Palestra SEW FSA MBA Gestão de Energia Setembro 2009

Daniel Martin Paganini
Consultoria Técnica

Training made by SEW-EURODRIVE

Objetivo

Apresentação SEW?
História do acionamento
Redutores
Motores
Uso racional de energia

2 Training made by SEW-EURODRIVE
DVEA Daniel Paganini Setembro 2009

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


SEW no Mundo
SEW no Mundo

12 Fábricas 67 Montadoras

13 Mil Funcionários 1,9 Bilhões de Euros


GUARULHOS


Belém
Manaus São Luiz
Fortaleza
Natal
Recife

Aracaju
Salvador
Goiânia
Uberlândia
Belo Horizonte
Vitória
Cuiabá

Rio Claro Rio de Janeiro

Guarulhos

Curitiba
Joinville

Porto Alegre


Mercado de Atuação

Açúcar e Álcool

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


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


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


Lazer e Diversão


Produtos SEW EURODRIVE


Alguns de nossos Clientes...


A roda


Origem das engrenagens

China ~2600 a.C.

Da Vinci ~1500 d.C.


Atualmente


Princípio de Arquimedes


Principio de Funcionamento do Redutor

Entrada Saída

rpm Nm rpm Nm


Revolução Industrial


Da transmissão por correia até o motoredutor
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


Acionamentos Centrais


Acionamentos Individuais

Tear 1779


Vida Moderna

SEW EURODRIVE
Solução em Movimento


Motores elétricos


Família de motores elétricos
Excitação série

Excitação independente

Motor CC Excitação compound

Imãs permanentes
Motor universal
Excitação paralela

Monofásico
Gaiola de
esquilo

Motor CA Linear
Rotor
Bobinado
Assíncrono

Trifásico Imãs permanentes

Síncrono Relutância

Pólos magnéticos

Pólos Salientes

Evolução de motores elétricos


Princípio de funcionamento do motor de indução


Características do motor de indução
Rotação fixa

[ rpm ]

Escorregamento

Torque

[ Nm ]


Curva característica

C, I

IP
Cmáx

CP

CN
IN

nN ns
n

Injeção do Alumínio Inserção do Eixo

Estampo da chapa
Retífica do rotor


Agrupamento de chapas Bobinagem

Estampo da chapa


Uso e conservação

Motor Elétrico Alta Temperatura

O que é alta temperatura para motor elétrico?

20°C, 40°C, 100°C, 500°C?


Classe de Isolação

B: T=80°C

F: T=105°C

H: T=130°C


Especificação

Número de partidas por hora;

Tempo de aceleração;

Refrigeração adequada;


38

Número de partidas por hora (ZP)

C, I Zp Ip Temp

Motor Elétrico
IP
Cmáx

CP

CN
IN

nN ns
n

Tempo de Aceleração (TA)

C, I TA I Temp

IP
Cmáx

CP

CN
IN

nN ns
n

Refrigeração Adequada

Temperatura ambiente: até 40°C;

Altitude: 1000m;

Fluxo de ar de projeto


Refrigeração Adequada
Para temperaturas de 40°C a 60°C;
Para altitudes maiores que 1000 m;

PNred  PN  f T  f H

Classes de rendimento


Principais Normas pelo Mundo

CSA IEC
NEMA

ABNT
MEPS
2006
Países onde o
rendimento minimo é
exigido por lei

Perdas no motor de indução
Perdas no Ferro ~ U, f
Perdas no cobre/resistência ~ I²·R

+ Perdas
Adicionais

Perdas por atrito e ventilação ~ n, n³

Rendimento e fator de potência


Consumo de energia elétrica no Brasil


Informações de Mercado
120

100

80
Quantidade

60

40

20

0
0 20 40 60 80 100 120
Potência [kW]


Evolução do valor R$/kWh
UHENPAL - Usina Hidro Elétrica Nova Palma Ltda
0,500

0,450

0,400

0,350

0,300

0,250

0,200

0,150

0,100

0,050

0,000
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010


Aplicação de motores


Olhe fora da caixa!
Worm Gear unit (75%)75%)
Redutor Coroa/Sem fim (

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
Potência desperdiçada por ineficiência 7.4kW
Cost of energy based on $0.10/kwh = $ 6600 per year

Helical Bevel Gear unit (97%)
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
Potência desperdiçada por ineficiência = 1.2kW
Cost of energy based on $0.10/kwh = $ 4120 per year


Olhe fora da caixa!
Potência desperdiçada por ineficiência = 7,4kW

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


Tanques de agitação

Planta com 40 tanques

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

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



Alterado o tipo do redutor

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

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



Economia anual estimada em:
1 ton CO2

20 motores R$ 27.000,00
2 ton CO2

40 motores R$ 54.000,00

Pay back (simples): 18 meses
kWh = R$ 0,235 (Base Nov/2007)


Bombas e Ventiladores
50% da aplicação de motores elétricos na indústria
Funcionamento a meia carga
Variação do fluxo por válvula


Bombas
Válvula

Variação de
velocidade

[kW]


Sistema de ventilação


Exemplo de sistema de ventilação

Status atual:
96 motores de pólos comutáveis
16/4 kW cada
Potência total instalada:

1.6MW


Exemplo de sistema de ventilação
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®


Função economia de energia do MOVITRAC®/MOVIDRIVE®

Versão: 250

Motor de pólos Lastmoment

Motormoment (High)
comutáveis 200
Motormoment (Low)
P=16/4 kW
150 Motor de pólos
comutáveis

