MOTOR TRIFÁSICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Conceito de Motores Trifásicos
Basicamente, motor é um conversor eletromecânico que, baseado em princípios eletromagnéticos, converte energia elétrica em energia mecânica, ou vice-versa, quando passa a se chamar gerador (VIANA et al., 2012). O funcionamento de um motor de indução baseia-se no princípio da formação de campo magnético rotativo produzido no estator pela passagem da corrente alternada em suas bobinas, cujo fluxo, por efeito de sua variação, se desloca em volta do rotor, gerando correntes induzidas que tendem a se opor ao campo rotativo, sendo, no entanto, arrastado por este (FILHO, 2017). A Figura 16 ilustra os principais componentes de motor de indução
Perdas nos Motores Trifásicos e Impacto na Eficiência Energética
Naturalmente, a conversão de energia elétrica em energia mecânica não se dá por completa, devido a uma série de perdas que ocorrem no interior da máquina durante este processo. Tais perdas impactam diretamente na eficiência energética do motor. As perdas podem ser agrupadas da seguinte forma de acordo com Viana et al. (2012):
– **Perdas por efeito Joule no estator e no rotor**: Resultam da passagem de corrente elétrica pelos seus enrolamentos. Reduzir essas perdas pode ser obtido através do uso de condutores de maior seção ou materiais de menor resistência elétrica.
– **Perdas no ferro**: São constituídas pelas perdas por histerese e correntes de Foucault.
– **Perdas por histerese**: Resulta da constante reorientação do campo magnético sobre o pacote de lâminas de aço-silício. A utilização de materiais com menores perdas por histerese pode aumentar a eficiência.
– **Perdas por corrente de Foucault**: São devidas às correntes induzidas no interior do material magnético que, circulando, produzem perdas na forma de calor. A laminação do núcleo do estator e rotor com materiais de alta resistividade pode minimizar essas perdas.
– **Perdas por atrito e ventilação**: Ocorrem devido ao atrito no enrolamento da máquina e pelo arrasto aerodinâmico provocado pela geometria irregular do rotor e pelo próprio ventilador por vezes instalados na ponta do eixo. Melhorias no design mecânico e o uso de ventiladores mais eficientes podem reduzir essas perdas.
– **Perdas adicionais ou por dispersão**: Incluem todas as perdas não classificadas e podem ser minimizadas através de um melhor projeto e controle de qualidade.
Tipos de Motores Trifásicos e Eficiência Energética
Os motores são classificados como:
– **Motores Síncronos**
– **Motores Assíncronos**
Motores Síncronos
O motor síncrono é o único motor elétrico que possui velocidade absolutamente constante, com carga ou em vazio, desde que a frequência de rede elétrica que o alimenta seja constante (MARTIGNONI, 2005). Apesar de seu alto custo de fabricação para potências menores, sua eficiência pode ser muito alta, especialmente em aplicações que requerem velocidade constante.
Motores Assíncronos
No motor assíncrono, a corrente alternada é fornecida diretamente ao estator, ao passo que o rotor recebe a corrente por indução eletromagnética a partir do estator. Este motor é chamado de motor de indução. O motor assíncrono é um equipamento robusto, apresenta baixo custo e simplicidade de manutenção, sendo largamente utilizado na indústria e adequado para diversos tipos de aplicações. Por ser o motor mais utilizado no setor industrial, este trabalho foca no motor de indução trifásico assíncrono com rotor gaiola de esquilo, um dos mais eficientes em termos de custo-benefício.
Dimensionamento de Motores de Indução para Eficiência Energética
Muitos motores instalados encontram-se superdimensionados para a carga que acionam. De uma amostra de 2.119 motores da indústria brasileira analisada, 36% operavam a menos de 50% da carga nominal (GARCIA, 2003). Motores superdimensionados operam com menor eficiência energética, resultando em desperdício de energia e aumento de custos operacionais.
As razões mais frequentes para esta ocorrência são:
– Desconhecimento das características da própria carga.
– Desconhecimento de métodos para um dimensionamento adequado.
– Aplicação de sucessivos fatores de segurança nas várias etapas do projeto industrial.
– Expectativa de aumento futuro de carga.
– A não especificação de fator de serviço maior que 1.0 para motores que esporadicamente apresentam picos de carga.
Os custos com motores superdimensionados podem aumentar da seguinte forma:
– A compra do motor de potência maior.
