UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PEDRO WITOR GADELHA SILVA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE MOTORES ELÉTRICOS
FORTALEZA
2014
PEDRO WITOR GADELHA SILVA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE MOTORES ELÉETRICOS
Trabalho final de curso submetido à
Coordenação do curso de Engenharia Elétrica,
como requisito parcial para obtenção do título
de Engenheiro Eletricista.
Orientador:Prof.Msc.Tomas Nunes
Cavalcante Neto .
FORTALEZA
PEDRO WITOR GADELHA SILVA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE MOTORES ELÉTRICOS
Trabalho final de curso submetido à
Coordenação do curso de Engenharia Elétrica,
como requisito parcial para obtenção do título
de Engenheiro Eletricista.
Aos meus pais, José Valto e Márcia
Maria.
AGRADECIMENTO
Aos meus pais, por todo o esforço exercido na minha formação educacional.
Ao Prof. Msc. Tomas Nunes Cavalcante Neto, pela excelente orientação.
Ao professor participante da banca examinadora Prof. Dr. Sérgio Daher e o Eng.
Marcelo Cunha da Cruz pelo tempo, pelas valiosas colaborações e sugestões.
Aos colegas de curso por todo tempo que passamos juntos e pela união e ajuda
mútua de todos durante as avaliações.
“A mente não tem limite. Quando a
mente pode antever o fato de que você pode
realizar algo, você realmente pode, desde que
acredite nisso 100 por cento"
Arnold Schwarzenneger
RESUMO
Este trabalho tem como principal idéia o estudo do cenário de eficiência energética
para os motores elétricos. Com uma análise na história construtiva desses motores e um
estudo do cenário de eficiência energética brasileiro, podemos ter uma melhor idéia de como
os motores elétricos estão sendo tratados hoje.
A nova lei de eficiência energética contribuiu bastante para uma melhor referência de
como os motores elétricos devem ser tratados em termos de eficiência, tanto para quem
fabrica, como para o mercado consumidor.
Os consumidores de energia elétrica estão cada vez mais atentos à necessidade de
aplicar os princípios de gestão de energia em suas instalações e por serem os maiores
consumidores de energia elétrica na maioria das instalações de grande porte, a ênfase maior
está no estudo de eficiência para motores elétricos. Ênfase esta alcançada devido a grande
economia de energia que um estudo de eficiência pode proporcionar se aplicado a eles. Dessa
forma, uma vasta opção de motores para as mais diferentes aplicações estão sendo
comercializados, com rendimentos muito acima do que se via a alguns anos.
Com a análise de um projeto realizado na indústria Esmaltec Eletrodomésticos, pode-
se perceber como está sendo tratada esta questão e a rentabilidade que ela representa em
termos de substituição de alguns motores, considerados ineficientes, pela nova geração de
motores elétricos
A partir de um estudo de viabilidade financeira, foi possível alcançar uma economia
de 11 kW. Com isso, foi possível concluir o grande impacto energético que um estudo dessa
magnitude pode ter.
Palavras-chave: Eficiência Energética. Motor de alto rendimento. Viabilidade
financeira.
ABSTRACT
This work has as a main idea the study of the scenario of energy efficiency to the
eletric motors. With an analysis on the constructive history of these engines and a study of the
Brazilian energy efficiency scenario, we can have a better idea of how the electric motors are
being treated today.
The new law of energy efficiency had a huge contribution to a better reference of how
the eletric motors should be treated in terms of efficiency, for both the markers and the
consumer market.
The consumers of eletric energy are increasingly aware of the need to apply the
principles of energy management in their facilities and for being the largest consumers of
electricity in most of the major facilities, greater emphasis is the study of efficiency for
electric motors. Emphasis is reached due to large energy savings that a study of efficiency can
provide if applied to them. Thus, a wide choice of engines for different applications are being
marketed, with incomes far above what was seen a few years.
With the analysis of a project undertaken in industry Esmaltec S / A, you can see how
this issue is being treated and the profitability that it represents in terms of replacing some
engines, considered inefficient, for the new generation of electric motors
From a financial feasibility study, it was possible to achieve a 11 kW economy. Thus,
it was possible to complete the high energy impact that a study of this magnitude can have.
Keywords: Energy efficiency. High-efficiency motor. Financial viability.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1- OTTO VON GUERICKE ............................................................................................. 15
FIGURA 2- DÍNAMO CRIADO POR SIEMENS ................................................................................. 16
FIGURA 3- DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA POR SETOR .............................. 19
FIGURA 4- ÍNDICE DE AVALIAÇÃO POR SEGMENTO .................................................................... 20
FIGURA 5- REPRESENTAÇÃO DA FORÇA MOTRIZ NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA ............. 21
FIGURA 6- RENDIMENTOS PELA LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ............................................... 25
FIGURA 7- ENCE PARA MOTORES ELÉTRICOS ............................................................................ 26
FIGURA 8- EVOLUÇÃO DO PESO DOS MOTORES .......................................................................... 27
FIGURA 9- CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS DO MOTOR DE ALTO RENDIMENTO ..................... 30
FIGURA 10- COMPORTAMENTO DO RENDIMENTO EM FUNÇÃO DA CARGA .................................. 31
FIGURA 11- COMPARAÇÃO ENTRE MOTORES STANDARD (ESQUERDA) E MOTORES DE ALTO
RENDIMENTO (DIREITA). .................................................................................................... 32
FIGURA 12- DIFERENÇA DE RENDIMENTO ENTRE OS MOTORES STANDARD E MOTORES DE ALTO
RENDIMENTO ..................................................................................................................... 33
FIGURA 13- CURVA CARACTERÍSTICA DE UM MOTOR ELÉTRICO ................................................ 35
FIGURA 14- VISTA AÉREA DA ESMALTEC ELETRODOMÉSTICOS ................................................. 38
FIGURA 15- PRENSA EXCÊNTRICA GUTMANN ............................................................................ 40
FIGURA 16- PLACA MOTOR WEG 25 CV PRENSA GUTMANN ...................................................... 42
FIGURA 17- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 27A ........................................................................................................................ 44
FIGURA 18- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 20A ........................................................................................................................ 55
FIGURA 19- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 22A ........................................................................................................................ 56
FIGURA 20- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 22A ........................................................................................................................ 57
FIGURA 21- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 25A ........................................................................................................................ 58
FIGURA 22- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 21A ........................................................................................................................ 59
FIGURA 23- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 20A ........................................................................................................................ 60
FIGURA 24- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 24A ........................................................................................................................ 61
FIGURA 25- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 100 CV COM
IMED= 70A ........................................................................................................................ 62
FIGURA 26- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 22A ........................................................................................................................ 63
FIGURA 27- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 100CV COM
IMED=98A ......................................................................................................................... 64
FIGURA 28- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 23A ........................................................................................................................ 65
FIGURA 29- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 27A ........................................................................................................................ 66
FIGURA 30- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 25A ........................................................................................................................ 67
FIGURA 31- CARREGAMENTO, RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA PARA MOTOR DE 25CV COM
IMED= 23A ........................................................................................................................ 68
FIGURA 32- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 20CV COM CARREGAMENTO DE 88% ....................................................... 46
