Revista Controle & Instrumentação Edição nº 211 2015
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Cover Page
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Motores eficientes na indústria |
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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. |
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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: |
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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: |
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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. |
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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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