Impactos Energéticos dos Motores de Indução

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Impactos energéticos dos motores de indução Impactos energéticos dos motores de indução 
trifásicos eficientes considerando seu ciclo de trifásicos eficientes considerando seu ciclo de 
vidavida
Orientadores:
Luiz Augusto Horta Nogueira,
Rafael Balbino Cardoso.
Orientados:
Giuseppe Scabello Silva,
João Paulo Mancilha Santos.
ObjetivosObjetivos
•Realizar o comparativo das energias gastas na
produção e operação dos Motores de Indução
Trifásicos (MIT), tipo Padrão e Alto Rendimento;
• Mostrar a validade destes resultados baseados em
uma Análise de Ciclo de Vida Simplificada;
•Evidenciar o possível benefício energético da
utilização do motor de Alto Rendimento.
II IntroduçãoIntrodução
Introdução Introdução –– Crise Energética 2001Crise Energética 2001
Crise Energética de 2001
Homologação da Lei 10.295 em Outubro de 2001
Necessidade de índices mínimos para eficiência 
energética nos equipamentos elétricos
Introdução Introdução –– Consumo dos Consumo dos 
Motores de Indução Trifásicos Motores de Indução Trifásicos (MIT)(MIT)
Balanço Energético Útil
Balanço Energético Nacional
Outros
54%
MIT
58% Outros
42%
Indústria
46%
São responsáveis por aproximadamente 28% do 
consumo nacional de energia Elétrica.
Introdução Introdução –– Decreto 4.508 Decreto 4.508 
NBR 7094 Máquinas Elétricas Girantes - 2003
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
1 10 100
E
f
i
c
i
ê
n
c
i
a
 
[
%
]
Potência [cv]
Desempenho energético mínimo de motores de indução trifásicos com 4 pólos e rotor gaiola de esquilo. Em 
azul desempenho mínimo para os motores de alto rendimento, e em vermelho desempenho mínimo para 
motores tipo padrão (NBR 7094).
Decreto 4.508 Dezembro/2002
Introdução Introdução –– Motor de Indução Motor de Indução 
Trifásico Trifásico 
Diferença entre motores de Alto Rendimento em relação ao 
Padrão
•Redução da resistência do rotor, respeitando o valor de 
torque mínimo;
•Utilização de mais aço no núcleo do motor;
•Aumento da quantidade de cobre nos enrolamentos;
•Redução do entreferro.
Vantagens dos motores de Alto Rendimento
•Maior resistência às variações de tensão;
•Menos susceptíveis a harmônicos;
•Diminuição da temperatura;
•Maior vida útil.
IIII Análise de Ciclo de VidaAnálise de Ciclo de Vida
Análise de ciclo de vida Análise de ciclo de vida -- ACVACV
O que é Análise de Ciclo de Vida (ACV)?
Retirada da Matéria Prima Elementar
Operação
Disposição Final
Análise de ciclo de vida Análise de ciclo de vida -- ACVACV
Análise de Ciclo de Vida Simplificada
I II
IIIEnergia para a 
Produção
Quantidade de 
Matéria Prima 
Empregada
Energia para a 
Operação
Quantidade de 
horas em 
operação
Total de 
Energia 
Consumida ao 
Longo de Sua 
Vida
Análise de ciclo de vida Análise de ciclo de vida -- ACVACV
I II
IIIEnergia para a 
Produção
Quantidade de 
Matéria Prima 
Empregada
Energia para a 
Operação
Quantidade de 
horas em 
operação
Total de 
Energia 
Consumida ao 
Longo de Sua 
Vida
ACV ACV –– Energia para a produçãoEnergia para a produção
20
200
4 20 100
M
a
s
s
a
 
