bilhão de ton). A China

é o maior produtor, com 600 milhões de ton em 2008. IBRAM

1 tonelada = 138 US$ fonte econstats

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10

Automobilística

A produção de veículos no ano de 2008 alcançou a incrível

marca de 3.215.000 de unidades produzidas, valor 8%

superior ao de 2007. De Janeiro a Maio deste ano, o

acumulado é de 1.200.000 unidades produzidas. Fonte ANFAVEA

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11

Lazer e Diversão

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Produtos SEW EURODRIVE

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A roda

16

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Origem das engrenagens

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China ~2600 a.C.

Da Vinci ~1500 d.C.

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Atualmente

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Princípio de Arquimedes

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Principio de Funcionamento do Redutor

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Entrada

rpm Nm rpm Nm

Saída

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Revolução Industrial

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Da transmissão por correia até o motoredutor

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1764 James Watt inventou a máquina a vapor

1850 Pittler constrói o primeiro torno de torreta

1867 Siemens constrói o primeiro dínamo

1872 F. v. Hefi-ter-Alteneck constrói o primeiro

motor CC

1880 Siemens constrói o primeiro elevador elétrico.

1887 N. Tesla inventa o motor AC

1889 J. H. Northop inventa o tear automático

... Início da Era industrial

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Acionamentos Centrais

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Tear 1779

Acionamentos Individuais

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Vida Moderna

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SEW EURODRIVE

Solução em Movimento

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Motores elétricos

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Motor CC Excitação compound

Excitação independente

Excitação série

Imãs permanentes

Excitação paralela Motor universal

Motor CA

Monofásico

Linear

Trifásico

Assíncrono

Síncrono

Gaiola de

esquilo

Rotor

Bobinado

Imãs permanentes

Relutância

Pólos Salientes

Pólos magnéticos

Família de motores elétricos

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Motor CC Excitação compound

Excitação independente

Excitação série

Imãs permanentes

Excitação paralela Motor universal

Motor CA

Monofásico

Linear

Trifásico

Assíncrono

Síncrono

Gaiola de

esquilo

Rotor

Bobinado

Imãs permanentes

Relutância

Pólos Salientes

Pólos magnéticos

Família de motores elétricos

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Evolução de motores elétricos

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Princípio de funcionamento do motor de indução

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Rotação fixa

[ rpm ]

Escorregamento

Torque

[ Nm ]

Características do motor de indução

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C, I

n

CP

Cmáx

CN

nsnN

IP

IN

Curva característica

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Injeção do Alumínio

Estampo da chapa

Inserção do Eixo

Retífica do rotor

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Estampo da chapa

Agrupamento de chapas Bobinagem

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Uso e conservação

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Motor Elétrico Alta Temperatura

O que é alta temperatura para motor elétrico?

20°C, 40°C, 100°C, 500°C?

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B: T=80°C

F: T=105°C

H: T=130°C

Classe de Isolação

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Número de partidas por hora;

Tempo de aceleração;

Refrigeração adequada;

Especificação

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Número de partidas por hora (ZP)

38

38

Motor Elétrico

Zp Ip TempC, I

n

CP

Cmáx

CN

nsnN

IP

IN

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Tempo de Aceleração (TA)

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TA I TempC, I

n

CP

Cmáx

CN

nsnN

IP

IN

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Refrigeração Adequada

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Temperatura ambiente: até 40°C;

Altitude: 1000m;

Fluxo de ar de projeto

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Para temperaturas de 40°C a 60°C;

Para altitudes maiores que 1000 m;

HTNNred ffPP

Refrigeração Adequada

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Classes de rendimento

42

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43

Principais Normas pelo Mundo

CSA

NEMA

MEPS

2006

ABNT

IEC

Países onde o

rendimento minimo é

exigido por lei

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Perdas no Ferro ~ U, fPerdas no cobre/resistência ~ I²·R

Perdas por atrito e ventilação ~ n, n³

+ Perdas

Adicionais

Perdas no motor de indução

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Rendimento e fator de potência

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Consumo de energia elétrica no Brasil

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0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

Qu

an

tid

ad

e

Potência [kW]

Informações de Mercado

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Evolução do valor R$/kWh

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0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

UHENPAL - Usina Hidro Elétrica Nova Palma Ltda

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Aplicação de motores

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Olhe fora da caixa!

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Worm Gear unit (75%)

Helical Bevel Gear unit (97%)

Rendimento global = 60.8%

Potência entregue ao transportador = 9.1kW

Potência consumida da rede = 16.5kW

Energy used based on 16h/day, 250days/yr = 66MWh

Cost of energy based on $0.10/kwh = $ 6600 per year

Rendimento global = 88%

Potência entregue ao transportador = 9.1kW

Potência consumida da rede = 10.3kW

Energy used based on 16h/day, 250days/yr = 41.2MWh

Cost of energy based on $0.10/kwh = $ 4120 per year

Potência desperdiçada por ineficiência 7.4kW

Potência desperdiçada por ineficiência = 1.2kW

Redutor Coroa/Sem fim ( 75%)

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Olhe fora da caixa!

