Eficiência premium - Premium efficiency
A eficiência premium é uma classe de eficiência do motor. Como parte de um mundial esforço concertado para reduzir o consumo de energia , CO 2 emissões e o impacto das operações industriais sobre o meio ambiente, várias autoridades reguladoras em muitos países introduziram ou estão planejamento, legislação para incentivar a produção e uso de eficiência mais elevados motores . Este artigo analisa o desenvolvimento do padrão de eficiência premium (IE3) e motores de eficiência premium (PEMs) e tópicos associados ambientais, legais e relacionados à energia.
História
A crise do petróleo e a necessidade mundial de mais energia e, conseqüentemente, de mais usinas aumentaram a consciência sobre a conservação de energia .
Em 1992, o Congresso dos Estados Unidos , como parte da Lei de Política de Energia (EPAct), estabeleceu níveis mínimos de eficiência (consulte a Tabela B-1) para motores elétricos .
Em 1998, o Comitê Europeu de Fabricantes de Máquinas Elétricas e Sistemas de Potência (CEMEP) emitiu um acordo voluntário dos fabricantes de motores sobre a classificação de eficiência, com três classes de eficiência:
- Eff 1 para alta eficiência
- Eff 2 para eficiência padrão
- Eff 3 para baixa eficiência
Motores elétricos de eficiência premium
O termo eficiência premium, conforme discutido aqui, se refere a uma classe de eficiência do motor. É considerado necessário introduzir este termo associado a motores por causa da legislação futura na UE , EUA e outros países com relação ao uso futuro obrigatório de motores de indução de gaiola de esquilo de eficiência premium em equipamentos definidos.
Reduzindo o consumo de energia e as emissões de CO 2
Várias declarações foram feitas sobre o uso do motor e as vantagens do uso de motores de eficiência premium ou de eficiência superior. Esses incluem:
Com base nos dados do Departamento de Energia dos EUA , estima-se que o programa de motores de eficiência premium da National Electrical Manufacturers Association (NEMA) economizaria 5,8 terawatts de eletricidade e evitaria a liberação de quase 80 milhões de toneladas métricas de carbono na atmosfera nos próximos dez anos. Isso equivale a manter 16 milhões de carros fora das estradas.
Aproximadamente 30 milhões de novos motores elétricos são vendidos a cada ano para fins industriais. Cerca de 300 milhões de motores estão em uso na indústria, infraestrutura e grandes edifícios. Esses motores elétricos são responsáveis por 40% da eletricidade global usada para acionar bombas, ventiladores, compressores e outros equipamentos de tração mecânica. A tecnologia do motor evoluiu nas últimas décadas. Produtos superiores chamados "premium" estão agora disponíveis, prontos para mudar o mercado em direção à eficiência energética e para contribuir na redução das emissões de gases de efeito estufa em todo o mundo.
Com o uso de melhores práticas, a eficiência energética de motores elétricos pode ser melhorada em 20% a 30% em média. A maioria das melhorias tem um tempo de retorno de 1 a 3 anos. Além disso, isso significa um grande impacto potencial na redução das emissões globais de gases de efeito estufa.
Os sistemas de motor elétrico consomem grandes quantidades de energia elétrica e podem fornecer uma oportunidade para economias de energia significativas. A energia representa mais de 97 por cento dos custos operacionais totais do motor durante a vida útil do motor. No entanto, a compra de um motor novo costuma ser motivada pelo preço, não pela eletricidade que ele vai consumir. Mesmo uma pequena melhoria na eficiência pode resultar em economia significativa de energia e custos. O investimento inicial de um pouco mais de dinheiro em um motor mais eficiente geralmente é recompensado em economia de energia. Melhorar a eficiência energética reduz as emissões de gases de efeito estufa que contribuem para as mudanças climáticas .
Definição de eficiência do motor
A eficiência de um motor elétrico é definida como a relação entre a potência utilizável do eixo e a potência elétrica de entrada.