– A compra de equipamentos da fonte de alimentação, por solicitar potências aparente (kVA) e reativa (kVAr).
– A energia elétrica consumida, por apresentar rendimento menor.
– A penalidade, devido ao baixo fator de potência.
O processo para uma eficiente seleção do motor deve atender aos seguintes requisitos básicos compatíveis com o local da instalação e aplicação da carga:
– Fonte de alimentação e aplicação da carga: tensão CA trifásica equilibrada.
– Frequência: No Brasil, 60 Hz.
– Especificação da carga: Aspecto da curva de conjugado resistente e respectivos valores de conjugado de partida e nominal, rotação nominal, regime de funcionamento (contínuo ou intermitente), ciclo de aplicação da carga (constante ou variável) e o número de partidas, frenagens ou reversões por hora.
Acionamento de Motores e Eficiência Energética
A adoção de um sistema de partida eficiente pode ser considerada uma das regras básicas para se obter do motor uma vida útil prolongada, custos operacionais reduzidos, além de dar à equipe de manutenção da indústria tranquilidade no desempenho das tarefas diárias (FILHO, 2018).
Partida Direta
Segundo Filho (2018), partida direta é o método mais simples, onde são utilizados apenas contatores, disjuntores ou chave interruptoras. A eficiência energética nesta modalidade pode ser prejudicada pela alta corrente de partida, que provoca picos de demanda e maior aquecimento do motor, reduzindo sua eficiência.
Partida Estrela-Triângulo
Em instalações elétricas industriais, principalmente aquelas sobrecarregadas, podem ser usadas chaves estrela-triângulo como forma de suavizar os efeitos de partida dos motores elétricos (FILHO, 2018). Este método reduz a corrente de partida e, consequentemente, as perdas associadas ao aquecimento, melhorando a eficiência energética durante a partida.
Partida por Meio de Chaves Estáticas (Soft-Starters)
Conhecidas como chaves soft-starters, são constituídas de um circuito eletrônico acoplado a um microprocessador que controla um conjunto de tiristores responsáveis pelo ajuste da tensão aplicada aos terminais do motor. Com ajustes acessíveis, pode-se controlar o torque do motor e a corrente de partida a valores desejados, em função da exigência da carga (FILHO, 2018). Este método permite uma partida suave e controlada, reduzindo o desgaste mecânico e as perdas elétricas, melhorando a eficiência energética.
Partida por Meio de Inversores de Frequência
A variação da velocidade de um motor pode ser feita através de três parâmetros: alterando o número de pólos, variando o escorregamento, e ainda, controlando a frequência elétrica através de um inversor de frequência (WEG, 2016). Este último constitui o método mais eficiente para se controlar a velocidade de motores de indução. Os inversores transformam a tensão da rede, que tem amplitude e frequência constantes, em uma tensão de amplitude e frequência variáveis. Quando se varia a frequência da tensão de alimentação do motor, varia-se também a velocidade do seu campo girante e, consequentemente, a velocidade mecânica de rotação (WEG, 2016).
Vantagens:
– O controle pode ser realizado à distância.
– Aumento da produtividade, uma vez que os inversores de frequência possibilitam o ajuste da velocidade operacional mais adequado ao processo.
– Eficiência energética, uma vez que o rendimento do sistema não depende somente do motor, mas também do controle. Na variação eletrônica, a potência fornecida pelo motor varia de maneira otimizada, produzindo assim elevados índices de rendimento do sistema.
– Versatilidade, pois os inversores de frequência são adequados para qualquer tipo de carga.
– O controle preciso da velocidade obtido com os inversores propicia uma otimização dos processos, rendendo uma maior qualidade no produto final.
Referências
FILHO, N. A. *Partida Direta de Motores*. Revista Eletricidade Moderna, São Paulo, 2018.
FILHO, N. A. *Motores de Indução: Fundamentos e Aplicações*. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
GARCIA, P. S. *Dimensionamento Eficiente de Motores na Indústria Brasileira*. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2003.
MARTIGNONI, W. *Motores Síncronos e Aplicações*. São Paulo: Edgard Blücher, 2005.
VIANA, M. et al. *Motores Elétricos: Teoria e Aplicações*. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2012.
WEG. *Guia Prático de Inversores de Frequência*. Jaraguá do Sul: WEG Equipamentos.
