Esta tese apresenta uma metodologia específica para a quantificação das perdas energéticas em motores elétricos de indução trifásicos com rotor em gaiola, por meio da determinação indireta do rendimento nas condições de funcionamento a plena carga. A referida metodologia, denominada MHmit, foi desenvolvida em ambientes industriais, particularmente no segmento alimentício, contando também com a colaboração do Laboratório de Máquinas Elétricas do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo no tocante a disponibilização dos ensaios de vários motores de indução trifásicos com rotor em gaiola ao longo de vários anos de prestação de serviços. Esses ensaios foram de extrema importância para a validação da metodologia apresentada. Sendo o motor elétrico um equipamento de uso final de forte presença industrial, é passível de substituição por tecnologias mais eficientes mediante a realização de estudos de eficiência energética. Os diagnósticos energéticos em sistemas motrizes beneficiam as indústrias por meio da diminuição dos custos com energia elétrica, tanto pela redução de demanda, quanto pela redução do consumo. Porém, para o desenvolvimento desta metodologia foi necessária a avaliação de estudos realizados por empresas prestadoras de serviços na área de conservação de energia elétrica. Essas empresas foram selecionadas a partir da averiguação da satisfação do cliente quanto aos serviços prestados e resultados obtidos após a substituição dos motores. Por meio da análise de 266 casos, verificaram-se os problemas encontrados por essas empresas antes, durante e após a substituição dos motores elétricos do tipo padrão por de alto rendimento. Em alguns casos, a substituição de um motor antigo do tipo padrão por um motor novo do tipo alto rendimento resultou num aumento do consumo de energia elétrica, fato este totalmente controverso quando se espera uma economia de 2 a 6% proveniente desta mudança de tecnologias, de acordo com Eletrobrás e NEMA MG 1. A metodologia MHmit desenvolvida neste trabalho contempla esta situação. As principais metodologias atualmente utilizadas na realização de estudos para substituição de motores elétricos dos tipos padrão por alto rendimento foram analisadas e apresentadas neste trabalho. Dentre elas, a metodologia convencional, que utiliza curvas de motores elétricos para a determinação do rendimento, a metodologia que utiliza o programa denominado BD Motor, desenvolvido pelo Centro de Pesquisas em Energia Elétrica da Eletrobrás, a VII metodologia que utiliza o programa Mark IV, desenvolvido por pesquisadores da Universidade Federal de Itajubá, em parceria com o Procel / Eletrobrás e o software Motor Master, desenvolvido pelo Departamento de Energia Norte-Americano (DoE). Todos esses programas estão disponíveis gratuitamente para download no site do Procel Info / Eletrobrás - www.procelinfo.com.br. A metodologia MHmit, desenvolvida neste trabalho, apresentou desvios percentuais satisfatórios (10,12%) entre os valores previstos (durante as simulações com o aplicativo MHmit) e reais (por meio da verificação da real economia de energia elétrica proporcionada após a substituição do novo motor) das metodologias em estudo. Estas, não contemplam dados de parâmetros de motores antigos, dificultando a obtenção de um valor verdadeiro do rendimento do motor em funcionamento, pois muitas vezes este já sofreu reparos, rebobinagens e curtos-circuitos. Os 86 estudos de caso realizados para a validação desta metodologia (motores com potências de 7,5 a 125 cv) mostraram diferenças significativas entre os valores previstos pelas metodologias atuais e a metodologia desenvolvida MHmit. / This thesis presents a specific methodology to quantify the energy loss in three-phase induction electric motors with cage rotor, by indirect determination of efficiency under operation conditions at full load. This methodology, named MHmit, was developed in industrial environments, particularly in textile and food sectors, relying on the collaboration of the machines laboratory of the Institute of Electrotechnics and Energy, University of São Paulo on the availability of tests in several three-phase induction motors with cage rotor over several years under the laboratory service. These essays were extremely important to validate the presented methodology. Once the electric motor is an equipment of final use strongly present in industry, it is subject to replacement by more efficient technologies by carrying out energy efficiency studies. Energy Diagnosis in electric motors aims to provide the client with a decrease in electric energy costs, not only a decrease in demand, but also as a decrease in consumption. However, for the development of this methodology, it was necessary for evaluation, an assessment by companies that provide services in the area of energy conservation. These companies were selected from an investigation of customer satisfaction on services provided and results obtained after replacing the motors. By analyzing 266 cases, the problems found by these companies had been verified before, during and after the substitution of standard electric motors by high-efficiency ones. In some cases, the substitution of an old standard motor by a new high-efficiency one resulted in an increase of consumption of electric energy, and this fact is totally controversial when one expects savings of 2 to 6 % from this change of technologies, according to Eletrobrás and NEMA MG 1. The methodology MHmit developed in this work covers this situation. The main methodologies currently used to carry out studies to replace standard electric motors by high-efficiency ones were analyzed and presented in this work. Amongst them, the conventional methodology, which uses electric motor curves to determine efficiency, and the methodology that uses the program named BD Motor, developed by the Center of Research in Electric Energy of Eletrobrás, the methodology that uses the program Mark IV, developed by researchers from Federal University of Itajubá, in partnership with Procel/Eletrobrás and the IX program named Motor Master, developed by the North American Department of Energy (DoE). All these programs are freely available for download at Procel Info/Eletrobrás website - www.procelinfo.com.br. The MHmit methodology, developed in this work, presented satisfactory percentage values of deviations (10,12%), between the predicted values (during simulations with MHmit application) and real (by checking the real electric energy savings provided after the old standard motor replacement) when compared to the methodologies in study. These, do not include the old motor data parameters, making it difficult to obtain a true value of motor operation efficiency, because it may have gone through repairs, rewinding and short-circuits. The 86 case studies which were carried out for the validation of this methodology (motors with rated power from 7.5 to 125 hp) showed significant differences between the values provided by current methodologies and the methodology developed MHmit.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-14062011-141907 |
| Date | 29 October 2009 |
| Creators | Mario Cesar do Espirito Santo Ramos |
| Contributors | Hédio Tatizawa, Andre Luiz Veiga Gimenes, Arnaldo Gakiya Kanashiro, Luiz Fernando Tibaldi Kurahassi, Alexandre Piantini |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Interunidades em Energia, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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