Relatório final do projeto: Avaliação dos Índices de Eficiência Energética para Motores Trifásicos de Indução
Elaboração:
Coordenador: Roberto Schaeffer, D.Sc
Equipe:
Sebastião Ércules Melo de Oliveira, D. Sc.
Agenor Gomes Pinto Garcia, M. Sc.
Tatiana Lauria Vieira da Silva, M. Sc.
Luís Fernando Corrêa Monteiro, M. Sc.
Coordenador: Roberto Schaeffer, D.Sc
Equipe:
Sebastião Ércules Melo de Oliveira, D. Sc.
Agenor Gomes Pinto Garcia, M. Sc.
Tatiana Lauria Vieira da Silva, M. Sc.
Luís Fernando Corrêa Monteiro, M. Sc.
Elaboração do resumo: Conrado Augustus de Melo, M.Sc.
Resumo
O objetivo do relatório é avaliar os índices propostos pelo CGIEE para a padronização dos motores elétricos trifásicos comercializados no Brasil e seu processo de implantação. O relatório é dividido em 4 partes.
A primeira, coloca a questão da próxima meta (portaria interministerial ainda não publicada chamada de “Nova Portaria) que estabelece os novos índices de eficiência para os motores padrão como sendo as metas de alto rendimento da Lei de Eficiência Energética (Lei no 10.295/2001)- Decreto 4.508/2002.
Coloca a questão do ponto do vista do fabricante (material, processo fabril, motores estrangeiros), dos procedimetos teste para determinar a eficiência dos motores. Faz uma estimativa de economia:
Por exemplo, para consumidores industriais, motores operando à carga nominal, em mais de 80% dos motores de 2 e 4 pólos (que representam cerca de 90% do mercado) o ganho de rendimento compensa o investimento, situação que cai com meia carga. A situação para motores de baixa rotação é menos favorável.
A primeira etapa é finalizada com algumas conclusões e recomendações das quais podem ser citadas:
A primeira, coloca a questão da próxima meta (portaria interministerial ainda não publicada chamada de “Nova Portaria) que estabelece os novos índices de eficiência para os motores padrão como sendo as metas de alto rendimento da Lei de Eficiência Energética (Lei no 10.295/2001)- Decreto 4.508/2002.
Coloca a questão do ponto do vista do fabricante (material, processo fabril, motores estrangeiros), dos procedimetos teste para determinar a eficiência dos motores. Faz uma estimativa de economia:
Por exemplo, para consumidores industriais, motores operando à carga nominal, em mais de 80% dos motores de 2 e 4 pólos (que representam cerca de 90% do mercado) o ganho de rendimento compensa o investimento, situação que cai com meia carga. A situação para motores de baixa rotação é menos favorável.
A primeira etapa é finalizada com algumas conclusões e recomendações das quais podem ser citadas:
A introdução dos programas de padronização, de caráter compulsório consolidou os melhores índices já praticados no país, assim como criou as condições para que equipamentos menos eficientes aqui comercializados fossem banidos do mercado.
1.- A concorrência para obtenção do selo Procel de eficiência energética provoca um esforço dos fabricantes para melhorar o seu produto e obter o selo, visto como diferencial de mercado.
2.- a introdução da Lei, de caráter compulsório, embora tenha trazido uma redução da energia consumida por motores elétricos (GARCIA, 2003), teve impacto reduzido por ser o coroamento de um processo já velho de dez anos.
3.- os índices propostos terão impactos no mercado devido a necessidade de troca do material com custo maior e disponibilidade restrita a um único fornecedor; necessidade de reprogramação do processo de produção, acréscimo nos preços dos motores:
4.- motores de alto rendimento são tipicamente 40% mais caros que os congêneres tipo padrão. Devido a reprogramação necessária da produção, não há sinalização que haverá economia de escala com a sua produção exclusiva.
5.- Em relação a comparação internacional:
6.- Embora haja algumas diferenças de método de ensaio e em relação à freqüência da rede, pode-se notar que os índices brasileiros, em especial os para motores de alto rendimento, estão no mesmo patamar dos praticados alhures.
- Em relação a análise econômica dos índices propostos:
- Mostrou que, para o consumidor industrial, considerando carga plena e regime intenso, a troca dos motores de 2 e 4 pólos, mais utilizados, é vantajosa, o que nem sempre é verdade para os de 6 e 8 pólos.