FIGURA 33- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 71,8% .................................................... 69
FIGURA 34- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 86,46% .................................................. 70
FIGURA 35- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 86,46% .................................................. 71
FIGURA 36- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 20CV COM CARREGAMENTO DE 80,45% .................................................. 72
FIGURA 37- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 75,46% .................................................. 73
FIGURA 38- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 71,8% .................................................... 74
FIGURA 39- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 75,45% .................................................. 75
FIGURA 40- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 40CV COM CARREGAMENTO DE 94,8% .................................................... 76
FIGURA 41- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 86,46% .................................................. 77
FIGURA 42- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 75CV COM CARREGAMENTO DE 89,89% .................................................. 78
FIGURA 43- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 95% ....................................................... 79
FIGURA 44- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 20CV COM CARREGAMENTO DE 89,07% .................................................. 80
FIGURA 45- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 20CV COM CARREGAMENTO DE 80,45% .................................................. 81
FIGURA 46- CORRENTE, FATOR DE POTÊNCIA E RENDIMENTO PARA UM MOTOR DE ALTO
RENDIMENTO DE 15CV COM CARREGAMENTO DE 95% ....................................................... 82
LISTA DE TABELAS
TABELA 1- PRENSAS À TEREM SEUS MOTORES ANALISADOS ...................................................... 41
TABELA 2- DADOS DE PLACA DOS MOTORES À SEREM ANALISADOS .......................................... 42
TABELA 3- DADOS DE PLACA E VALORES DE CORRENTE MEDIDAS ............................................. 43
TABELA 4- MOTORES REDIMENSIONADOS ................................................................................. 45
TABELA 5- NOVAS POTÊNCIAS E ECONOMIA EM KW COM A SUBSTITUIÇÃO DOS MOTORES ........ 47
TABELA 6- ECONOMIA EM KW VERSUS INVESTIMENTO ............................................................. 47
TABELA 7- GANHO FINANCEIRO ANUAL COM ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA ....................... 48
TABELA 8- FLUXO DE CAIXA PARA CÁLCULO DE VPL ............................................................... 48
TABELA 9- FLUXO DE CAIXA PARA CÁLCULO DO TIR ................................................................ 49
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CGIEE Comitê Gestor Indicador de Eficiência Energética
MME Ministério de Minas e Energia
MCT Ministério de Ciência e Tecnologia
ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia
LISTA DE SÍMBOLOS
ŋ Rendimento
Pelétrica Potência elétrica demandada pelo motor elétrico à ser estudado
Pmecânica Potência do motor à ser estudado
P'mecânica Potência mecânica real requisitada pela carga
P'elétrica Potência elétrica demandada pelo motor após correto
dimensionamento
VPL Valor presente líquido
TIR Taxa interna de retorno
Redução potência Redução de potência elétrica após troca do motor
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 13
2 HISTÓRICO DOS MOTORES ELÉTRICOS ..................................................... 15
3 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA INDÚSTRIA ................................................. 18
3.1 EXPERIÊNCIA NACIONAL ...................................................................................... 18
3.1.1 O que já foi feito .......................................................................................... 19
3.2 EXPERIÊNCIA INTERNACIONAL ............................................................................. 20
3.2 PROGRAMAS DE EFICIÊNCIA PARA MOTORES ELÉTRICOS ...................................... 21
4 IMPACTOS DA LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA PARA MOTORES
ELÉTRICOS ........................................................................................................................... 23
4.1 A LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ........................................................................ 23
4.1.1 Comitê gestor de indicadores e níveis de eficiência energética (CGIEE) .. 23
4.1.2 A regulamentação dos motores ................................................................... 24
4.1.3 Os índices de eficiência energética ............................................................. 24
4.2 ADEQUAÇÃO A LEI ............................................................................................... 26
5. MOTORES ELÉTRICOS ...................................................................................... 27
5.1 EVOLUÇÃO CONSTRUTIVA ................................................................................... 27
5.2 MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO ........................................................................... 28
5.2.1 Princípio de funcionamento ......................................................................... 28
5.2.2 Perdas no motor .......................................................................................... 29
5.3 MOTOR DE ALTO RENDIMENTO ............................................................................ 29
5.3.1 Definição ...................................................................................................... 29
5.3.2 Diferença entre motores standard e alto rendimentos ................................ 31
6. ANÁLISE DE VIABILIDADE FINANCEIRA PARA PROJETOS DE TROCA
DE MOTORES ....................................................................................................................... 34
6.1 ANÁLISE TÉCNICA DO MOTOR A SER UTILIZADO ................................................... 34
6.2 ESTUDO DE VIABILIDADE FINANCEIRA ................................................................. 36
7. ESTUDO DE CASO APLICADO À INDÚSTRIA .............................................. 38
7.1 A EMPRESA .......................................................................................................... 38
7.2 O PROGRAMA DE ESTÁGIO.................................................................................... 39
7.3 O PROJETO DE SUBSTITUIÇÃO DE MOTORES .......................................................... 39
7.3.1 O setor ......................................................................................................... 39
7.3.2- Início do projeto ......................................................................................... 40
7.3.3- Coleta de dados .......................................................................................... 41
7.3.4 Análises dos dados coletados ...................................................................... 43
6.3.5 Análise de substituição para motores de alto rendimento ........................... 45
6.3.6 Análise de viabilidade financeira ................................................................ 47
8 CONCLUSÃO .......................................................................................................... 50
9 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................... 51
REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 52
APÊNDICE ................................................................................................................. 55
13
1 INTRODUÇÃO
As dificuldades na economia brasileira agravadas pelo aumento do preço do petróleo
na década de 70, as indefinições do processo de privatização do setor elétrico brasileiro no
final da década de 90 e o período hidrológico não favorável a partir do inicio do segundo
milênio, foram responsáveis pela crise energética no ano de 2001. Crise esta que culminou no
racionamento de energia elétrica no mesmo ano. (MOREIRA,2006)
Com receio da repetição dessa experiência, políticas de eficiência energética estão
sendo implantadas crescentemente ao longo dos anos. Tendo a indústria como um dos
principais setores à ser alvo de estudos de conservação energética.
Este trabalho tem como foco um projeto de eficiência energética realizado em uma
indústria de grande porte. Essa indústria, como muitas ao redor do país, possui grandes
oportunidades de estudo visando economia de energia elétrica. Sendo a substituição de
motores ineficientes por motores de alto rendimento o objetivo desse projeto.
Para um maior controle acerca do estudo de eficiência energética de motores elétricos,
uma lei foi criada com o objetivo de estabelecer os níveis mínimos de consumo, ou mínimos
de eficiência energética de máquinas e aparelhos consumidores de energia fabricados no país.
Dessa forma, os fabricantes de motores foram obrigados a se adequar e oferecer produtos de
acordo com os critérios mínimos estipulados na lei.
Por serem os maiores consumidores de energia elétrica do país, os motores elétricos
recebem maior atenção na maioria dos estudos de eficiência energética realizados. Por
apresentarem, muitas vezes, baixo carregamento, ou seja, não estarem trabalhando em regime
nominal, um correto dimensionamento deve ser realizado antes de qualquer substituição
proposta por novos modelos de motores. Em seguida, um estudo de viabilidade financeira é
fundamental para analisar, a partir do investimento inicial do projeto, se este realmente é
viável ou não.
