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S.E.B. – SOCIEDADE
ELECTROBOBINADORA, LDA.
Manutenção e Optimização de
Accionamentos Electromecânicos
Análise de uma Bomba Industrial
MOTOR DE 55 kW, 4 PÓLOS, BOMBA CENTRALINA PRENSA HIDRÁULICA 2
Coimbra
Relatório técnico elaborado para a empresa no âmbito do
novo serviço de manutenção e optimização de accionamentos electromecânicos (Smart
Service) da empresa S.E.B. – Sociedade Electrobobinadora, Lda.
S.E.B. – Sociedade Electrobobinadora, Lda. 2
Manutenção e Optimização de Accionamentos Electromecânicos
SSEEBB -- SSoocciieeddaaddee EElleeccttrroo BBoobbiinnaaddoorraa,,llddaa -- ZZoonnaa IInndduussttrriiaall ddaa PPeeddrruullhhaa -- 33002200--226644 CCooiimmbbrraa
NNIIFF:: 550011884488554411,, TTeell..:: 223399443311882277,, FFaaxx:: 223399443311992266,, EE--mmaaiill :: ggeerraall@@sseebb..pptt ,, wwwwww..sseebb..pptt
1. Objectivo
A presente análise, enquadrada no serviço integrado da SEB de manutenção e
optimização de accionamento electromecânicos – Smart Service - visa identificar o
potencial de poupança real de um motor sujeito a uma rebobinagem optimizada em
comparação com a situação anterior à rebobinagem optimizada.
2. Sistema Analisado
Este relatório diz respeito a uma bomba industrial localizada na unidade industrial
situada no concelho da Mealhada, distrito de Aveiro.
O sistema é accionado por um motor de indução trifásico de 55 kW, 4 pólos, com rotor
em gaiola de esquilo, alimentado através de um comutador estrela-triângulo.
O presente documento diz respeito à intervenção n.º
3. Aquisição e Análise de Dados
Nota Prévia - Apesar das medidas apresentadas neste relatório não corresponderem
ao mesmo motor, i.e., as medidas antes da rebobinagem dizem respeito a um motor
similar ao rebobinado em funcionamento num prensa igual àquela que é agora
accionada pelo motor rebobinado, procurou-se fazer uma comparação em termos
médios que demonstre o potencial de poupança associado à rebobinagem optimizada
mesmo em condições de carga média próxima da nominal. Saliente-se que, apesar de
não ser muito significativa, a diferença verificada no funcionamento dos dois motores
analisados em termos de variação de carga coloca em causa a precisão da
comparação apresentada. A rebobinagem do motor inicialmente monitorizado permitirá
apurar com mais precisão as poupanças energéticas que advêm do reprojecto
optimizado dos enrolamentos estatóricos.
A. Consumo e Poupanças Energéticas
Conforme se pode observar na Fig. 1, nos períodos em que a potência activa é
aproximadamente constante, o motor rebobinado solicita menos potência activa à rede
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(inferior em cerca de 2 kW). O valor eficaz da corrente, em média, é inferior no motor
rebobinado (Fig. 2).
Fig. 1
Fig. 2
A energia activa consumida pelo motor rebobinado ao longo de 17 horas de
funcionamento do sistema (1 dia, 2 turnos) é inferior em cerca de 3,9% e a potência
activa média nesse mesmo período é inferior em cerca de 8,6%.
Considerando um custo de 0,098 €/kWh e 360 dias por ano, estima-se que as
poupanças anuais associadas à rebobinagem optimizada serão de:
26,5 kWh x 0,098 €/kWh x 360 dias/ano = 934,92 €/ano.
Corrigindo para as 4200 horas anuais, que é o regime normal de funcionamento do
motor, temos que as poupanças são:
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934,92 €/ano x 0,686= 641.36 €/ano.
Fig. 3
B. Transitórios de Corrente e Binário
Outro benefício obtido com a optimização dos enrolamentos estatóricos foi a
significativa redução dos picos de corrente. Conforme se pode observar na Fig. 4,
antes da rebobinagem a corrente variava entre ≈50 A e ≈215 A. Depois da
rebobinagem a corrente passou a variar entre ≈35 A e ≈90 A (redução de 30% e 58%,
respectivamente). Houve no entanto um prolongamento do período em que a corrente
se mantém no seu valor máximo (Figs. 4 e 5), em consequência do prolongamento do
período de carga máxima no ciclo de funcionamento.
Antes da Rebobinagem Depois da Rebobinagem
Fig. 4
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Fig. 5
Com efeito, conforme se pode observar na Fig. 6, após a rebobinagem, o período
de carga máxima, embora com menor valor de binário, prolongou-se ligeiramente
(2,75 s para 4 s), permitindo ao motor harmonizar o seu funcionamento nos períodos
de sobrecarga (com duração de cerca de 1,75 s).
Fig. 6
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Após a rebobinagem, a velocidade nos períodos de carga mínima passou de
1490 rpm para 1485 rpm, aproximando-se da velocidade nominal do motor (1480 rpm),
sendo este um aspecto benéfico.
O factor de potência passou de 0,52 para 0,82, nos períodos de carga mínima, e de
0,82 para 0,86 nos períodos de carga máxima, conforme se pode observar nas Figs. 7
e 8.
Antes da rebobinagem, I ≈ 50 A, DFP = 0,52 Depois da rebobinagem, I ≈ 35 A, DFP = 0,82
Fig. 7
Antes da rebobinagem, I ≈ 177 A, DFP = 0,82 Depois da rebobinagem, I ≈ 85 A, DFP = 0,86
Fig. 8
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C. Conclusões
O reprojecto optimizado dos enrolamentos estatóricos do motor de indução trifásico
respeitante à intervenção n.º conduziu a vários benefícios. Em primeiro,
obteve-se a suavização do funcionamento do motor, i.e., o ciclo de funcionamento da
prensa é ligeiramente mais prolongado, mas com menos variação de binário, o que
contribui para o prolongamento do tempo de vida da prensa e do motor. Em segundo,
a amplitude das correntes máxima e mínima diminuiu significativamente e o factor de
potência aumentou, particularmente nos períodos de carga mínima. Este último
aspecto é uma consequência da redução da corrente de magnetização e das perdas
no ferro do motor, em resultado da diminuição do fluxo de magnetização. Em terceiro,
obteve-se uma significativa redução da potência activa solicitada pelo motor.
Com base na redução estimada na energia activa consumida anualmente, prevê-se
uma poupança entre 641,36 €/ano. O custo do serviço é de 1134,75 €, pelo que o
tempo de retorno do investimento será de 1,8 anos (dentro do intervalo inicialmente
estimado de 1,5 a 3,2 anos).
Vale a pena salientar o reduzido tempo de retorno do investimento, mesmo para
este caso particular em que a carga média do motor é muito próxima da nominal. Para
motores com um nível de carga mais baixo e estável, os benefícios decorrentes da
rebobinagem optimizada podem ser bastante mais relevantes.