η mot = P eixo ÷ P in
η mot = eficiência do motor [%]
Eixo P = potência do eixo [kW] (nos EUA HP com fator de 1,34)
P in = entrada elétrica da fonte de alimentação [kW]
A potência do eixo é transferida para a máquina acionada; a energia elétrica de entrada é medida e cobrada. A perda na eficiência do motor é determinada pela diferença entre a potência de entrada e a potência de saída ou do eixo.
Perda de P = P em - Eixo P
Perda de P = perdas do motor elétrico [kW]
A perda de energia do motor é principalmente devido ao calor causado por muitos fatores, incluindo perda do enrolamento da bobina (resistência), perda nas barras do rotor e anéis coletores , perda devido à magnetização do núcleo de ferro e perda por fricção dos rolamentos.
Programas de motor de eficiência premium nos EUA
Em 19 de dezembro de 2007, o presidente Bush sancionou a Lei de Independência e Segurança Energética de 2007 (EISA) (Lei Pública 140-110). A National Electrical Manufacturers Association (NEMA) participou ativamente na elaboração das principais disposições sobre EISA. Uma disposição crítica em que a NEMA se concentrou foi o aumento dos níveis de eficiência do motor. A seção de Motores Geradores da NEMA uniu forças com o Conselho Americano para uma Economia Eficiente em Energia para redigir e recomendar novos regulamentos de eficiência de motores cobrindo tanto de uso geral quanto algumas categorias de motores elétricos de uso definido e especial.
A Seção de Motor e Gerador da NEMA estabeleceu o programa NEMA Premium por quatro razões principais:
- Os motores elétricos têm um impacto significativo no custo operacional total da energia para edifícios industriais, institucionais e comerciais.
- Os motores elétricos variam em termos de eficiência energética. O programa NEMA Premium ajudará os compradores a identificar motores de maior eficiência, o que os economizará dinheiro e aumentará a confiabilidade do sistema.
- Os motores elétricos com a etiqueta NEMA Premium ajudarão os usuários a otimizar a eficiência dos sistemas de motor à luz dos problemas de fornecimento de energia e desregulamentação da concessionária.
- Os motores NEMA Premium e os sistemas otimizados reduzirão o consumo elétrico, reduzindo assim a poluição associada à geração de energia elétrica .
Visite NEMA Premium Motors para obter mais informações.
Um resumo dos padrões EISA para motores:
Em junho de 2005, a União Europeia promulgou uma diretiva sobre o estabelecimento de uma estrutura para a definição de requisitos de design ecológico (como requisitos de eficiência energética) para todos os produtos que usam energia nos setores residencial, terciário e industrial. Regras coerentes em toda a UE para a concepção ecológica garantirão que as disparidades entre as regulamentações nacionais não se tornem obstáculos ao comércio intra-UE. A diretiva não introduz requisitos vinculativos diretamente para produtos específicos, mas define condições e critérios para definir requisitos relativos às características do produto ambientalmente relevantes (como o consumo de energia) e permite que eles sejam melhorados de forma rápida e eficiente. Seguir-se-á a implementação de medidas que estabelecerão os requisitos de concepção ecológica. Em princípio, a diretiva aplica-se a todos os produtos que consomem energia (exceto veículos de transporte) e abrange todas as fontes de energia.
Unificando as classificações de eficiência mundial
IEC 60034-30 especifica classes de eficiência elétrica para motores de indução de gaiola de velocidade única, trifásico , 50 Hz e 60 Hz que:
- tem 2, 4 ou 6 pólos (3.000; 1.500; e 1.000 RPM a 50 Hz)
- têm saída nominal entre 0,75 e 375 kW
- tem uma tensão nominal de até 1000 V
- são classificados com base no tipo de serviço S1 (serviço contínuo) ou S3 (serviço intermitente) com um fator de duração cíclico nominal de 80% ou superior
A tabela abaixo mostra as classes de eficiência IEC 60034-30 (2008) e níveis de eficiência comparáveis.
