Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 211 – 2015



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Motores eficientes na indústria

 
 
As atividades industriais requerem quase sempre um motor robusto, de alta confiabilidade, boa eficiência, que reaja bem a variações de carga, e de baixo custo; alguns processos requerem variação de velocidade, com um bom controle, e áreas classificadas exigem um equipamento que não provoque centelhas.

Há máquinas que existem em praticamente qualquer tipo de indústria e o motor que melhor tem se adaptado a todo tipo de serviço é o motor de indução trifásico, com rotor em gaiola de esquilo. De construção robusta, sem partes faiscantes, com rendimento na casa de 90% (facilmente superando este valor para potências maiores), exigindo quase nenhuma manutenção, barato, tem poucas desvantagens: não varia a velocidade, operação degradada em baixa carga (baixos rendimento e fator de potência), alta corrente de partida. O maior obstáculo para algumas aplicações foi a variação de velocidade - quando perdia em muito para o motor de corrente contínua, motor caro, que exige muita manutenção e cuidado. A solução veio há mais de 20 anos com o avanço da eletrônica de potência, que produziu os conversores de frequência, equipamentos que convertem a corrente alternada da rede de frequência fixa (no Brasil, 60 Hz) em variável (que pode ir de 6 a 120 Hz). Adicionalmente, esta aplicação pode também servir para economizar energia. O MIT – motor de indução, trifásico, responde por 75% dos motores existentes no Brasil – dos 25% restantes, grande parte é de motores menores que 1 cv, monofásicos, com aplicação em equipamentos residenciais como geladeira, ar-condicionado, máquina de lavar, ventiladores, etc. – mas na indústria, este número é seguramente maior.

Um motor é dimensionado pela carga mecânica que acionará, mas é comum haver incertezas sobre esta carga no momento do dimensionamento, ampliações ou situações que peçam um pouco mais de potência. Além do mais, fora o aspecto do rendimento, não há inconveniente técnico para um motor sobredimensionado também operar com baixo fator de potência, sendo em muitos casos o responsável por multas observadas na fatura.

Os motores elétricos existem há pouco mais de um século e quando surgiram, eram grandes, pesados e custavam caro. Ao longo do tempo, foi-se reduzindo seu custo de fabricação, com menos ferro, menos cobre, além de melhores materiais e técnicas de construção. A busca por eficiência energética levou a motores com maior custo de fabricação, mas com menor custo de vida útil, motores de alto rendimento - com desempenho otimizado pelo uso de chapas magnéticas de melhor qualidade, maior volume de cobre, enrolamentos especiais, núcleos dos rotores e estatores tratados termicamente, melhor desenho da ventilação, entre outras modificações. Essas melhorias tornaram o motor de alto rendimento cerca de 20% a 30% mais caros; só que a sua utilização em lugar de um motor padrão pode ser economicamente viável em função do custo de energia economizado ao longo de sua vida útil, já que o custo da energia elétrica consumida por um motor chegar a mais de 100 vezes o seu preço de aquisição.

É quase sempre viável economicamente instalar um novo motor de alto rendimento em comparação com um motor tradicional pois a diferença de investimento é apenas entre os custos dos dois motores; mas pode não ser compensador em casos com baixíssima utilização do motor em questão. Já para a troca de um motor já existente, o investimento a ser considerado é não só o custo total do motor de alto rendimento, mas também o custo de colocá-lo em funcionamento: estudo, compra, frete, instalação, eventual mudança no circuito elétrico, mão-de-obra para troca e condicionamento.
 
 
Para a implantação de motores de alto rendimento supondo a troca imediata, o investimento é alto quando a vida útil remanescente do motor existente não é aproveitada. Quando se considera, no entanto, que a troca é feita ao final da vida útil dos motores existentes, o ganho aumenta consideravelmente e essa diferença destaca a importância de se conduzir um estudo de forma integrada ao chão de fábrica.