O presente trabalho será dividido em quatro partes, primeiramente mostrando a
importância dos motores elétricos no cenário brasileiro e no setor industrial, assim como sua
história construtiva. Na segunda parte, a análise dos impactos da nova lei de eficiência
energética serão conhecidos, assim como o que está sendo feito no país e ao redor do mundo
em termos de eficiência energética de motores elétricos. Após isto, uma análise do motor de
alto rendimento será realizada, assim como, uma comparação deste com o motor, dito
ineficiente, standard. Por fim, um estudo de caso realizado Esmaltec Eletrodomésticos irá
14
abordar todos os passos necessários para um correto estudo de eficiência energética
envolvendo motores elétricos, desde os cálculos para determinação de carregamento e seu
correto dimensionamento, até a análise de viabilidade financeira do projeto.
15
2 HISTÓRICO DOS MOTORES ELÉTRICOS
Os motores elétricos não apareceram já na forma que são vistos hoje. Diversos
pesquisadores trabalharam em busca de um objetivo comum que era um dispositivo que,
alimentado por energia elétrica, pudesse gerar energia mecânica. Dessa forma, devido ao
vasto número de pesquisadores que trabalharam para sua criação, não existe um inventor
específico.
O marco inicial foi quando Tales de Mileto, em 41 a.C, observou que, ao esfregar um
pedaço de resina fóssil em um pano, poderia atrair pequenos corpos, como fios de cabelo, por
exemplo. Após a descoberta, quinze anos depois, que outros materiais também poderiam
atrair se fossem friccionados, uma vasta quantidade de inventos foram surgindo. Entre eles, a
construção da primeira máquina eletrostática por Otto Von Guericke, que transformava
energia mecânica em energia elétrica. Assim como, foi verificado que por meio do princípio
eletrostático, poderia ser possível também gerar energia mecânica.
Figura 1- Otto Von Guericke
Fonte: www.physics.com.br
16
Porém, o grande marco para o surgimento do motor elétrico foi conquistado quando,
no século XVIII, Hans Christian Oersted observou a agulha de uma bússola desviar de sua
posição original quando aproximada de um condutor de energia elétrica e voltar a sua posição
original quando afastada dele. Esse fato constatou a influência do magnetismo na eletricidade.
Inspirados por esta descoberta, os cientistas ingleses William Sturgeon, inventor do
eletroímã, e Michael Faraday, com a descoberta da indução eletromagnética, foram os
responsáveis pelos últimos passos rumo à construção do motor elétrico.
Após um intervalo de 35 anos das comprovações de Faraday, 1831, o cientista alemão
Werner Von Siemens criou o primeiro motor elétrico da história. Porém, mesmo com esse
intervalo, outras máquinas com o mesmo princípio foram inventadas, destacando-se a
invenção do comutador e do gerador.
Com a construção do dínamo, ou seja, uma máquina eletrodinâmica que converte força
mecânica em corrente elétrica, Werner Von Siemens, provou que a tensão necessária para o
magnetismo poderia ser extraída do próprio enrolamento do motor e não ficar dependente dos
imãs. Dessa forma, pôde-se baratear o gerador que também funcionava como motor quando
alimentado por energia elétrica.
Figura 2- Dínamo criado por Siemens
Fonte: www.siemens.com.br
17
No ano de 1879 foi criada uma locomotiva movida por um motor elétrico de dois
quilowatts. Porém, apesar de mais barato, o custo representado pela fabricação do motor era
muito grande para o mesmo ser produzido em escala industrial.
Em 1882, Nikola Tesla concebeu a idéia que mudaria o mundo para sempre: o motor
de corrente alternada.
Finalmente, no ano de 1890, Michael Von Siemens, desenvolveu um motor trifásico
de corrente alternada que, devido ao seu rendimento de aproximadamente 80%, ótima partida,
relativo silêncio durante funcionamento e baixa complexidade, tornou-se bastante viável para
ser produzido em larga escala.
Com a produção do motor elétrico em série, aos poucos as primeiras indústrias foram
aparecendo e estes equipamentos foram padronizados, tornando-se mais reduzidos e com
menor peso.
Muito tempo se passou e os motores elétricos não sofreram grandes mudanças
estruturais, mesmo com a evolução dos materiais utilizados em sua construção. Por isso, ainda
hoje, a estrutura dos motores elétricos continua bem parecida com a dos elaborados na virada
dos séculos XIX e XX.
18
3 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA INDÚSTRIA
A importância dos motores elétricos para o acionamento de máquinas e equipamentos
é tema de grande relevância, tendo em vista que entre 70 a 80% da energia elétrica consumida
na indústria é de responsabilidade deles. Dessa forma, o estudo de eficiência energética para
os motores elétricos é imprescindível à qualquer programa que vise a gestão de energia
elétrica.
3.1 Experiência nacional
Empresas que investem em projetos de eficiência energética podem economizar
recursos, ser mais competitivas e a diminuir a pressão sobre o aumento da oferta de energia.
(CNI, 2009)
Segundo documento denominado “Plano Nacional de eficiência Energética”, a
preocupação em torno do assunto de eficiência energética, surgiu com os choques do petróleo
na década de 70 que trouxeram a tona que esse recurso poderia um dia acabar. Sendo que,
nesta época, iniciou-se uma corrida para a diversificação da matriz energética.
Segundo pesquisa realizada pelo economista Marlon Bruno Salazar, do Programa de
Economia Aplicada, da Escola Superior de Agricutura “ Luiz de Queiroz” (USP/ESALQ),
dentre os setores que mais consomem energia destaca-se a industria.
19
Figura 3- Distribuição do consumo de energia elétrica por setor
Fonte: (ANAEEL, 2010)
Segundo o “Plano Nacional de Eficiência Energética” do ministério de Minas e
Energias, 2011, na indústria, o setor de não ferrosos, em que se destaca a indústria de
alumínio, responde por quase 20% do consumo energético. O setor de química por 12,4% e o
de alimentos e bebidas por 12,6%.
Com a análise do consumo de energia elétrica para uso final, em um levantamento
publicado em 2005 pelo Ministro de Minas e Energia intitulado “Balanço de Energia útil”,
destaca-se o uso da força motriz no setor industrial. Uso este, para diversos equipamentos do
setor, tais como, bombas, compressores e demais aplicações.
3.1.1 O que já foi feito
Segundo CNI, 2009, para o conhecimento do que já foi realizado no Brasil foram
analisados 217 projetos de eficiência energética industrial em 13 setores. A maioria dos
projetos foi desenvolvida dentro das regras do Programa de Eficiência.
20
Sabe-se que, para alguns setores, o retorno econômico do investimento em eficiência
energética é inviável. No entanto, os projetos poderão se tornar viáveis se o prazo para o
retorno do investimento for acima de 10 anos.