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Potência desperdiçada por ineficiência = 7,4kW

7,4 kW / lâmpadas de 22 W = 336 lâmpadas!

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Tanques de agitação

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Planta com 40 tanques

Motoredutores de 1,5 kW @ 6 pólos, 20 x 40

24 h/dia, regime contínuo S1 (8700 h/ano)

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Tanques de agitação

53

Alterado o tipo do redutor

Motoredutores de 1,1 kW @ 4 pólos, 20 x 40

24 h/dia, regime contínuo S1 (8700 h/ano)

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R$ 27.000,00

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Tanques de agitação

Economia anual estimada em:

20 motores

40 motores

Pay back (simples): 18 meses

kWh = R$ 0,235 (Base Nov/2007)

R$ 54.000,00

1 ton CO2

2 ton CO2

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Bombas e Ventiladores

50% da aplicação de motores elétricos na indústria

Funcionamento a meia carga

Variação do fluxo por válvula

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Bombas

[kW]

Válvula

Variação de

velocidade

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57

Sistema de ventilação

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Status atual:

96 motores de pólos comutáveis

16/4 kW cada

Potência total instalada:

1.6MW

Exemplo de sistema de ventilação

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Processo de reposição:

Motores de alto rendimento

com P=15 kW

Rotação controlada através

da diferença de temperatura

pela função de economia de

energia do MOVIDRIVE® ou

MOVITRAC®

Exemplo de sistema de ventilação

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Função economia de energia do MOVITRAC®/MOVIDRIVE®

60

0

50

100

150

200

250

200 400 600 800 1000 1200 1400

Lastmoment

Motormoment (High)

Motormoment (Low)

Curva de carga

Motor de pólos

comutáveis

Carga

parcial

Versão:

Motor de pólos

comutáveis

P=16/4 kW

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61

0

50

100

150

200

250

200 400 600 800 1000 1200 1400

Aumento da rotação =

aumento do torque resistente

Aumento da freqüência

Função economia de energia do MOVITRAC®/MOVIDRIVE®

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62

0

50

100

150

200

250

200 400 600 800 1000 1200 1400

Aumento da frequencia

Aumento do torque com

a função economia de

energia do MOVIDRIVE®

MOVITRAC®

Função economia de energia do MOVITRAC®/MOVIDRIVE®

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63

Otimizando o consumo de energia:

Motores de pólos comutáveis

Potência média consumida:

Consumo por motor/ano:

Custo da energia/ano:

Todos motores (96):

Com motores de alto rendimento e

conversores MOVIDRIVE®/MOVITRAC® com

função economia de energia

Potência média consumida :

Consumo por motor/ano:

Custo da energia/ano:

Todos motores (96):

Economia por ano (total):

Economia por motor/ano:

11.6

83.500

7.000

670.000

10.0

72.000

6.000

581.000

89.000

930

kW

kWh

kW

kWh

Efeito colateral: Aumento da funcionalidade,

ajuste fino da rotação, potencial para mais economia de energia

Consumo de

energia:

- 14%

Amortização:

aprox. 2 anos

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64

Aplicação em sistemas de transporte

Instalação típica:

100 a 150 motoredutores em transportadores (0,75 ~ 3,0 kW)

Variação de velocidade e carga

Ambiente agressivo

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65

Aplicação em sistemas de transporte

100%

400%

200%

Perfil de carga de um sistema de

transporte

To

rqu

e

Segundos Minutos Horas (regime contínuo)

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Rendimento Motoredutor Std

50% 62,0%

75% 64,5%

100% 64,3%

Rendimento Motoredutor A.R.

50% 64,8%

75% 67,0%

100% 67,4%

Rendimento Motor A.R.

50% 81,0%

75% 83,8%

100% 84,3%

66

Aplicação em sistemas de transporte

Uso da energia: Rendimento Motor Std

50% 77,5%

75% 80,6%

100% 80,3%STD A.R.

Carga Economia

50% 4,5%

75% 3,9%

100% 4,8%

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67

Aplicação em sistemas de transporte

Rendimento Motoredutor Std

50% 72,9%

75% 75,8%

100% 75,5%

Rendimento Motoredutor A.R.

50% 76,1%

75% 78,8%

100% 79,3%

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Aplicação em sistemas de transporte

68

68

Rendimento Motoredutor A.R.

50% 64,8%

75% 67,0%

100% 67,4%

Rendimento Motoredutor Std

50% 72,9%

75% 75,8%

100% 75,5%

Uso racional da energia

Mudança na concepção do projeto

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69

in

out

P

P

PerdasP

InP OutP

outinPerdas PPP

Rendimento Perda de potência

Fundamentos

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70

Método de partida e controle

Partida direta Partida por conversor de freqüência

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71

Método de partida e controle

Partida direta

Alta corrente de partida 3,5 .... 7 x IN

Alto conjugado de partida CP 2 ... 3 x CN

Rotação (n) dependente da carga

Faixa de sobrecarga 1,6 ...1,8 x CN

Número de partidas por hora limitado

Conjugado máximo CMÁX 2,2 ... 3 CN

AS/Kenndt.DRW

M, I

n

MA

MK

MN

nsynnN

IA

IN

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72

Método de partida e controle

Corrente de partida limitada 1,5 x IN

Conjugado de partida CP 1,5...2 x CN

Rotação independente da carga

Faixa de sobrecarga 1,5 x CN

Número de partidas por hora ilimitado

Controle e monitoração do motor

Partida por conversor de freqüência

UNetz

M,U

f

M

U

fN 2*fN0

MN

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Método de partida e controle

73

Regra: Usar conversor de freqüência economiza energia!