A adoção de umas poucas políticas públicas favoreceu, de fato, a exploração do potencial de conservação de energia em motores. Mas os estímulos poderiam ser maiores. Considerando as verbas do PEE – Programa de Eficiência Energética da Aneel, operacionalizado pelas concessionárias de energia que são responsáveis pelo maior volume de investimentos que se realiza em eficiência energética, a indústria não parece ser prioridade nos programas governamentais – ainda que, conforme já evidenciado pela própria Aneel, a indústria é o maior consumidor e recebe uma parcela muito pequena dos investimentos. Mas, como bem lembra Fernando Garcia, diretor de Vendas de motores para a América do Sul da WEG, o Propee – Procedimentos para Projetos de Eficiência Energética – de jul/2013 é um bom exemplo pois atuou neste ponto de forma a beneficiar os maiores consumidores de cada distribuidora na divisão das verbas, onde se insere a indústria. “Um grande avanço, mas na prática são muito poucos os editais com verbas significativas à disposição das indústrias”.

A Eletrobras exerce, por delegação interministerial, a Secretaria Executiva do Procel - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica, sob a coordenação do Ministério de Minas e Energia. E, no segmento industrial, a Eletrobras, por meio do Procel, já implementou uma rede com 14 laboratórios nas cinco regiões do país, que por sua vez vêm contribuindo com ações de pesquisa, desenvolvimento, extensão e inovação tecnológica relacionadas ao uso eficiente da energia elétrica em sistemas motrizes. Essa rede de laboratórios se destaca por ser uma das maiores e mais abrangentes entre todas as redes já desenvolvidas no âmbito do Procel. Destaca-se também a atuação do Procel na capacitação de mais de 2.907 profissionais de 690 indústrias de grande e médio porte, além de diversas ações conjuntas com o Sebrae e outras associações, com o objetivo de acelerar e perenizar a implementação dos projetos de eficiência energética voltados para a indústria. “O estudo realizado em 2009 identificou que 82% das oportunidades de economia de energia na indústria estão nos processos térmicos, estando o restante (18%) relacionado ao consumo de eletricidade. Portanto, conforme prevê o mesmo estudo e esses dados, o Procel se destaca como um dos programas mais exitosos no segmento industrial para a redução do consumo de eletricidade”, afirma Marcel da Costa Siqueira, gerente da Divisão de Eficiência Energética no Setor Público da Eletrobras.

Como lembra o executivo da WEG, a economia de energia em ações de eficiência energética no setor industrial gera benefícios para toda a sociedade porque, se a indústria tiver menor custo de produção poderá ser muito mais competitiva, vendendo mais e mais barato. Isto se reflete na sociedade em menores custos de aquisição, mais empregos e em maior retorno pela arrecadação. “Uma indústria nacional competitiva exportará e crescerá em vez de diminuir, como tem sido usual em muitos segmentos. Por ser o maior consumidor de energia, as ações de eficiência energética na indústria são as que têm o maior potencial de adiar e evitar investimentos em novas gerações de energia, o que se reflete nas tarifas, além de, claro, liberar mais energia para o sistema como um todo”, diz Fernando Garcia.

Marcel concorda e acrescenta ainda a contribuição para a modicidade tarifária, uma vez que a redução do consumo e da demanda de energia elétrica possibilita a postergação de investimentos no setor elétrico. Sem contar os benefícios ambientais, pois, apesar de a matriz energética brasileira ser uma das mais limpas do mundo, sempre existem impactos ambientais associados aos processos de energia elétrica; incremento da segurança energética, o que na prática traz maior confiabilidade para o sistema elétrico nacional; e aumento da competitividade do país, pois reduz os custos dos processos.

Não desmerecendo o que já foi feito, é fato que as iniciativas governamentais de eficiência energética industrial precisam de maior impulso e ajuste. As ações focam bastante na energia elétrica e um ponto fundamental que necessita ser destacado, é que energia elétrica é a única forma de energia que está presente em 100% das indústrias. Assim, ações sobre a mesma são bastante abrangentes e atingem a todas as empresas, não somente indústrias.