Figura 4- Índice de avaliação por segmento
Fonte: CNI (2009)
De acordo com CNI (2009), se forem observadas as soluções escolhidas para os
projetos analisados, nota-se que a uma predominância em projetos para economia de
eletricidade. Sendo que 19% dessas ações envolvem troca de motores por modelos mais
eficientes.
3.2 Experiência internacional
De acordo com CNI (2009), ao serem analisados 63 programas de eficiência
energética industrial, desenvolvidos em 12 países e na União Européia. Verificou-se que:
• 94% dos programas fazem relação dos ganhos obtidos com eficiência energética à
preservação do meio ambiente;
• 62% dos programas realizados por forma voluntária;
21
• 62% doa programas envolvem a substituição de equipamentos considerados não
eficientes e de alteração nos processos industriais;
Para isso, as motivações que mais se destacam para os estudos de eficiência energética
apresentados foram:
• Redução tributárias;
• Capacitação de pessoal;
• Incentivos fiscais e ganho de crédito para equipamentos industriais mais eficientes;
• Adoção de normas de gestão otimizada de energia na indústria, compatíveis com a
ISO 9000 e a ISO 14000.
3.2 Programas de eficiência para motores elétricos
Os motores elétricos mais utilizados nas indústria são os monofásicos e trifásicos de
indução, motores síncronos e os de corrente contínua. As potências desses motores variam de
potências menores que 1kW até centenas de kW.
Devido sua participação expressiva no consumo de energia elétrica em uma instalação
industrial, os motores elétricos possuem sempre uma atenção especial em qualquer estudo de
conservação energética.
Figura 5- Representação da força motriz no consumo de energia elétrica
Fonte: MME (2008)
22
Primeiramente, para realizar uma análise de utilização de motores elétricos de alto
rendimento, dois pontos devem ser considerados:
• Motor novo para ser instalado: Essa hipótese, nas maiorias das vezes, é viável, pois o
valor a ser amortizado é referente a diferença entre os custos dos dois motores. Assim,
o investimento torna-se inviável apenas para casos de baixa utilização do motor.
• Substituir um motor em operação: Nesse caso, o valor a ser amortizado é referente ao
custo do motor de alto rendimento. Dessa forma, uma análise de viabilidade financeira
deve ser realizada mais ao fundo.
Algumas empresas que fabricam motores elétricos possuem programas que tem como
objetivo o incentivo à troca de motores elétricos ditos ineficientes por motores de rendimento
superior.
Como exemplo de programas desse tipo, a WEG, principal fabricante de motores
elétricos do país, possui um programa intitulado " Plano de Troca". Este plano tem como
premissa a compra pela WEG, em forma de crédito, de motores elétricos sucateados ou de
baixa eficiência pelo valor de 12% do seu valor original, ou seja, o consumidor fica com um
crédito na empresa para ser utilizado quando for comprar um motor novo.
Medidas como esta são muito importante para incentivar as empresas a começar a
pensar em assuntos referentes a eficiência de suas instalações.
23
4 IMPACTOS DA LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA PARA
MOTORES ELÉTRICOS
A eficiência energética é um ponto de importância mundial. No Brasil, por exemplo, o
racionamento que aconteceu em 2001 gerou um alerta para a preocupação com a falta de
energia elétrica, demonstrando que ela não é abundante e nem tem custo zero.
Segundo Gomes (2003), a aprovação da “Lei de Eficiência Energética” (Lei no 10.295
de 17.out.2001- BRASIL, 2001b), com tramitação no Congresso Nacional em 1990, veio
instituir a etiquetagem obrigatória no Brasil. Sendo que, o motor elétrico trifásico foi o
primeiro equipamento a ser regularizado, através do Decreto 4.508, de
11.dez.2002(BRASIL,2002).
4.1 A lei de eficiência energética
A lei estabelece que devem ser estabelecidos “níveis de consumo específico de
energia, ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores de
energia fabricados ou comercializados no Pais” (BRASIL, 2001b).
4.1.1 Comitê gestor de indicadores e níveis de eficiência energética (CGIEE)
Para regulamentar a lei, foi criado o Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de
Eficiência Energética- CGIEE, constituído dos ministérios MME (Ministério de Minas e
Energia), MCT (Ministério de Ciência e Tecnologia) e MDIC (Ministério de
Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior), as agências ANEEL e ANP, um
representante de universidade e um cidadão brasileiro, ambos especialistas em energia.
(GOMES,2003)
24
Como principais atribuições do CGIEE, destacam-se:
1. Elaborar plano de trabalho e cronograma.
2. Elaborar regulamentação específica para cada tipo de aparelho e máquina
consumidora de energia;
3. Estabelecer Programa de Metas com indicação da evolução dos níveis a serem
alcançados para cada equipamento regulamentado;
4. Constituir Comitês Técnicos para analisar e opinar sobre matérias específicas sob
apreciação do CGIEE, inclusive com a participação de representantes da sociedade
civil;
5. Acompanhar e avaliar sistematicamente o processo de regulamentação e propor plano
de fiscalização;
4.1.2 A regulamentação dos motores
Um ano após sua constituição legal, o CGIEE aprovou o Decreto 4.508/2002, que
regulamentou a eficiência energética dos “ motores elétricos trifásicos de indução rotor gaiola
de esquilo” (BRASIL, 2002, p.1).
Apesar de seu uso ser sempre lembrado em âmbito industrial, este motor é também
utilizado nos setores residência, público, comercial e agropecuário.
4.1.3 Os índices de eficiência energética
O decreto 4.508 estabelece no Art. 3, que “ o indicador de eficiência energética a ser
utilizado é o rendimento nominal” (BRASIL, 2002, p.8). Dessa forma, foram estabelecidas
duas tabelas de rendimentos nominais mínimos, sendo uma para os motores padrão e outras
para os de alto rendimento.
25
Figura 6- Rendimentos pela lei de eficiência energética
Fonte: Decreto 4.508 (BRASIL,2002)
Essas tabelas de rendimento mínimos serviram de base para a concessão do Selo
Procel de Economia de Energia para motores elétricos nos anos posteriores. Elas indicam o
rendimento mínimo de uma determinada potência de um motor para um determinado número
de polos.
26
Figura 7- ENCE para motores elétricos
Fonte: (INMETRO.PBE, 2007).
Quando se compara os rendimentos previstos na Lei com os praticados pela Weg para
motores padrão, que dominam o mercado, nota-se que há ganhos significativos
principalmente se forem considerados os motores de pequena potência.
4.2 Adequação a lei
No dia 8 de dezembro de 2009, alguns tipos de motores fabricados no Brasil passaram
por uma significativa mudança, fato este ocasionado pelo aumento de seus rendimentos.
Apesar de estarem definidos alguns anos antes, os índices de rendimento tornaram-se
obrigatórios apenas neste ano.
Em dezembro de 2009 passou a ser proibida a fabricação e importação de motores
elétricos fora dos novos padrões estabelecidos, que elevaram todos os motores para a
categoria de alto rendimento. Sendo que o intervalo de quatro anos entre a aprovação na
portaria e a obrigatoriedade da lei, foi dado para que as empresas pudessem se adequar às
alterações. Sendo que a comercialização dos motores antigos ainda pôde ser realizada por seis
meses a mais de tolerância após a proibição da fabricação.