| Níveis de Eficiência | Comparação | |
|---|---|---|
| IE1 | Eficiência padrão | |
| IE2 | Alta eficiência | Para 50 Hz consideravelmente superior ao EFF2 do CEMEP e idêntico ao US EPAct para 60 Hz |
| IE3 | Eficiência premium | Nova classe de eficiência na Europa para 50 Hz, maior que EFF1 no CEMEP e com algumas exceções idêntica a NEMA Premium nos Estados Unidos para 60 Hz. |
A norma também reserva uma classe IE4 (Eficiência Super Premium) para o futuro. Os seguintes motores estão excluídos do novo padrão de eficiência:
- Motores feitos exclusivamente para operação do inversor
- Motores totalmente integrados em uma máquina (bomba, ventilador ou compressor) que não podem ser testados separadamente da máquina.
O gráfico está mostrando como exemplo 50 Hz, motores de 4 pólos
Para operação de 60 Hz, os valores mínimos de eficiência de carga total IE2 e IE3 são virtualmente idênticos aos padrões de motor de eficiência energética e eficiência premium da North American Electrical Manufacturers Association (NEMA), respectivamente. (NEMA especifica diferentes valores de eficiência de carga total para motores com gabinetes totalmente fechados e ventilados e abertos à prova de gotejamento e de 200 HP IEC IE3 a eficiência é ligeiramente maior do que a Eficiência Premium NEMA). Os padrões mínimos de eficiência de carga total IEC são mais elevados para motores de 60 Hz do que para motores de 50 Hz. Isso ocorre porque, desde que o torque do motor seja constante, I 2 R ou as perdas de resistência do enrolamento são iguais a 50 Hz e 60 Hz. A potência de saída do motor, entretanto, aumenta linearmente com a velocidade, aumentando em 20% quando a frequência é aumentada de 50 Hz para 60 Hz. Em geral, a eficiência de 60 Hz é cerca de 2,5% a 0,5% maior do que os valores de 50 Hz. O ganho de eficiência é maior para classificações de potência do motor menores.
Para mostrar conformidade com esses novos padrões de eficiência, os motores devem ser testados de acordo com o protocolo de teste IEC 60034-2–1 recentemente adotado . Este procedimento fornece resultados de teste que são amplamente compatíveis com aqueles obtidos pelos métodos de teste norte-americanos IEEE 112B e CSA 390 . A nova norma também exige que a classe de eficiência do motor e a eficiência nominal do motor sejam rotuladas na placa de identificação do motor e fornecidas na literatura do produto e nos catálogos do motor no seguinte formato:
IE3 94,5%
Novos padrões mínimos de desempenho energético na UE
Em 22 de julho de 2009, o Regulamento da Comissão (CE) n.º 640/2009 que implementa a Diretiva 2005/32 / CE estabelece que, na UE, com exceção de algumas aplicações especiais, os motores não devem ser menos eficientes do que o nível de eficiência IE3 a partir de 1 Janeiro de 2015.
Em detalhe:
- IE2 até 16 de junho de 2011
- IE3 até 1º de janeiro de 2015 (para motores de 7,5 a 375 kW) e IE2 apenas em combinação com um conversor de velocidade
- IE3 para todos os motores até 1º de janeiro de 2017 (para motores de 0,75 a 375 kW) e IE2 apenas em combinação com um conversor de velocidade
EC 60034–30, IE3 Eficiência Premium (%) é apresentada na tabela.