Entretanto é muito mais comum vermos programas de troca de lâmpadas, que geram resultados aparentes e visíveis, porém não são os mais efetivos, já que os motores são os maiores consumidores de energia elétrica na indústria. Fernando Garcia aponta oportunidades como o PNEF – Plano Nacional de Eficiência Energética - que possui boas análises e diretrizes, mas que está longe da aplicação prática. “Uma boa notícia é o recente alinhamento de ações da Abesco e Aneel com o objetivo de organizar sua efetiva implantação”.

Para o executivo da Eletrobras, o foco de atuação das iniciativas governamentais é um tema de grande complexidade e que deve ser discutido pelos diversos agentes do mercado para que a sua necessidade de ajuste seja analisada adequadamente. “Entretanto, no segmento industrial, a Eletrobras, por meio do Procel, tem atuado visando à remoção das principais barreiras relacionadas ao uso eficiente da energia elétrica, de modo a acelerar a realização dos potenciais técnicos e econômicos de conservação de energia elétrica já identificados”.

Setores industriais intensivos em consumo de energia de países concorrentes do Brasil recebem apoio de seus governos para desenvolver projetos de eficiência energética – países como China e Estados Unidos, por exemplo, possuem programas de bônus na compra de motores mais eficientes. São valores em yuan/CV ou dólar/CV com algumas variações em função do estado ou distribuidora de energia. O objetivo é retirar do mercado os motores elétricos ineficientes, por serem antigos e de projetos ultrapassados e ainda podendo ter sido rebobinados. Isto se reverte em competitividade às suas indústrias.

Marcel concorda que ações de eficiência energética trazem aumento da competitividade. E ressalta o impacto que o Selo Procel - Eficiência Energética em Equipamentos, com ênfase em motores, teve no Procel Indústria - Eficiência Energética Industrial. “O impacto é muito relevante, pois os sistemas motrizes são responsáveis por 68% do consumo de energia elétrica no setor industrial brasileiro e, segundo estudo Eletrobras/CNI, também representam o maior potencial técnico de conservação de energia elétrica. Por isso, o Procel Indústria atua não somente enfatizando a substituição de motores ineficientes por novos com Selo Procel. O foco de atuação é ampliado, uma vez que os sistemas motrizes envolvem além dos motores propriamente ditos, as instalações elétricas, incluindo MPCC (medição, proteção comando e controle), transmissão mecânica, cargas acionadas (bombas, ventiladores, exaustores, compressor etc.), a instalação mecânica e o seu uso final. Cabe ressaltar que o motor elétrico é um elemento comum a todos os sistemas motrizes elétricos”.

Fernando Garcia também acha que o Selo Procel e a Lei de Eficiência Energética com relação a motores elétricos na indústria foi de um resultado espetacular para motores novos, pois obriga que todo o motor que se enquadre na norma tenha de ser eficiente. “O problema é que, apesar de termos iniciado esta regulação na frente de muitos países, inclusive o Mercado Comum Europeu, hoje estamos perdendo largamente para várias regiões do mundo que já possuem regulação de níveis mínimos de eficiência superiores ao nosso – isto tudo acaba refletindo na competitividade da indústria. Mas o mais crítico ainda é que a Lei á válida somente para equipamentos novos, nada determinando sobre os equipamentos em operação na indústria e que podem ter níveis extremamente obsoletos de eficiência; os mecanismos de bônus no exterior citados atuam justamente neste foco, em promover a renovação do parque fabril. Aqui no Brasil uma ação neste sentido seria muito interessante”.

Um estudo da PUC-RJ de 2014, encomendado pela Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica – Abinee, mostrou que o reaproveitamento irregular de motores elétricos provoca um desperdício de 7 milhões de MWh/ano - valores calculados com base em dados recolhidos em 2012. À primeira vista, por serem mais baratos, pode parecer que o comprador está fazendo um bom negócio, mas a maioria destes motores já está obsoleta, apresentam vida útil muito curta e eficiência comprometida, o que representa um gasto de energia excessivo, muito acima do consumo dos motores regulamentados. Mas, como justificar o investimento em motores mais caros?

“Eficiência energética compete com outros possíveis investimentos da indústria e isto sempre foi um obstáculo. Mas se analisarmos as oportunidades é possível termos indicadores como TIR (Taxa Interna de Retorno) e VPL (Valor Presente Líquido), indicadores mais usuais, extremamente atrativos e que em nada perdem para outros investimentos possíveis”.