[
k
g
]
Potência [cv]
Quantidade de ferro presente em um MIT (Potência x Massa) em motores de alto rendimento (azul) e 
padrão (vermelho) – Fontes: ABB; Parasiliti.
•Dados disponíveis(4, 30 e 270 cv)
•Dados Necessários (5, 25, 75 e175 cv)
•Os estudos de Müeller e Besant
ACV ACV –– Energia para a produçãoEnergia para a produção
Motor Alto Rendimento Metais (kg)
Materiais 
utilizados
Potências (cv)
5 25 75 175
Cobre 2,7 12,0 30,5 42,7
Aço 2,8 17,0 31,5 44,1
Ferro 26,8 116,0 299,3 419,0
Alumínio 1,2 4,1 13,7 19,2
Materiais utilizados Potências (cv)
5 25 75 175
Cobre 2,4 8,8 20,1 26,0
Aço 2,5 10,8 20,8 26,9
Ferro 22,4 80,2 197,5 255,6
Alumínio 1,1 3,5 9,1 11,7
Motor Padrão Metais (kg)
ACV ACV –– Energia para a produçãoEnergia para a produção
Material Energia 
(kWh/t)
Cobre 2.024
Aço 520
Ferro 6.900
Alumínio 15.051
Potências (cv) 5 25 75 175
Alto Rendimento 0,23 0,98 2,58 3,62
Padrão 0,18 0,66 1,63 2,11
Diferença 0,05 0,32 0,95 1,51
Consumo energético específico na extração de materiais
Consumo energético na produção de motores elétricos - GP 
(MWh)
Análise de ciclo de vida Análise de ciclo de vida -- ACVACV
I II
IIIEnergia para a 
Produção
Quantidade de 
Matéria Prima 
Empregada
Energia para a 
Operação
Quantidade de 
horas em 
operação
Total de 
Energia 
Consumida ao 
Longo de Sua 
Vida
ACV ACV –– Energia para a operaçãoEnergia para a operação
Metodologia PROCEL
∑
=
−
η
=
N
1i FFM
4
CFFiFF
FMN FR.
10.35,7.F.FD.t.PCE
•CEFMN – Consumo de energia elétrica do motor
•PF – Potência do motor
•tF – Tempo de operação anual*
•FDFi – Fator de degradação de eficiência
•FCF – Fator de carregamento*
•hFM – Eficiência do motor
•FRF – Fator de eficiência*
•7,35.10-4 – Conversão de cv para MW.
•F – Faixas de potência estudadas: 5, 25, 75 ou 175 cv
•M –Classe de desempenho (alto rendimento ou padrão)
•η- Rendimento do motor*
•N – Vida útil média*
*Características técnicas e operacionais de MIT utilizadas em avaliações do PROCEL
ACV ACV –– Energia para a operaçãoEnergia para a operação
Potência 
nominal 
(cv)
η Padrão
(-)
η A.R
(-)
t
(horas/a
no)
FR
(-)
FC
(-)
N
(anos)
5 81,10% 82,80% 800 0,982 0,55 13
25 88,80% 91,70% 1000 0,992 0,61 20
75 92,20% 93,20% 1200 0,998 0,70 25
175 92,30% 94,70% 2000 0,999 0,74 29
Características técnicas e operacionais de MIT utilizadas em 
avaliações do PROCEL 
Metodologia PROCEL
Análise de ciclo de vida Análise de ciclo de vida -- ACVACV
I II
IIIEnergia para a 
Produção
Quantidade de 
Matéria Prima 
Empregada
Energia para a 
Operação
Quantidade de 
horas em 
operação
Total de 
Energia 
Consumida ao 
Longo de Sua 
Vida
ACV ACV –– Consumida ao longo da vidaConsumida ao longo da vida
Potência 
(cv)
MIT Padrão MIT Alto 
Rendimento
Diferença
5 26,6 26,1 0,5
25 255,1 247,4 7,7
75 1.260 1.247 13,0
175 5.989 5.839 150,0
Consumo energético total ao longo da vida útil em motores 
elétricos (MWh)
FMNFMCV CEGPGE +=
•GECV – Consumo energético no ciclo de vida de motor elétrico.
• GPFM – Consumo energético na produção do motor
IIIIII ResultadosResultados
Resultados Resultados –– Tempo de operação Tempo de operação 
mínimomínimo
Potência (cv) Tempo de Operação mínima (h/ano)
5 100
25 40
75 80
175 20
Critérios para a análise:
•Energia extra consumida ao longo da vida útil;
•Diferença de rendimento (entre o motor padrão e alto 
rendimento);
•Tempo de operação (em um ano);
•Vida útil (em anos).
ExercícioExercício
Verifique e compare o gasto energético ao longo do 
ciclo de vida de dois motores elétricos de 75 cv (padrão 
e alto rendimento), assumindo que os motores elétricos 
não perdem eficiência ao longo da vida útil e operam 
sempre com carga nominal. Faças comentários sobre 
os resultados obtidos.
ExercícioExercício
IVIV Agradecimentos e ReferênciasAgradecimentos e Referências
ReferênciasReferências
•ABB, Environmental Product Declaration, 2002. Site acessado em 20/05/2009: www.abb.com.
•BEN/MME, Balanço Energético Nacional/Ministério de Minas e Energia, Brasilia, 2008.
•BRASIL. Decreto 4.508 de 11.dez.2002. Dispõe sobre a regulamentação específica que define os 
níveis mínimos de eficiência energética de motores elétricos trifásicos de indução rotor gaiola 
de esquilo, de fabricação nacional ou importados, para comercialização ou uso no Brasil, e dá 
outrasprovidências. D.O.U., Brasília, DF, 12.dez.2002. Disponível em: 
http://www.energiabrasil.gov.br/decretos/decreto4508.pdf. Acesso em 24.abr.2003.
•Brasil, Lei No 10.295, Dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de 
Energia e dá outras providências, Subsecretaria de Informações do Senado Federal, 2001.
•NBR 7094, Máquinas elétricas girantes – Motores de indução – Especificação, 2003.
•Parasiliti F.; Design strategies, new materials and technologies to improve induction motor 
efficiency. University of L’Aquila, Department of Electrical Engineering, 2005.
•PROCEL, Avaliação dos Resultados do Procel 2008, Eletrobrás, DTD/DTDO, 2009. 
AgradecimentosAgradecimentos
Agradecemos a Deus, aos nossos Pais,
Orientadores, Professores que nos
ajudaram e incentivaram a pesquisa -
Ângelo Rezek, Antônio Eduardo, Antônio
Tadeu, Délvio Bernardes e Jocélio Souza -
aos nossos amigos e a todos que estão
aqui presentes.
Impactos energéticos dos motores de indução Impactos energéticos dos motores de indução 
trifásicos eficientes considerando seu ciclo de trifásicos eficientes considerando seu ciclo de 
vidavida
Muito 
Obrigado!