27
5. Motores Elétricos
O motor elétrico tornou-se uma das maiores invenções do homem ao longo de seu
desenvolvimento tecnológico. São inúmeras as vantagens que esse equipamento elétrico
pro´porciona, como sua construção simples, custo reduzido e não poluente.
Dessa forma, sua construção e seleção devem ser conhecidos para que, diante da
enorme quantidade de produtos oferecidos pelo mercado, seja feita a escolha mais correta
para cada necessidade.
5.1 Evolução construtiva
Segundo Lívia Cunha (2009), desde o início de sua fabricação comercial até a década
de 1970, a preocupação dos fabricantes dos motores elétricos era reduzir o tamanho e o custo,
tanto de construção como de venda.
Ao longo da primeira década do século XX, houve um grande salto no
desenvolvimento dessas máquinas elétricas, período este que ocorreu a redução mais drástica
no tamanho e peso desses equipamentos.
Figura 8- Evolução do peso dos motores
Fonte: (Eletrobrás, 2001)
28
Quando o problema do tamanho foi solucionado, a questão do rendimento tornou-se o
foco, visto que se a diminuição fosse muito grande, em determinado momento seu rendimento
também cairia. Dessa forma, em 1980 começaram os primeiros estudos e aprimoramentos
para melhora do rendimento.
Devido ao grande foco de sustentabilidade e eficiência energética no início do século
XXI, a questão do aumento do rendimento virou a tendência para essas máquinas. (CUNHA,
2009)
5.2 Motor de indução trifásico
Por ser o motor mais utilizado no setor industrial, esse trabalho irá focar no motor de
indução trifásico, visto que, para estudos de eficiência energética com substituição de
motores, estes também são os mais analisados.
5.2.1 Princípio de funcionamento
O princípio de funcionamento de um motor de indução trifásico é o mesmo de todos
os motores elétricos, baseando-se na interação do fluxo magnético com uma corrente em um
condutor, resultando numa força no condutor, sendo esta, proporcional às intensidades de
fluxo e de corrente.
O motor elétrico de indução trifásico é dividido em duas partes:
• Estator: Local onde é produzido o fluxo magnético
• Rotor: Onde é produzida a corrente que interage com o fluxo. Este pode ser de dois
tipos, rotor em gaiola e rotor bobinado.
Ao ser alimentado por uma fonte de tensão trifásica e equilibrada, as correntes do
estator estarão defasadas 120°. Dessa forma, essas correntes irão produzir um fluxo resultante
em relação ao estator, que irão induzir tensões nos enrolamentos do rotor. Por estes
enrolamentos estarem curto-circuitados, irão gerar correntes no rotor, sendo estas e o fluxo
girante, responsáveis pelo aparecimento do torque do motor.(Castro, 2014)
29
5.2.2 Perdas no motor
Durante o processo de conversão eletromecânica, ocorrem perdas que influem
diretamente na eficiência do motor elétrico. Essas perdas podem ser agrupadas como:
• Perdas Joule: Ocorrem devido a passagem de corrente elétrica pelos enrolamentos do
motor.
• Perdas no ferro: Ocorrem devido as correntes parasitas e histerese
• Perdas por atrito e ventilação: Causadas pela fricção e perdas aerodinâmicas devido ao
atrito das partes móveis da máquina.
5.3 Motor de alto rendimento
Há mais de duas década, os fabricantes de motores elétricos vêm desenvolvendo
esforços para a redução das perdas destes equipamentos. Assim, além de fabricarem motores
classificados como “standard”, que são motores da linha padrão, apresentam uma linha de
produtos chamada de Alto Rendimento. ( Eletrobras, Cepel 2002)
Ao serem realizadas reduções nas perdas, os custos de produção foram aumentados,
tornando o custo desses motores mais elevado. Porém, devido sua eficiência, eles gastam
menos energia elétrica que os motores padrões com mesma aplicação. Dessa forma, o retorno
do capital investido, na maioria dos casos, são baixos, devendo este fato, também, a elevada
vida útil do motor.
5.3.1 Definição
Um motor de alto rendimento, basicamente, caracteriza-se por apresentar um
rendimento superior ao dos motores padrões, tendo suas perdas reduzidas.
O rendimento é a relação entre a potência mecânica desenvolvida no eixo do motor e a
potência elétrica ativa que ele consome da rede de alimentação.
30
Figura 9- Características construtivas do motor de alto rendimento
Fonte: (Ramos, 2005)
Em condições normais de funcionamento, o motor deve se adequar à carga, ou seja,
deve operar entre 75% e 100% da potência nominal. O motor de alto rendimento, bem
dimensionado, proporcionará uma máxima economia de energia, permitindo obter valores
elevados de rendimento e fator de potência (CLETO,2012).
Isso ocorre porque para cargas pequenas em relação a sua potência nominal, o
rendimento é baixo, já que as perdas fixas tornam-se grandes se comparadas a potência
fornecida. Quando o carregamento do motor cresce, o rendimento aumenta e, quando o motor
opera com mais de 50% de sua potência nominal, o rendimento é muito próximo do seu
rendimento nominal e máximo, que para alguns motores só acontece com 75% da potência
nominal (PROCEL, 2002).
31
Figura 10- Comportamento do rendimento em função da carga
Fonte: (Procel, 2002).
5.3.2 Diferença entre motores standard e alto rendimentos
Os grandes fabricantes de motores elétricos, normalmente, oferecem duas linhas de
motores elétricos, uma denominada standard e outra de alto rendimento.
Apesar do preço mais elevado, normalmente entre 20 e 50%, a linha de alto
rendimento possui um menor consumo de energia em operação.
Se comparada a forma construtiva dos dois tipos de motores, nota-se que as dimensões
do rotor e das bobinas do motor de alto rendimento são maiores. Dessa forma, o mesmo se
torna mais pesado.
32
Figura 11- Comparação entre motores standard (esquerda) e motores de alto
rendimento (direita).
Fonte: (Castro, 2008)
A partir da figura 12, pode-se analisar a diferença de rendimento existente entre os
dois tipos de motores.
33
Figura 12- Diferença de rendimento entre os motores standard e motores de alto
rendimento
Fonte: (Procel, 2002)
Dessa forma, pode-se notar uma gama de benefício que o motor de alto rendimento
pode proporcionar. Entre elas destaca-se:
• Redução do consumo de energia elétrica
• Aumento do fator de potência
• Menor temperatura de operação
Apesar das grandes vantagens que essa linha de motores proporciona, é importante
destacar a necessidade de um estudo de viabilidade financeira para qualquer projeto em
grande escala que vise um estudo troca de motores.
34
6. Análise de viabilidade financeira para projetos de troca de motores
Não há dúvidas da vantagem proporcionada pela utilização de motores de alto
rendimento. Porém, como já mencionado, um estudo bem detalhado deve ser realizado para
uma melhor certeza da viabilidade do projeto.
Um projeto de substituição de motores elétricos deve ser dividido em dois pontos:
• Análise técnica do motor a ser utilizado
• Estudo de viabilidade financeira
6.1 Análise técnica do motor a ser utilizado
Nota-se que na indústria e em outros setores, existe uma enorme quantidade de
motores superdimensionados. Esse fato ocorre principalmente devido a queima do motor
original e por não existência de um motor de mesma potência em estoque, opta-se por um
motor de potência superior para realizar a mesma atividade.