100

50
Curva de carga
Carga
0 parcial
200 400 600 800 1000 1200 1400



250

Aumento da freqüência

200

150

100

Aumento da rotação =
aumento do torque resistente
50

0
200 400 600 800 1000 1200 1400



250

Aumento da frequencia

200

Aumento do torque com
150
a função economia de
energia do MOVIDRIVE®
MOVITRAC®
100

50

0
200 400 600 800 1000 1200 1400


Otimizando o consumo de energia:
Motores de pólos comutáveis
Potência média consumida: 11.6 kW
Consumo por motor/ano: 83.500 kWh
Custo da energia/ano: 7.000 €
Todos motores (96): 670.000 €

Com motores de alto rendimento e Consumo de
conversores MOVIDRIVE®/MOVITRAC® com
função economia de energia energia:
Potência média consumida : 10.0 kW - 14%
Consumo por motor/ano: 72.000 kWh
Custo da energia/ano: 6.000 €
Todos motores (96): 581.000 €

Economia por ano (total): 89.000 €
Economia por motor/ano: 930 €
Amortização:
aprox. 2 anos

Efeito colateral: Aumento da funcionalidade,
ajuste fino da rotação, potencial para mais economia de energia

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



Perfil de carga de um sistema de
transporte

400%
Torque

200%
100%

Segundos Minutos Horas (regime contínuo)


Uso da energia: Rendimento Motor A.R.
Std
50% 77,5%
81,0%
75% 80,6%
83,8%
STD A.R.
100% 80,3%
84,3%
Carga Economia
50% 4,5%
75% 3,9%
100% 4,8%

Rendimento Motoredutor A.R.
Std
50% 62,0%
64,8%
75% 64,5%
67,0%
100% 64,3%
67,4%


Rendimento Motoredutor Std
50% 72,9%
75% 75,8%
100% 75,5%

50% 76,1%
75% 78,8%
100% 79,3%


68

Uso racional da energia
Mudança na concepção do projeto

Rendimento Motoredutor Std
50% 72,9%
50% 64,8%
75% 75,8%
75% 67,0%
100% 75,5%
100% 67,4%


Fundamentos
Rendimento   Perda de potência

PIn POut

PPerdas
Pout
  PPerdas  Pin  Pout
Pin

Método de partida e controle
Partida direta Partida por conversor de freqüência


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

M, I

IA
MK
MA

MN
IN

nN nsyn
n
DVEA Daniel Paganini Setembro 2009 AS/Kenndt.DRW

Partida por conversor de freqüência

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

M,U
M N
U etz
N U

M

0 fN 2* fN f

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.


Partida direta
Perdas no motor com partida direta:
Motor: Atrito, perdas Joule, magnetização ...
Cabos: Perdas ôhmicas, perdas capacitivas


Perdas no motor AC – acionado por conversor

na rede

PLoss [W]
com conversor
PLoss,M  1,1  PLoss,Mains
[]

na rede
Sendo acionado por conversor, as
perdas no motor aumentam em
aproximadamente 10%.
P / PN [ ]

(com referencia apenas ao motor, VDE 0530 Bbl2) 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%


Perdas no acionamento com conversor vs partida direta


Como fazer para reduzir o consumo de energia em acionamentos?


Métodos para reduzir o consumo de energia
 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


Desenvolvimento SEW


MOVIGEAR®
 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

MOVIGEAR® em sistemas de transporte

Perfil de carga de um sistema de
transporte
Característica de torque
com conversor
Característica de torque
com MOVIGEAR
Ca. 400%
Torque
Torque

Ca. 200%

Continuous power 100%

Seconds
Segundos Some min. time
Minutos Horas(continuous duty) contínuo)
Hours
(regime


Uso do MOVIGEAR®
Métodos para redução do consumo de energia  MOVIGEAR®

-Movigear®
A diferença:


PLoss [W]
Motor
 []

Standard com
PLoss conversor e
freio

PLoss-Movigear®
P / PN [ ]

Comparado com um motor
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% standard com conversor , o
MOVIGEAR® economiza até
300 W

Vantagens adicionais do MOVIGEAR®
 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


Valor no Valor no Valor no
Consumo Consumo Consumo
Tempo medidor de Tempo medidor Tempo medidor
[kWh] [kWh] [kWh]
energia de energia de energia
Início 16,19 Início 18,19 Início 19,78
1h 16,47 0,28 1h 18,42 0,23 1h 19,86 0,08
2h 16,75 0,28 2h 18,65 0,23 2h 19,94 0,08
3h 17,04 0,29 3h 18,88 0,23 3h 20,03 0,09
4h 17,31 0,27 4h 19,12 0,24 4h 20,12 0,09
5h 17,58 0,27 5h 19,36 0,24 5h 20,20 0,08
6h 17,86 0,28 6h 19,59 0,23 6h 20,28 0,08
7h 18,14 0,28 6h37m 19,73 0,14 6h46m 20,35 0,07
Consumo de Consumo de Consumo de
energia após 1,95 energia após 1,54 energia após 0,57
2130 ciclos [kW] 2130 ciclos [kW] 2130 ciclos [kW]

Conclusão


Contatos na SEW
Treinamentos Técnicos
Daniel Paganini
treinamento.tecnico@sew.com.br

Engenharia de Aplicação
aplicacao@sew.com.br
automacao@sew.com.br

Apresentação disponível em:
www.slideshare.net/daniel.paganini/fsa2009


Agradecemos sua presença.

Muito Obrigado!


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