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Soluções ABB, com Eficiência Energética, paraestações de bombagem

ABB

Tecnicelpa – F.Foz 28Abril2016

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Soluções ABB, com Eficiência Energética, para estações de bombagemLeis da Afinidade

§ As Leis da Afinidade descrevem aligação entre a velocidade speed (n),Caudal flow (Q), altura a vencer head(H) e a potência power (P) da bomba.

§ Em especial, a ligação entre a potência(P) e a velocidade (n), é essencial naoptimização do consumo de energia dabomba.

§ A potência necessária (P), éproporcional ao cubo da velocidade (n)ou caudal (Q)

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Soluções ABB, com Eficiência Energética, para estações de bombagemPump curves, efficiency approach

|

ü Foco na eficiência do sistema

ü Conhecer as curvas de funcionamentodas bombas é essencial em todas asotimizações de processos.

ü Vejamos os seguinte exemplo!

§ 1800rmp, 240l/s, 200kW, n=83%

§ 900rpm, 120l/s, 30kW, n=83%

§ For 240l volume we need either 200kWs

or 60kWs

ü Lower speed -> Energy saving

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• IE4 SynRM - motor para poupança deenergia

• HO SynRM – motor compacto

• ACS880 - Drives industriais

• ACS850 – Drives paramáquinas

Soluções ABB, com Eficiência Energética, para estações de bombagemConjuntos (Motor SynRm +Drive)

Con

junt

osdi

spon

ívei

s

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Motor IE4 SynRM & Drive ACS880Visão geral

Eficiência IE4, 11-315 kW• Motor sem ímanes motor de Classe

IE4• Excelente eficiência a cargas

parciais

Verificada a eficiência do conjunto• Medida para todo o conjunto e

todas as velocidades• Cálculos baseados em factos e

não em suposições

Fiabilidade sem precedentes• Rotor frio e temperatura baixa dos rolamentos• Aumento da temperatura da bobinagem muito

abaixo da Classe B• Alta fiabilidade

Melhoria da eficiência do sistema semmodificações mecânicas• A maioria dos motores IE4 SynRM segue a

harmonização Cenelec para as combinaçõesde tamanho e potência.

• Rápido retorno do investimento total.1:1

Compatibilidade completa com os DrivesACS880• Compatibilidade e fiabilidade• Desenho prático e compacto• Funções de segurança integradas• Conectividade universal• Suporta vários tipos de motor includíndo IM,

PM e SynRM

Motor de indução no exterior, inovação no interior• Rotor inovador• Tecnologia do estator convencional• Desempenho de um motor PM• Relação custo-eficácia, simplicidade e facilidade de

manutenção de um motor de indução

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Novos VSD (Drives) industriais ABBSimplificam o seu mundo sem limitar as suas possibilidades

Perfeitamentecompativel com oseu processo

Suportam o seunegócio

Poupam energia eprotegem o ambiente

Operação fácile seguar

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Apresentando os ”single drives”…ACS880 single drives, 0.55 to 3200 kW, 230 to 690 V

§ Soluções em armário e de montage mural, comdrives simples (single drives), com diversos formatosde potências (frames)

§ Design muito compacto e robusto

§ Ampla gama de funções e opções

§ Para todos os ambientes:ACS880-01: IP21 Como standard, e IP55 comoopcional

§

ACS880-07: IP22, IP42 e IP54

§ ACS880-17: IP22, IP42 e IP54

§ ACS880-37: IP22, IP42 e IP54

Montagem Mural, ACS880-01

Solução com Armário, ACS880-07, -17, -37

para industriastais como:

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Soluções ABB, com Eficiência Energética, para estações de bombagemACS880 recursos de segurança integrados

• Conformidade com os requisitos da Diretiva demáquinas 2006/42/CE da União Europeia

• Safe torque-off (STO) incorporado

• Módulo opcional de funções de segurançaintegrada fornece:

• SS1 = Parada segura 1

• SLS = Velocidade limitada com

• segurança

• SBC = Controle de freio seguro

• SMS = Velocidade máxima segura

• SSE = Parada segura de emergência

• SS2 = Parada segura 2

• SOS = Parada de operação segura

• SSM = Monitor de velocidade segura

• SAR = Intervalo de aceleração seguro

• SDI = Direção Segura

• Reduz o espaço de instalação e simplifica ocabeamento

1ª fase

2ª fase

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Soluções ABB, com Eficiência Energética, para estações de bombagemACS880 drives industriais compatibilidade total

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Motores Síncronos de Relutância SynRm

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Tecnologia dos Motores Síncronos de RelutânciaHistória – Passos chave

2012200519891960’s1923 19981888

(d)Segmento emferro Barreira magnética

(Normalmente ar)

§ (a) Rotor de polos salientes

§ (b) Rotor de construção radial laminada anisotropica (ALA)

§ (c) Rotor de construção transversal laminada anisotropica (TLA)

§ (d) J. K. Kostko 1923 patente original)

§ (e) Servomotores Sincronos de relutancia ABB

§ (f) Motores Sincronos de relutância ABB e drives(Motor & Drive package)

(e)

(c)(f)

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Tecnologia dos Motores Síncronos de RelutânciaConceito do design

Chapa de aço ferromagnético perfurada

As chapas são justapostas, formando umapilha. Podem ser empilhadas diretamente noveio, ou pré empilhadas antes.

Montagem do corpo do rotor, no veio. O rotor éequilibrado após a montagem no veio.

O rotor completo é inserido no estator. Éutilizado um estator standard de 4 pólos mascom a bobinagem adaptada.

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Tecnologia dos Motores Síncronos de RelutânciaFuncionamento comparando com motor de Indução

RRU

UU U

W

W

W

V

V

VW

W

W

V

V

V

UU

UU

V

V

W

W

WW

W

W

W W

V

VV

V

V

V

U

U

UU

U

U

Motor de Indução Motor Síncrono de Relutância

Eliminação das perdasresistivas no rotor

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Fluxo MagnéticoSituação sem Carga

Numa situação sem carga, as linhas defluxo atravessam em linha reta asaberturas do entreferro. O fenómenoda relutância indica que o rotor querficar nesta posição centrada.

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Fluxo MagnéticoSituação com Carga

Numa situação com carga o rotor estádescentrado forçando as linhas defluxo a curvar ao viajar ao longo doespaço do entreferro . A parte do fluxoentre o estator e o rotor atua como umelástico produzindo o binário

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Tecnologia dos motoresComparação

Motor de Indução SynRMMotor IP• Alta eficiência energética• Alta densidade de potência• Precisão de controlo de velocidade

mesmo sem sensores• Baixa temperatura dos rolamentos

e maior longevidade

• Apenas para aplicação com VSD• Menor fator de potência e maior

consumo de corrente (Compensadopelo VSD)

• Familiar e tecnologicamentecomprovado

• Robusto• Arranque DOL• Fácil de usar e manter

• Baixa eficiência a baixasvelocidades

• Perdas no rotor porescorregamento provocamaquecimento dos rolamentos

• Binário apenas emfuncionamento assíncrono

• Precisão a alta velocidade édifícil sem utilização de sensores

• Alta eficiência energética• Compacto• Velocidade síncrona• Baixa velocidade, temperatura

dos rolamentos baixa e maiorlongevidade.