Dessa forma, o primeiro passo para análise de um projeto de substituição de motores é
o estudo de carregamento do motor em operação. Para isso, deve ser instalado um medidor de
energia durante um intervalo significativo para que todas as variações de regime de trabalho
do motor sejam observadas. No estudo de caso que será apresentado no próximo capítulo, um
medidor de energia foi instalado à montante do dispositivo principal de proteção de cada
motor para realizar medições durante 7 dias.
Ao término do intervalo de medição, foi coletada a corrente média de operação deste
motor para que, com a análise da curva de operação, possam ser analisados os dados de
carregamento, rendimento e fator de potência do mesmo.
35
Figura 13- Curva característica de um motor elétrico
Fonte: Scielo
Após coleta dos dados do motor elétrico, pode-se encontrar a potência elétrica
demandada por:
���é�����(�) = � ∗ � ∗ √3 ∗ ��1000 [1]
Com a potência elétrica e o rendimento, sabe-se o valor da potência mecânica
requisitada:
�′���â����(��) = ���é�����0,736 ∗ ŋ [2]
Com esses dados, é possível saber se o motor elétrico está dimensionado de maneira
correta.
Após o estudo de carregamento do motor instalado, a escolha do novo motor de alto
rendimento pode ser feita analisando se a potência dele deve ser igual ou diferente do motor
em operação à ser substituído.
36
6.2 Estudo de viabilidade financeira
Com o motor de alto rendimento escolhido, uma nova análise da curva característica
do motor deve ser realizada.
O carregamento do novo motor será:
����!�����"(%) = ����â�����′���â���� [3]
Com o carregamento, pode-se determinar qual será a corrente de trabalho, rendimento
e fator de potência que o novo motor terá.
Utilizando [1], pode-se saber a nova potência elétrica requisitada pelo motor e a
economia que esse motor trará em termos de redução de consumo energético no mês.
$�%&çã" '"�ê���� (�) = (�′��é����� − ���é�����) [4]
Para realizar os cálculos de retorno do investimento, serão utilizados três métodos:
• Payback simples: Quanto tempo o investimento irá se pagar desconsiderando taxas de
juros.
��*+��(��,�,) = ���"� ����,������"-��ℎ" ���,�� [5]
• VPL: valor presente de pagamentos futuros descontados a uma taxa de juros
apropriada, menos o custo do investimento inicial.
��0 = 1 � �(1 + �)3
4
356− � [6]
O projeto será considerado vantajoso se o VPL for maior que zero.
37
• TIR: Taxa hipotética que anula o VPL.
��0 = 0 = ����,������" ������� + 1 ��(1 + 7�$)3
8
356 [7]
O projeto será considerado vantajoso se o TIR for superior a 12,5% ao ano, pois
esta taxa é basicamente o que se espera de retorno em projetos de engenharia.
38
7. Estudo de caso aplicado à indústria
No ano de 2012, foi realizado um projeto de estágio na empresa Esmaltec
Eletrodomésticos com o objetivo de reduzir o consumo de energia elétrica na fábrica.
Diversas medidas foram pensadas e aplicadas, sendo uma delas referente ao estudo de
viabilidade de substituição de alguns motores elétricos por modelos de alto rendimento.
7.1 A empresa
Em atuação há quase 50 anos no mercado, a Esmaltec, empresa do Grupo Edson
Queiroz, oferece uma vasta linha de eletrodomésticos. São fogões, bebedouros, refrigeradores,
freezers, purificadores, lavadoras e cooktops. Sua história começou em 1963 com pouco mais
de 100 empregados e hoje em dia possui uma área de 360.000m², sendo 65.000m²
construídos. Seus produtos chegam a mais de 50 países. ( http://www.esmaltec.com.br)
Figura 14- Vista aérea da Esmaltec Eletrodomésticos localizada em Maracanaú
Fonte: www.esmaltec.com.br
39
7.2 O programa de estágio
Durante o programa, cada estagiário ficou responsável por um projeto que deveria ser
apresentado no fim do respectivo ano.
Uma equipe foi formada para realização desse projeto e ao longo de um ano, várias
medidas de eficiência foram sugeridas, sendo algumas delas estudadas e já postas em prática.
Dentre elas, destaca-se um estudo para substituição dos motores elétricos de um determinado
setor por motores de alto rendimento.
7.3 O projeto de substituição de motores
Inicialmente, foram analisados, de acordo com um gerenciador de energia elétrica
instalado na fábrica, quais setores eram responsáveis por consumir mais energia elétrica.
O setor de fabricação de fogões foi o que apresentou o maior consumo energético se
comparado aos demais setores produtivos.E, dentro do setor de fabricação de fogões, o local
responsável pelo maior consumo energético registrado foi na Estamparia.
7.3.1 O setor
O setor de estamparia de fogões é responsável por estampar chapas de aço em diversos
formatos para serem utilizados na fabricação dos fogões.
Ao longo do setor, existem diversas prensas hidráulicas e pneumáticas, automáticas ou
não, que são responsáveis por moldar essas peças.
40
Figura 15- Prensa excêntrica Gutmann
Fonte: Gutmann
7.3.2- Início do projeto
Inicialmente, foram analisadas quais prensas deveriam ter seus motores substituídos.
Para isso, foi considerado que as prensas mais novas deveriam ficar de fora do projeto, visto
que haviam sido adquiridas a pouco tempo.
Dessa forma, 15 prensas foram escolhidas para realização do estudo de viabilidade de
substituição de seus motores.
41
Tabela 1- Prensas à terem seus motores analisados
Fonte: Elaboração própria
Com a escolha de quais prensas fariam parte do projeto, decidiu-se que o próximo
passo seria a instalação de um analisador de energia por 07 dias à montante do dispositivo de
proteção do motor principal de cada uma delas para uma análise mais precisa da potência
elétrica requisitada pelo equipamento.
7.3.3- Coleta de dados
Enquanto o analisador de energia estava operando, foram catalogados os dados de
placa dos motores de todas as prensas selecionadas.
42
Figura 16- Placa motor WEG 25 cv prensa Gutmann
Fonte: Elaboração própria
Tabela 2- Dados de placa dos motores à serem analisados
Fonte: Elaboração própria
Algumas informações dados de placa não foram vistos devido ao péssimo estado que
algumas estavam. Porém, todas as informações relevantes para o projeto foram catalogadas.
Ao término do tempo estimado para a análise de energia de todas as prensas, todas as
correntes de operação dos motores foram anotadas.
43
Tabela 3- Dados de placa e valores de corrente medidas
Fonte: Elaboração própria
7.3.4 Análises dos dados coletados
Com os dados de operação coletados, o próximo passo foi a comparação destes com as
curvas de operação dos motores para análise do carregamento, rendimento e fator de potência
de operação do motor.
Dessa forma, pôde-se calcular a real potência elétrica e mecânica que está sendo
solicitadas pela carga.
