5.2 Estudo de Soluções
5.2.2 Variadores Electrónicos de Velocidade
A utilização de Variadores Electrónicos de Velocidade justifica-se, claramente, junto de sistemas accionados por motores eléctricos actuando como sistemas de ventilação.
De facto, confirmou-se no Estado da Arte, na sub-secção 5.1.2, que os motores que alimentam os sistemas de transporte pneumático apresentam, com bastante frequência, um trabalho inútil.
Alguns registos e depoimentos indicaram, ainda, que seria possível efectuar funções de transporte, e mesmo de despoeiramento, com um caudal reduzido face à solução actual. Através da regulação da velocidade de rotação dos motores, os VEV proporcionam um ajuste e um aumento de flexibilidade nas actividades produtivas. Contribuem, ainda, com um menor desgaste dos componentes mecânicos e um aumento de eficiência energética que se traduz, naturalmente, em poupanças de energia eléctrica.
Os VEV, cuja utilização se generalizou, são constituídos por um inversor por fonte de tensão e modulação por largura de impulso18e recorrendo a estes, actuam sobre a amplitude
e a frequência da tensão que alimenta o motor de indução. Deste modo, exercem o comando sobre a velocidade angular e consequentemente o binário.
Os VEV permitem efectuar um arranque suave do motor eléctrico e implementam pro- tecções contra curto-circuitos, sobreintensidades e sobretensão aos motores que comandam. Neste sentido, adquirir este tipo de equipamento de comando, juntamente com novos mo- tores eléctricos, permite prescindir de protecções reduzindo em termos económicos o custo de aquisição relativamente à aquisição de protecções, separadamente.
Porém, a utilização de VEV pode implicar efeitos indesejáveis: redução do tempo de vida útil do motor, devido ao aquecimento deste, introdução de interferências electromag- néticas, injecção de harmónicos de corrente na rede e circulação de correntes nos seus rolamentos.
A DS dispõe, actualmente, de um controlo automático dos parâmetros e do funcio- namento dos circuitos de transporte pneumático. Neste sentido, é possível optimizar a
18Correntemente estes termos são utilizados como: “Voltage Source Inverters” e “Pulse Width Modula-
5.2 Estudo de Soluções 57
Figura 5.2: Potência activa absorvida pelo método de controlo de velocidade, num MI, por estrangulamento de caudal vs. VEV
utilização do VEV, recorrendo à utilização dos sensores disponíveis. Ora, por exemplo, quando o motor é colocado em modo de espera, é possível uma redução do caudal – onde anteriormente era enviada, apenas, instrução de abertura da válvula desviadora para ad- missão de ar.
Actualmente, os VEV permitem um ajuste automático, através de modos de poupança de energia e o seu ajuste e optimização é facilmente apercebido por quem o opera.
Considerou-se, como exemplo, para a sua aplicação a utilização de um VEV no trans- porte de granulado para as moldadoras 4, 5 e 6 (NT), conforme perfil de funcionamento da Figura C.2ao invés da utilização da válvula de estrangulamento do caudal.
Estimou-se que durante a realização de trabalho não-útil, cerca de 12 horas/dia, o caudal poderá ser de 10% enquanto durante a limpeza das condutas, aproximadamente 5
horas/dia, o caudal poderá ser reduzido para 60%. Durante a realização do transporte do
granulado, 7 horas/dia utiliza-se 90% do caudal máximo.
Através das tabelas, que graficamente se expõem na Figura 5.2, obtidas junto de um fabricante destes inversores, Fuji Electric, é possível estimar a potência consumida para os diferentes períodos de funcionamento recorrendo a válvulas de estrangulamento ou à variação electrónica de velocidade.
A Tabela 5.3 traduz os resultados no controlo do caudal, por válvula de estrangula- mento ou com recurso a um VEV. Em termos de poupança energética, e na análise de viabilidade económica da sua implantação, utilizou-se a diferença entre o controlo com e sem a utilização do variador.
58 Sistemas Accionados por Motores Eléctricos
Tabela 5.3: Potência Absorvida para os diferentes períodos de funcionamento, de acordo com controlo de caudal
Caudal Horas Potência Activa Consumida (kW) (%) Sem Variador Com Variador Diferença
10 12 13,31 7,68 5,63
60 4,8 27,32 7,03 20,29
90 7,2 45,21 34,27 10,94
! 24 85,84 48,98 36,86
Deste modo, e com uma poupança de 36,86 kW face à utilização de um método conven- cional de controlo de caudal por estrangulamento, estimou-se a poupança de utilização do VEV, neste cenário – recorde-se que o custo do kWh é de e0,082 e que os dias de laboração por ano são 225. Esta poupança anual representa, neste caso, e717.
s = (5, 63 + 20, 29 + 10, 94)× 0, 082 × 225 =e717
De acordo com o fabricante, um VEV para esta aplicação, tem um custo médio de e900. Considerando como metade do equipamento o custo inerente à instalação, o payback corresponderá a:
P ayback = 900717×1.5 = 1, 88 anos
Uma análise económica rigorosa de implementação de um VEV como comando de um motor de indução trifásico, deverá contemplar, para lá das poupanças energéticas decorridas do controlo da velocidade, as perdas que o VEV introduz no sistema.
Porém, as poupanças energéticas que advêm da utilização deste tipo de controle de velocidade compensam as perdas introduzidas e, deste modo, tornam a sua utilização recomendável em termos de eficiência energética [29].
A metodologia de cálculo para esta análise económica em situações em que, relati- vamente à situação presente, se introduz um controlo de velocidade, ocorre do seguinte cálculo da poupança anual, para i regimes de carga.
s =& i $' PM Ii ηi M I − P i V EV−MI ηi V EV−MI ( × hi× Ci % (5.6) Onde as variáveis significam, respectivamente:
s, poupanças anuais (e/ano);
ηM I, rendimento do motor de indução (decimal);
ηV EV−MI, rendimento do sistema MI-VEV (decimal);
PM I, potência mecânica ou útil do MI sem VEV (kW);
PV EV−MI, potência mecânica ou útil do MI com VEV (kW);
h, período de funcionamento (horas/ano);
C, custo médio do kWh para o período h (e/kWh);