Eficiência Premium IE3
| kW | 2 pólos | 4 pólos | 6 pólos | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 Hz | 60 Hz | 50 Hz | 60 Hz | 50 Hz | 60 Hz | |
| 0,75 | 80,7 | 77,0 | 82,5 | 85,5 | 78,9 | 82,5 |
| 1,1 | 82,7 | 84,0 | 84,1 | 86,5 | 81,0 | 87,5 |
| 1,5 | 84,2 | 85,5 | 85,3 | 86,5 | 82,5 | 88,5 |
| 2,2 | 85,9 | 86,5 | 86,7 | 89,5 | 84,3 | 89,5 |
| 3 | 87,1 | - | 87,7 | - | 85,6 | - |
| 3,7 | - | 88,5 | - | 89,5 | - | 89,5 |
| 4 | 88,1 | - | 88,6 | - | 86,8 | - |
| 5,5 | 89,2 | 89,5 | 89,6 | 91,7 | 88,0 | 91,0 |
| 7,5 | 90,1 | 90,2 | 90,4 | 91,7 | 89,1 | 91,0 |
| 11 | 91,2 | 90,0 | 91,4 | 92,4 | 90,3 | 91,7 |
| 15 | 91,9 | 91,0 | 92,1 | 93,0 | 91,2 | 91,7 |
| 18,5 | 92,4 | 91,7 | 92,6 | 93,6 | 91,7 | 93,0 |
| 22 | 92,7 | 91,7 | 93,0 | 93,6 | 92,2 | 93,0 |
| 30 | 93,3 | 92,4 | 93,6 | 94,1 | 92,9 | 94,1 |
| 37 | 93,7 | 93,0 | 93,9 | 94,5 | 93,3 | 94,1 |
| 45 | 94,0 | 93,6 | 94,2 | 95,0 | 93,7 | 94,5 |
| 55 | 94,3 | 93,6 | 94,6 | 94,4 | 94,1 | 94,5 |
| 75 | 94,7 | 94,1 | 95,0 | 95,4 | 94,6 | 95,0 |
| 90 | 95,0 | 95,0 | 95,2 | 95,4 | 94,9 | 95,0 |
| 110 | 95,2 | 95,0 | 95,4 | 95,8 | 95,1 | 95,8 |
| 132 | 95,4 | - | 95,6 | - | 95,4 | - |
| 150 | - | 95,4 | - | 96,2 | - | 95,8 |
| 160 | 95,6 | - | 95,8 | - | 95,6 | - |
| 185 | - | 95,8 | - | 96,2 | - | 95,8 |
| 200 | 95,8 | - | 96,0 | - | 95,8 | - |
| 220 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 250 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 300 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 330 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
| 375 | 95,8 | 95,8 | 96,0 | 96,2 | 95,8 | 95,8 |
O projeto de motores de eficiência premium requer conhecimento especial, experiência e instalações de teste, equipadas com instrumentação de precisão. A tarefa do projeto é aumentar a eficiência minimizando e equilibrando as perdas individuais, especialmente aquelas criadas nas bobinas do estator, o ferro do estator (magnetização) e as perdas no rotor por escorregamento. Em comparação com os motores elétricos padrão (por exemplo, IE1), mais ferro e cobre são usados. Os motores IE3 são mais pesados e fisicamente maiores do que os motores IE1.
Normalmente, o uso de preenchimento de fenda mais alto no enrolamento de cobre, uso de laminações mais finas de propriedades de aço aprimoradas, redução do entreferro, melhor design de ventilador de resfriamento, uso de rolamentos especiais e aprimorados, etc. podem garantir maior eficiência nos motores.
A alta condutividade elétrica do cobre em comparação com outros condutores metálicos aumenta a eficiência da energia elétrica dos motores. Aumentar a massa e a seção transversal dos condutores em uma bobina aumenta a eficiência de energia elétrica do motor. Onde a economia de energia é o objetivo principal do projeto, os motores de indução podem ser projetados para atender e superar os padrões de eficiência premium da National Electrical Manufacturers Association (NEMA).