44
MOHNKE 4138
Para a prensa MOHNKE, como mostrado na tabela 3, foi medida uma corrente de 27A.
Dessa forma, com o auxílio da curva de operação do motor, pôde-se encontrar os valores de
carregamento, rendimento e fator de potência do motor elétrico em operação.
Figura 17- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 27A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 27 A temos:
• Carregamento: 78%
• Fator de potência: 0,83
• Rendimento: 0,88
45
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 14,73 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 17,61 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 20 cv de alto
rendimento.
Os resultados encontrados para todos os motores podem ser vistos no apêndice.
6.3.5 Análise de substituição para motores de alto rendimento
Após a análise de todos os motores à serem estudados do setor, notou-se que todos
estavam superdimensionados. Dessa forma, o estudo irá analisar financeiramente a
viabilidade de substituição dos motores antigos por motores de potência que realmente estão
sendo solicitadas pela carga.
Assim, as potências dos motores de alto rendimento para as respectivas prensas podem
ser vistas na tabela 4.
Tabela 4- Motores redimensionados
Fonte: Elaboração própria
46
Com os motores redimensionados, pode-se refazer o cálculo utilizando a curva de
operação dos motores para saber qual a redução de energia elétrica que a substituição irá
proporcionar para cada motor.
MOHNKE 4138- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 88%
Figura 18- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 20cv com carregamento de 88%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 27 A
Fator de potência: 0,8
Rendimento: 0,94
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 14,19 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,54 KW
As curvas e cálculos referentes a substituição de todos os motores encontram-se no
apêndice.
47
6.3.6 Análise de viabilidade financeira
Após os cálculos de substituição e redução de potência realizados, é possível saber se
o investimento será vantajoso.
Tabela 5- Novas potências e economia em kW com a substituição dos motores
Fonte: Elaboração própria
Tabela 6- Economia em kW versus investimento
Fonte: Elaboração própria
Com a informação da redução de potência que irá ocorrer caso o projeto seja
realizado, pode-se estimar o ganho financeiro com redução de consumo de energia elétrica.
48
Tabela 7- Ganho financeiro anual com economia de energia elétrica
Fonte: Elaboração própria
Considerando a vida útil dos motores elétricos de 10 anos e o custo de oportunidade de
capital de 12,5% ao ano, podem ser realizados o cálculo de PAYBACK, VP e TIR.
• Payback simples: Utilizando [5], encontra-se:
Payback= 1,71 anos
• VPL: Utilizando [6], encontra-se:
Tabela 8- Fluxo de caixa para cálculo de VPL
Fonte: Elaboração própria
Como o VPL é maior que zero, conclui-se que o projeto é vantajoso
• TIR: Utilizando [7], encontramos o valor do TIR.
49
Tabela 9- Fluxo de caixa para cálculo do TIR
Fonte: Elaboração própria
Como o valor do TIR é maior que 12,5% ao ano, tem-se que o projeto é vantajoso.
50
8 CONCLUSÃO
Diversos são os estudos realizados anualmente envolvendo eficiência energética.
Percebe-se que a cada ano ocorre uma expansão das pesquisas e investimentos em torno do
tema. Não é novidade que a indústria se destaca entre os setores que mais consomem energia
elétrica, sendo, por isso, um dos principais focos para estudos de conservação de energia.
Devido sua enorme utilização e por ser o maior consumidor de energia elétrica na
indústria, os motores elétricos se destacam em qualquer estudo que vise uma gestão de
energia. Sendo que, com a da nova lei de eficiência energética para motores elétricos que
começou a ser aplicada em 2009, a regulamentação a cerca de sua eficiência tornou-se mais
específica, obrigando a comercialização de motores somente com rendimentos acima dos
estipulados por lei.
Observando o estudo de caso realizado na empresa Esmaltec Eletrodomésticos,
percebe-se claramente a enorme redução em gastos com energia que pode ser alcançada com
um estudo de eficiência energética para motores elétricos.
Com a análise do dimensionamento dos motores em funcionamento, foi possível
perceber que todos estavam superdimensionados. Este fato ocorre, na maioria dos casos, pela
queima do motor projetado, sendo que, por não possuírem em estoque um motor de mesma
potência, os responsáveis pela manutenção utilizam um de potência superior.
Após uma análise de troca por motores de alto rendimento, percebeu-se uma redução
de 11 kW em termos de potência elétrica, redução esta que gera uma economia anual de mais
de vinte oito mil reais.
Com o estudo de viabilidade financeira, algo imprescindível em todo projeto de
eficiência energética, foi possível observar a viabilidade de aplicação do projeto proposto
nesse trabalho.
Como autor deste trabalho, posso concluir sobre a enorme importância de estudos de
conservação de energia para o cenário energético mundial. É nítido que as fontes de energia
estão ficando escassas e que qualquer projeto que vise uma melhoria nesse fato é de grande
valia. Observando a situação que o país se encontra atualmente, tendo como principal
destaque o baixo nível dos reservatórios das hidrelétricas, nota-se a importância de estudos
que visem eficiência energética. Dessa forma, por sua contribuição significativa em termos de
consumo de energia elétrica, os motores elétricos devem estar sempre envolvidos em qualquer
estudo que vise uma economia dessa.
51
9 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS
Nota-se que na maioria dos casos de substituição de motores elétricos, os motores à
serem substituídos são muito antigos e não são mais fabricados. Dessa forma, ocorre uma
grande dificuldade de conseguir as curvas características deles.
Como sugestão para trabalhos futuros, sugere-se a elaboração de um software para
plotar as curvas características de motores standard que não são mais encontrados no
mercado, pois essa foi uma das maiores dificuldades na elaboração deste trabalho.
52
REFERÊNCIAS
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os níveis mínimos de eficiência energética de motores elétricos trifásicos de indução rotor
gaiola de esquilo, de fabricação nacional ou importados, para comercialização ou uso no
Brasil, e dá outras providências. D.O.U., Brasília, DF, 12.dez.2002. Disponível em:
<http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/2002/D4508.htm> Acesso em 14.ago.2014.
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2001, que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia, e dá
outras providências. D.O.U., Brasília, DF, 20.dez.2001. Disponível em:
<http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/decreto/2001/D4059.htm>. Acesso em 14.ago.2014.
BRASIL. Lei 10.295, de 17.out.01 – “Lei de Eficiência Energética”. Dispõe sobre a Política
Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia e dá outras providências. D.O.U.,
Brasília,DF,18.out.2001.Disponívelem<http://www.planalto.gov.br/L10295.htm>. Acesso em
14.ago.2014.
COMITÊ GESTOR DE INDICADORES E NÍVEIS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA –
CGIEE. MME. Implementação da Lei de Eficiência Energética. Relatório de Atividades –
maio a dezembro.2002. Preparado por ASSUMPÇÃO, M. G. Brasília, dez. 2002. Disponível
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PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica. Dados contidos na
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WEG. Católogo Geral de Motores Elétricos. Jaraguá do Sul – SC: Weg, 2014. Disponível
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GOMES, Agenor. Impacto da lei de eficiência energética para motores elétricos no
potencial de conservação de energia na indústria. Rio de Janeiro, 2003
53
CEPEL. Rio de Janeiro, [2007]. Disponível em: <http://www.cepel.br/>. Acesso em: 01.set.