• Apenas para aplicação com VSD• Custo elevado• Ímanes de Terras Raras:

• Custo incerto e variável• Risco de desmagnetização• Maior dificuldade de

manutenção devido à força dosímanes (New SynRM Motor)

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Chave do Sucesso

Perdas

Eliminação das perdas no Rotor

I2REstator

I2RRotor

Outras

I2REstator

Outras

I2REstator

Outras

Motor de Indução Standard IE2

Motor IE4 SynRM

Motor Potência AumentadaSynRM (High Ouput)

100%

60%

80 -90%

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Dois inovadores conjuntos Motor SynRM + DriveA tecnologia para aplicações de velocidade variável

Motor Standard+

Rotor Especial

Drive standard+

Novo Software

Um novo erevolucionário

conjunto Motor+Drive

Conjunto IE4 SynRM§ Redução das perdas de energia até 40% comparando com a classe

de eficiência IE2.§ Intermutável com os motores de indução IE2 sem custo com

modificações mecânicas

Conjunto potência aumentada High Output (HO) SynRM§ Motor altamente compacto, até duas alturas de veio menor do que

um motor de indução convencional, sem comprometer a eficiência.§ Motor mais pequeno e leve o que permite projeto de máquinas mais

económicas.

Drives que suportam o software de controlo SynRM§ Drives Industriais ACS880§ Drives para máquinas ACS850§ Drives para aplicações na indústria da água ACQ810

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High Output SynRM vs IE2 Induction MotorNa prática qual o significado de mais pequeno?

§ Comparação motor de 3000 rpm da mesma potência

§ Motor de cima HO SynRM, motor de baixo tradicional de indução IE2

§ Diferença de eficiência do conjunto (motor+drive) HO SynRM e motor deindução IE2

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Nova tecnologia vs. Motor de indução tradicional (IM)Comparação com conjunto (motor+drive)

Focado nas características do produto, não na tecnologia.Não há motores de ímanes permanentes (PM) ou SynRM standard.

HO SynRM IE4 SynRM IE4 IM Typical PMMotor size Smaller Same Bigger Smaller

Replaceability Not always Yes Not always Not always

Efficiency Same or higher Higher Higher Higher

Ease of service Same Same Same More difficult

Price Same 1-2 year payback 1-2 year payback Higher (?)

Reliability Same or higher Same or higher Same or higher Magnets (?)

Availability 1.1 – 350 kW 11 – 315 kW Above 75 kW now ?

Motor-drivepackageefficiency

Yes from ABB Yes from ABB No No (?)

Mix and matchmotors and drives

No No Yes No

Pre-selectedpackages

Yes Yes No ?

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Dois conjuntos tipo de motor SynRM+drive

§ Rotor sem ímanes nem gaiola, e portanto sem perdas.

§ Motor roda mais frio, com mais fiabilidade e maior tempo de vida dosrolamentos.

§ Maior eficiência a cargas parciais, comparando com os motores deindução.

§ IE4 Super Premium Efficiency SynRM motors. O mesmo tamanho epotência, comparando com os motores de indução IE2.

§ High output (HO) SynRM motors. Até dois tamanhos de carcaça maispequeno para a mesma potência, ou mais potência para a mesmotamanho.

§ Verificada a eficiência global do conjunto (Motor+Drive) conforme ostandard da EN 50598-2 para ajudar a determinar o retorno doinvestimento.

Ex: O motor IE4 SynRM em conjunto com os drives ABB garantem amaior eficiência global (IES)

Economia de energia e espaço

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IE4 SynRM - Conjunto (motor-drive)

§ IE4 Super premium efficiency

§ Grande fiabilidade

§ Melhora a eficiência das aplicações existentes sem necessidademodificações mecânicas

High output SynRM - Conjunto (motor-drive)

§ Mesma potência – Motor mais pequeno

§ Mesmo tamanho – Mais potência

§ Conjuntos com eficiência equivalente ao IE2 – IE3

Dois conjuntos motor SynRM+drivePrincipais vantagens

§ Exterior equivalente ao motor de indução, inovação no interior§ Performance comparada aos motores de ímanes permanentes, mas sem

ímanes§ Otimizado para operação com VSD – não habilitado em aplicações DOL.§ Gama completa de conjuntos pré-selecionados§ Verificada a eficiência do conjunto

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Eficiência “categorias”

§ Motor apenas - eficiência com alimentação sinusoidal

§ Normalizado

§ Motor apenas - eficiência com drive

§ Ainda não normalizado

§ Depende das características de controlo

§ Menores perdas no motor significa mais perdas nodrive.