A economia mensurável na implantação de motores eficientes pode ser vista na tabela abaixo que reúne projetos implantados em diferentes segmentos:
 
 
Fernando Garcia conta que, ao contrário do ditado que diz que em casa de ferreiro, o espeto é de pau, na WEG todos os novos equipamentos implantados no processo seguem a determinação de níveis IR3 ou IR4, o que é superior à Lei que determina IR2 como rendimento padrão.

“É um investimento que se paga facilmente. Quanto aos motores já instalados no parque fabril as substituições se iniciaram em 2008 e focaram as maiores potências para atuar mais rapidamente na redução da demanda.

Além dos motores também se realizou a automação de sistemas com a aplicação de inversores de frequência, ação que, além de proporcionar uma economia de energia bem mais expressiva traz também aumento de produtividade e redução de outros custos.

Exemplos são a automação das torres de resfriamento e filtros de mangas que proporcionaram economias médias de 60% de energia elétrica – nas torres, adicionalmente, uma economia média de 22% de água, insumo também muito crítico nos dias atuais e nos filtros se obteve aumento de até três vezes na vida útil dos elementos filtrantes, com expressivas redu- ções de custos de manutenção”.

A WEG fornece linhas de motores com eficiência superior que já são comuns em clientes dos mais variados segmentos.

Mas a distribuição é muito heterogênea. Um ponto que dificulta o entendimento é a própria interpretação da Lei de Eficiência Energética; ela determina hoje, como mínimo, o nível IR2, também chamado de Alto Rendimento. Isto confunde os usuários pois os induz a pensar que Alto Rendimento é algo a mais, sendo que é somente o mínimo aceito pela norma. A figura a seguir mostra esta situação:
 
 
Mas a WEG sente que o interesse por motores mais eficientes cresce, ainda que o volume seja baixo, precisando apenas de maior consciência e conhecimento dos critérios na hora da escolha, considerando o custo operacional dos motores e não somente o seu custo de aquisição. De qualquer forma este é hoje o segmento que mais cresce no país.
 
Roberval Bulgarelli, Consultor écnico da Petrobras – coordenador do Subcomitê SC-31 do Cobei lembra que na Norma Petrobras N-2919 – Revisão A (2015) são especificados os IE (Índice de Eficiência) mínimos considerados aceitáveis para o fornecimento de motores elétricos para instalação nas unidades operacionais da Petrobras, como plataformas offshore, refinarias e plantas petroquímicas.
A Norma afirma que são aplicáveis os requisitos legais vigentes referentes aos níveis mínimos de rendimento e de eficiência energética, estabelecidos por regulamentos emitidos por órgãos públicos. E que as características de rendimento e desempenho para motores elétricos trifásicos de indução devem estar de acordo com os requisitos indicados nas normas aplicáveis da Série IEC 60034, tal como na IEC 60034-30-1 e na IEC TS 60034-31, para motores com tensão nominal até 1,0 kV e potência nominal até 1.000 kW.

Bulgarelli ressalta que, para efeito de aplicação dos valores de rendimento indicados nas normas da Série IEC 60034, estão incluídos, além dos motores industriais trifásicos de indução com tensão nominal até 1,0 kV, para instalação em áreas não classificadas, também os motores com tipos de proteção não centelhante (Ex “nA”), segurança aumentada (Ex “e”), proteção de equipamentos contra ignição de poeira por invólucros (Ex “t”) e com invólucro à prova de explosão e caixas de terminais de segurança aumentada (Ex “de).

Estes motores devem atender, no mí- nimo, ao Índice de Eficiência IE3, de acordo com a IEC 60034-30-1. Motores com ímãs permanentes devem possuir eficiência energética igual ou superior aos requisitos do Índice de Eficiência IE4, de acordo com as IEC 60034-30-1 e IEC TS 60034-31. A N-2919 A é considerada pela Petrobras como uma Norma “pública” e está disponível para acesso público e download no site do “Canal Fornecedor” da Petrobras.
 
 
 
 
 
 
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