- Para os consumidores comercial e residencial, que pagam uma tarifa mais alta de eletricidade, a situação é um pouco melhor, embora deva se considerar que estes setores usam os motores de forma menos intensa que o industrial, tanto em carregamento como em horas/ano de operação.
- Do ponto de vista do sistema elétrico, comparando-se os custos da energia economizada com os requeridos para ampliação do sistema, numa mesma base da taxa de desconto praticada pelo setor elétrico, vê-se que há grande vantagem em investir na eficiência dos motores.
7. - deve-se analisar o melhor momento para implementação da Nova Portaria., para se garantir que as mudanças serão suportáveis pelos fabricantes, em especial os menores, e que o suprimento de ferro silício será suficiente para atender ao aumento de escala (o que está em curso, segundo depoimento dos membros do CT Motores).
1.- A concorrência para obtenção do selo Procel de eficiência energética provoca um esforço dos fabricantes para melhorar o seu produto e obter o selo, visto como diferencial de mercado.
2.- a introdução da Lei, de caráter compulsório, embora tenha trazido uma redução da energia consumida por motores elétricos (GARCIA, 2003), teve impacto reduzido por ser o coroamento de um processo já velho de dez anos.
3.- os índices propostos terão impactos no mercado devido a necessidade de troca do material com custo maior e disponibilidade restrita a um único fornecedor; necessidade de reprogramação do processo de produção, acréscimo nos preços dos motores:
4.- motores de alto rendimento são tipicamente 40% mais caros que os congêneres tipo padrão. Devido a reprogramação necessária da produção, não há sinalização que haverá economia de escala com a sua produção exclusiva.
5.- Em relação a comparação internacional:
6.- Embora haja algumas diferenças de método de ensaio e em relação à freqüência da rede, pode-se notar que os índices brasileiros, em especial os para motores de alto rendimento, estão no mesmo patamar dos praticados alhures.
- Em relação a análise econômica dos índices propostos:
- Mostrou que, para o consumidor industrial, considerando carga plena e regime intenso, a troca dos motores de 2 e 4 pólos, mais utilizados, é vantajosa, o que nem sempre é verdade para os de 6 e 8 pólos.
- Para os consumidores comercial e residencial, que pagam uma tarifa mais alta de eletricidade, a situação é um pouco melhor, embora deva se considerar que estes setores usam os motores de forma menos intensa que o industrial, tanto em carregamento como em horas/ano de operação.
- Do ponto de vista do sistema elétrico, comparando-se os custos da energia economizada com os requeridos para ampliação do sistema, numa mesma base da taxa de desconto praticada pelo setor elétrico, vê-se que há grande vantagem em investir na eficiência dos motores.
7. - deve-se analisar o melhor momento para implementação da Nova Portaria., para se garantir que as mudanças serão suportáveis pelos fabricantes, em especial os menores, e que o suprimento de ferro silício será suficiente para atender ao aumento de escala (o que está em curso, segundo depoimento dos membros do CT Motores).
8. - Na segunda parte é tratada a questão dos índices de eficiência energética. É descrito o mercado de fabricação de motores no Brasil, a questão dos processos de estabelecimento de normas e padrões técnicos no país, os papéis de cada instituição, a Lei de Eficiência Energética e os programas de etiquetagem e padronização, assim como o histórico e resultados desses programas no país.
9- Nesta parte é detalhado o Decreto 4.508/2002 e disponibilizadas as tabelas (também em forma de gráficos) com os índices de eficiência energética para os vários tipos de motores. São ilustradas duas figuras interessantes que mostram o desvio da eficiência dos motores existentes no mercado em relação as tabelas a cima citadas. O relatório cita:
10.- Embora as adequações não tenham sido grandes (19% dos motores sofreram adequação), esta primeira regulamentação representou um importante passo para a introdução da Lei de Eficiência Energética no Brasil (com uma economia de energia de cerca de 1%, segundo Garcia, 2003).
11.- O trabalho lista as tecnologias para aumento do rendimento, minimização das perdas fixas como: perdas no ferro (núcleos), perdas mecânicas; e perdas variáveis: no estator, no rotor e suplementares.
12.- Na sequência é feita uma análise econômica dos impactos da nova portaria no mercado. É presumido os aumentos de preços como segue:
13.- Devido aos fortes impactos no processo de fabricação, o que se comentará adiante, não há evidência que haverá economia de escala com a fabricação exclusiva dos atuais motores de alto rendimento. Assim, em primeira aproximação, é de se esperar que os atuais preços sejam mantidos, o que representará um aumento médio de 40% sobre o preço dos motores.