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PROCEL. Motor de Alto Rendimento: Guia Técnico. 2002. Disponível
em:<http://moodle.stoa.usp.br/file.php/1660/Motor_de_Alto_Rendimento_-
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(Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos) – Faculdade de Engenharia Mecânica,
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<http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=000434034>. Acesso em:
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54
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http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-revista/edicoes/132-radiografia-motores-eletricos-
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MOREIRA, M. A. R. G., 2006, Potencial de Mercado de Eficiência Energética no Setor de
Água e Esgoto no Brasil – Avaliação de Estratégias segundo o Modelo de Porter.
Dissertação de Mestrado, PPE/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
55
APÊNDICE
GUTMANN 2989
Figura 19- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 20A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 20 A temos:
• Carregamento: 47%
• Fator de potência: 0,71
• Rendimento: 0,85
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 9,33 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 10,78 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
56
GUTMANN 2634
Figura 20- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 22A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 22 A temos:
• Carregamento: 53%
• Fator de potência: 0,75
• Rendimento: 0,88
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 10,84 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 12,97 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
57
GUTMANN 2568
Figura 21- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 22A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 22 A temos:
• Carregamento: 53%
• Fator de potência: 0,75
• Rendimento: 0,88
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 10,84 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 12,97 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
58
GUTMANN 2567
Figura 22- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 25A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 25 A temos:
• Carregamento: 60%
• Fator de potência: 0,81
• Rendimento: 0,89
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 13,31 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 16,09 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 20 cv de alto
rendimento.
59
GUTMANN 4140
Figura 23- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 21A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 21 A temos:
• Carregamento: 46%
• Fator de potência: 0,71
• Rendimento: 0,85
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 9,8 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 11,32 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
60
GUTMANN 2559
Figura 24- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 20A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 20 A temos:
• Carregamento: 47%
• Fator de potência: 0,71
• Rendimento: 0,85
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 9,33 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 10,78 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
61
GUTMANN 2138
Figura 25- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 24A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 24 A temos:
• Carregamento: 46%
• Fator de potência: 0,71
• Rendimento: 0,85
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 9,80 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 11,32 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
62
SMG 4822
Figura 26- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 100 cv com
Imed= 70A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 70 A temos:
• Carregamento: 43%
• Fator de potência: 0,69
• Rendimento: 0,88
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 31,75 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 37,96cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 40 cv de alto
rendimento.
63
GUTMANN 5109
Figura 27- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 22A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 22 A temos:
• Carregamento: 53%
• Fator de potência: 0,75
• Rendimento: 0,88
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 10,84 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 12,97 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
64
SMG 2558
Figura 28- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 100cv com
Imed=98A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 98 A temos:
• Carregamento: 65%
• Fator de potência: 0,79
• Rendimento: 0,91
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 50,89 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 62,92 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 75 cv de alto
rendimento.
65
GUTMANN 5108
Figura 29- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 23A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 23 A temos:
• Carregamento: 55%
• Fator de potência: 0,78
• Rendimento: 0,89
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 11,79 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 14,25 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
66
GUTMANN 2560
Figura 30- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 27A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 27 A temos:
• Carregamento: 75%
• Fator de potência: 0,83
• Rendimento: 0,89
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 14,73 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 17,82 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 20 cv de alto
rendimento.
67
GUTMANN 2564
Figura 31- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 25A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 25 A temos:
• Carregamento: 60%
• Fator de potência: 0,81
• Rendimento: 0,89
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 13,31 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 16,09 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 20 cv de alto
rendimento.
68
GUTMANN 2664
Figura 32- Carregamento, rendimento e fator de potência para motor de 25cv com
Imed= 23A
Fonte: Programa de eficientização industrial (2014)
Para Imed= 23 A temos:
• Carregamento: 55%
• Fator de potência: 0,78
• Rendimento: 0,89
De acordo com [1], temos:
Pelétrica= 11,79 kW
De acordo com [2], temos:
Pmecânica= 14,25 cv
Observa-se que o motor está superdimensionado.
Dessa forma, foi realizado o estudo de substituição para um motor de 15 cv de alto
rendimento.
69
GUTMANN 2989- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 71,8%
Figura 33- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 71,8%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 18 A
Fator de potência: 0,74
Rendimento: 0,92
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 8,75 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,58 KW
70
GUTMANN 2634- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 86,46%
Figura 34- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 86,46%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 19 A
Fator de potência: 0,79
Rendimento: 0,93
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 9,86 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,98 KW
71
GUTMANN 2568- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 86,46%
Figura 35- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 86,46%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 19 A
Fator de potência: 0,79
Rendimento: 0,93
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 9,86 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,98 KW
72
GUTMANN 2567- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 80,45%
Figura 36- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 20cv com carregamento de 80,45%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 25 A
Fator de potência: 0,78
Rendimento: 0,93
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 12,82 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,49 KW
73
GUTMANN 4140- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 75,46%
Figura 37- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 75,46%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 18 A
Fator de potência: 0,76
Rendimento: 0,92
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 8,99 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,81 KW
74
GUTMANN 2559- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 71,8%
Figura 38- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 71,8%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 18 A
Fator de potência: 0,74
Rendimento: 0,92
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 8,75 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,58 KW
75
GUTMANN 2138- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 75,46%
Figura 39- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 75,45%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 18 A
Fator de potência: 0,76
Rendimento: 0,92
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 8,99 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,81 KW
76
SMG 4822- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 94,8%
Figura 40- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 40cv com carregamento de 94,8%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 54 A
Fator de potência: 0,83
Rendimento: 0,94
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 30,01 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 1,74 KW
77
GUTMANN 5109- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 86,46%
Figura 41- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 86,46%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 19 A
Fator de potência: 0,79
Rendimento: 0,93
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 9,86 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,98 KW
78
SMG 2558- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 89,89%
Figura 42- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 75cv com carregamento de 89,89%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 90 A
Fator de potência: 0,85
Rendimento: 0,95
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 50,29 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,60 KW
79
GUTMANN 5108- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 95%
Figura 43- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 95%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 21 A
Fator de potência: 0,82
Rendimento: 0,92
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 11,32 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,47 KW
80
GUTMANN 2560- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 89,07%
Figura 44- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 20cv com carregamento de 89,07%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 27 A
Fator de potência: 0,80
Rendimento: 0,93
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 14,2 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,53 KW
81
GUTMANN 2564- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 80,45%
Figura 45- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 20cv com carregamento de 80,45%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 25 A
Fator de potência: 0,78
Rendimento: 0,93
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 12,82 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,49 KW
82
GUTMANN 2664- REDIMENSIONADA
De acordo com [3], temos que:
Carregamento= 95%
Figura 46- Corrente, fator de potência e rendimento para um motor de alto rendimento
de 15cv com carregamento de 95%
Fonte: Weg.com.br (2014)
Corrente: 21 A
Fator de potência: 0,82
Rendimento: 0,92
De acordo com [1], temos que:
P'elétrica= 11,32 kW
De acordo com [4], temos que:
Redução potência= 0,47 KW
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