Programas de descontos comerciais
O Comitê de Energia e Recursos Naturais do Senado dos EUA adotou uma disposição defendida pelo NEMA que criou um programa premium de descontos para motores com eficiência energética, também conhecido como programa de "esmagamento por crédito", de acordo com a National Electrical Manufacturers Association (NEMA). O programa forneceu um desconto de US $ 25 por cavalo-vapor e um desconto de US $ 5,00 por cavalo-vapor para o descarte do motor antigo. O último programa foi necessário para compensar a diferença de custo entre motores novos, mais caros e eficientes e o menor custo para reparar os motores mais antigos e ineficientes, diz a NEMA. Esse programa permitiu que o governo federal gastasse US $ 350 milhões em incentivos para a adoção generalizada de motores NEMA Premium.
A cláusula "Crush for Credit" contida na versão do Senado da "Lei de Política e Conservação de Energia" (EPCA) vigorou por cinco anos e incluiu o seguinte financiamento proposto:
- $ 80.000.000 em FY2010
- $ 75.000.000 em FY2011
- $ 70.000.000 no ano fiscal de 2012
- $ 65.000.000 em FY2013
- $ 60.000.000 em FY2014
Dentro da UE, vários Esquemas de Concessão de Capital encorajam as empresas a comprar equipamentos que incorporem motores de alta eficiência. Por exemplo, no Reino Unido, o Enhanced Capital Allowances Scheme fornece um incentivo fiscal para empresas que investem em equipamentos que atendem aos critérios publicados de economia de energia. A Lista de Tecnologia de Energia (ETL) detalha os critérios para cada tipo de tecnologia e lista os produtos em cada categoria que os atendem. É gerido pela Carbon Trust , em nome do Governo, e tem duas partes:
- A Lista de Critérios de Tecnologia de Energia (ETCL), que é revisada anualmente para garantir que reflete o progresso tecnológico. Ele define os critérios de qualificação de economia de energia para cada classe de tecnologia.
- A Lista de Produtos de Tecnologia de Energia (ETPL), atualizada no início de cada mês neste site, lista os produtos e tecnologias que são elegíveis para um ECA.
O ETPL também contém detalhes dos valores máximos de reclamação para produtos qualificados que compreendem um componente em uma peça maior de fábrica e maquinário, que por si só não se qualifica para ECAs.
Os principais recursos do esquema ECA são
- Aberto a todas as empresas que pagam imposto de renda ou corporação no Reino Unido , independentemente do tamanho, setor ou localização.
- Fornece deduções de capital de 100% no primeiro ano sobre investimentos em equipamentos de economia de energia contra lucros tributáveis do período de investimento.
- Todos os produtos listados no ETPL devem atender aos critérios de economia de energia, publicados na ETCL.
- Apenas gastos com equipamentos de economia de energia novos e não utilizados podem se qualificar para ECAs.
- As dotações de capital estão disponíveis para gastos "no fornecimento de" instalações e maquinários. Isso pode incluir certos custos que surgem como resultado direto da instalação de instalações e maquinários qualificados, como; transporte do equipamento até o local e alguns custos diretos de instalação. Pode-se consultar a seção Reivindicando um ECA para obter mais informações.
Um esquema semelhante na Irlanda, o Accelerated Capital Allowance (ACA) administrado pela Sustainable Energy Ireland (SEI), permite que uma empresa reduza sua receita tributável em 100% do custo de capital de equipamento eficiente de energia elegível no primeiro ano de compra. Isso se compara a apenas 12,5% para máquinas e instalações inelegíveis.
Com a estrutura fiscal existente de Abatimento de Capital, quando o dinheiro é gasto em "equipamento de capital", as empresas podem deduzir o custo desse equipamento de seus lucros proporcionalmente ao longo de um período de 8 anos, ou seja, o lucro tributável anual é reduzido apenas em 1/8 do custo total do equipamento.
Com o novo ACA, quando o dinheiro é gasto em "equipamento de capital eficiente de energia elegível", a empresa pode deduzir o custo total desse equipamento de seus lucros no ano da compra, ou seja, o lucro tributável no ano um é reduzido pelo custo total de o equipamento.