§ Drive apenas - eficiência

§ Ainda não normalizado

§ Depende das características de controlo

§ Menores perdas no drive significa mais perdas nomotor.

§ Conjunto Motor+drive - eficiência

§ Ainda não normalizado

§ O mais importante para o utilizador

Garantir que se compara a mesma coisa

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Eficiência “categorias”Garantir que se compara a mesma coisa

1 + 1 ≠ 2

§ Motor apenas - eficiência com alimentação sinusoidal

§ Normalizado

§ Motor apenas - eficiência com drive

§ Ainda não normalizado

§ Depende das características de controlo

§ Menores perdas no motor significa mais perdas nodrive.

§ Drive apenas - eficiência

§ Ainda não normalizado

§ Depende das características de controlo

§ Menores perdas no drive significa mais perdas nomotor.

§ Conjunto Motor+drive - eficiência

§ Ainda não normalizado

§ O mais importante para o utilizador

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Eficiência “categorias”Garantir que se compara a mesma coisa

1 = 1

§ Motor apenas - eficiência com alimentação sinusoidal

§ Normalizado

§ Motor apenas - eficiência com drive

§ Ainda não normalizado

§ Depende das características de controlo

§ Menores perdas no motor significa mais perdas nodrive.

§ Drive apenas - eficiência

§ Ainda não normalizado

§ Depende das características de controlo

§ Menores perdas no drive significa mais perdas nomotor.

§ Conjunto Motor+drive - eficiência

§ Ainda não normalizado

§ O mais importante para o utilizador

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(PDS) Power drive system efficiency

As classes de eficiência consideradas nas normas, são normalmente definidas á

maxima velocidade e carga nominal (100,100), mas na realidade,

muito raramente, o equipamento tem necessidade de ser conduzido a tal velocidade.

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Curvas de eficiência típicas para diferentes soluçõesBaseadas em medições da ABB

80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%

0 %

10 %

20 %

30 %

40 %

50 %

60 %

70 %

80 %

90 %

100 %

500 750 1000 1250 1500

EffP/Pn

rpm

15kW 1500 rpm motor-drive packages in pump/fan duty

Pump/fan power curve IE4 SynRM package IE2 IM package IE3 IM package

IE4 IM package IE2 DOL limit IE3 DOL limit IE4 DOL limit

Conjunto IE4 SynRMmotor+drive

IE3 motor comalimentaçãosinusoidal

Conjuntomotor IM IE3+ Drive

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Enquadramento das normas de eficiência energética

ü As normas estão a ser preparadas pela CENELEC, o “Europeancommittee of electrotechnical standardization”

ü A norma IEC 60034-30-1 define a classe de eficiência internacional

para motores

ü A nova norma EN 50598-2 define:

§ IE – Classe para o drive ou “Complete Drive Module” (CDM)

§ IES - Classe para a combinação do motor com Complete DriveModule (CDM) “Power Drive System” (PDS)

ü Válida para motores e drives entre 100 a 1000 V e potências até1000 kW

Classe eficiência (IES) conforme EN 50598-2 (Projeto)

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§ Bombas eventiladores§ Extrusoras§ Compressores§ Transportadores§ Misturadores§ Decantadores

Aplicações

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Processo Problema§ Controlo de caudal estava

desperdiçando energia§ Necessidade de poupar dinheiro

e melhorar a performance comrecurso a nova tecnologia. tec

Beneficios• Menos 80% de energia pelo conjuntomotor-bomba, comparado com a situaçãoanterior.•. Eficiência aumentada

• Fácil de comissionar e utilizar.

• Controlo eficaz da aplicação.

Solução ABBACS880-01 drive industrial de

montagem mural e MotorSyn RM

(Watch the video on YouTube)

Exemplo de Bombagem em ”Fiskeby Board AB” - Suécia

Bomba Água de Diluição – ACS880-01

(ABB Ef. Energy – A Solution)

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