Será? – Sempre? Em quais situações isso é regra?

Transportador de correia

Após ligado, acionamento permanece na rotação nominal por um longo período.

O tempo de partida e parada é menor que 10 segundos.

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74

Método de partida e controle

Partida direta

Perdas no motor com partida direta:

Motor: Atrito, perdas Joule, magnetização ...

Cabos: Perdas ôhmicas, perdas capacitivas

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75

Perdas no motor AC – acionado por conversor

MainsLossMLoss PP ,, 1,1

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

P / PN [ ]

[

]

PL

os

s [

W]

Sendo acionado por conversor, as

perdas no motor aumentam em

aproximadamente 10%.

(com referencia apenas ao motor, VDE 0530 Bbl2)

na rede

com conversor

na rede

Método de partida e controle

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76

Perdas no acionamento com conversor vs partida direta

Método de partida e controle

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Como fazer para reduzir o consumo de energia em acionamentos?

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Métodos para reduzir o consumo de energia

78

Reduzir a potência requerida Pout :

- Reduzindo a rotação de saída do conversor

- Reduzindo o torque da carga

- Reduzindo atritos

- Elementos de transmissão rígidos

- Contra peso

-…

- Desligando

Reduzir as perdas PPerdas :

- Aumentando o nível de rendimento do motor

- Aumentando o rendimento do conversor

- Abandonar funções não necessárias

- Reutilizar a energia

- Uso direto em outro conversor

- Fonte de alimentação regenerativa

- Armazenamento de energia

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Desenvolvimento SEW

79

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MOVIGEAR®

80

Reduzir a potência requerida Pout :

- Reduzindo a rotação de saída do conversor

- Reduzindo o torque da carga

- Reduzindo atritos

- Elementos de transmissão rígidos

- Contra peso

-…

- Desligando

Reduzir as perdas PPerdas :

- Aumentando o nível de rendimento do motor

- Aumentando o rendimento do conversor

- Abandonar funções não necessárias

- Reutilizar a energia

- Uso direto em outro conversor

- Fonte de alimentação regenerativa

- Armazenamento de energia

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MOVIGEAR® em sistemas de transporte

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Continuous power 100%

Ca. 400%

Ca. 200%

Perfil de carga de um sistema de

transporte

Característica de torque

com conversor

Característica de torque

com MOVIGEAR

To

rqu

e

Seconds Some min. time Hours (continuous duty)

To

rqu

e

Segundos Minutos Horas (regime contínuo)

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82

Métodos para redução do consumo de energia MOVIGEAR®

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

P / PN [ ]

[

]

PL

oss [

W]

PLoss-Movigear®

-Movigear®

Motor

Standard com

conversor e

freio

PLoss

A diferença:

Comparado com um motor

standard com conversor , o

MOVIGEAR® economiza até

300 W

Uso do MOVIGEAR®

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83

Controle individual de

cada MOVIGEAR®

Reduzido número de

componentes

Sem necessidade de

cablagem de rede

fieldbus

Evita o risco de falhas

“escondidas” na

cablagem de rede

fieldbus

Comissionamento

reduzido

Tempo de projeto e

instalação reduzidos

Vantagens adicionais do MOVIGEAR®

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86

Tempo

Valor no

medidor de

energia

Consumo

[kWh]

Início 16,19

1h 16,47 0,28

2h 16,75 0,28

3h 17,04 0,29

4h 17,31 0,27

5h 17,58 0,27

6h 17,86 0,28

7h 18,14 0,28

Consumo de

energia após

2130 ciclos [kW]

1,95

Tempo

Valor no

medidor

de energia

Consumo

[kWh]

Início 18,19

1h 18,42 0,23

2h 18,65 0,23

3h 18,88 0,23

4h 19,12 0,24

5h 19,36 0,24

6h 19,59 0,23

6h37m 19,73 0,14

Consumo de

energia após

2130 ciclos [kW]

1,54

Tempo

Valor no

medidor

de energia

Consumo

[kWh]

Início 19,78

1h 19,86 0,08

2h 19,94 0,08

3h 20,03 0,09

4h 20,12 0,09

5h 20,20 0,08

6h 20,28 0,08

6h46m 20,35 0,07

Consumo de

energia após

2130 ciclos [kW]

0,57

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Conclusão

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Contatos na SEW

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Treinamentos Técnicos

Daniel Paganini

[email protected]

Engenharia de Aplicação

[email protected]

[email protected]

Apresentação disponível em:

www.slideshare.net/daniel.paganini/fsa2009

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Agradecemos sua presença.

Muito Obrigado!

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