14.- Em seguida o relatório apresenta uma análise da elasticidade custo–eficiência (preço-rendimento) que mostra a sensibilidade do custo frente a variação do rendimento e uma comparação com dados do mercado americano. As elasticidades do mercado norte americano são menores, embora correspondam a menores variações de rendimento.
15.- Finalizando a segunda parte é feita uma análise comparativa dos vários índices internacionais e suas dificuldades metodológicas. São comparados os ídices brasileiros com os do Canadá e E.U.A., China, União Européia e Índia.
16.- Na terceira parte é descrito o procedimento brasileiro de ensaio e a sistemática de confirmação dos rendimentos.
17.- Na qurata parte é feita uma estimativa da econômia, é colocado o problema como segue:
O problema para estimar-se o consumo de energia elétrica usada por motores é que não depende só das unidades em funcionamento, mas do uso que delas se faz – como operam (com que carregamento, o que, além da potência demandada, muda também o rendimento) e quanto operam (horas/ano). Por isso, alguma estimativa da distribuição destas variáveis tem que ser feita.
10.- Embora as adequações não tenham sido grandes (19% dos motores sofreram adequação), esta primeira regulamentação representou um importante passo para a introdução da Lei de Eficiência Energética no Brasil (com uma economia de energia de cerca de 1%, segundo Garcia, 2003).
11.- O trabalho lista as tecnologias para aumento do rendimento, minimização das perdas fixas como: perdas no ferro (núcleos), perdas mecânicas; e perdas variáveis: no estator, no rotor e suplementares.
12.- Na sequência é feita uma análise econômica dos impactos da nova portaria no mercado. É presumido os aumentos de preços como segue:
13.- Devido aos fortes impactos no processo de fabricação, o que se comentará adiante, não há evidência que haverá economia de escala com a fabricação exclusiva dos atuais motores de alto rendimento. Assim, em primeira aproximação, é de se esperar que os atuais preços sejam mantidos, o que representará um aumento médio de 40% sobre o preço dos motores.
14.- Em seguida o relatório apresenta uma análise da elasticidade custo–eficiência (preço-rendimento) que mostra a sensibilidade do custo frente a variação do rendimento e uma comparação com dados do mercado americano. As elasticidades do mercado norte americano são menores, embora correspondam a menores variações de rendimento.
15.- Finalizando a segunda parte é feita uma análise comparativa dos vários índices internacionais e suas dificuldades metodológicas. São comparados os ídices brasileiros com os do Canadá e E.U.A., China, União Européia e Índia.
16.- Na terceira parte é descrito o procedimento brasileiro de ensaio e a sistemática de confirmação dos rendimentos.
17.- Na qurata parte é feita uma estimativa da econômia, é colocado o problema como segue:
O problema para estimar-se o consumo de energia elétrica usada por motores é que não depende só das unidades em funcionamento, mas do uso que delas se faz – como operam (com que carregamento, o que, além da potência demandada, muda também o rendimento) e quanto operam (horas/ano). Por isso, alguma estimativa da distribuição destas variáveis tem que ser feita.
18.- Em seguida é colocada a amostra considerada, uma contabilização dos motores, a classificação dos fabricantes, a potência e o consumo anual. Também é apresentada uma tabela colocando a participação dos vários tipos de motores no mercado no período de 1991 até 2002.
19.- A situação atual a partir da amostra revela a problemática do mal dimensionamento dos motores:
Um terço dos motores está sobredimensionado, com carregamento abaixo de 50%; outro terço possivelmente também operando a baixa carga, entre 50 e 75%, e apenas um terço parece estar corretamente dimensionado.
20.- E a distribuição dos rendimentos
Um terço, com rendimento abaixo de 80%, tem seguramente boa oportunidade de uso mais eficiente.
Um terço dos motores está sobredimensionado, com carregamento abaixo de 50%; outro terço possivelmente também operando a baixa carga, entre 50 e 75%, e apenas um terço parece estar corretamente dimensionado.
20.- E a distribuição dos rendimentos
Um terço, com rendimento abaixo de 80%, tem seguramente boa oportunidade de uso mais eficiente.
Como resultados dos cálculos de eficiência e da contabilização dos motores é apresentadada a tabela 13 em que esta descrita a energia usada por esses motores no Brasil, revelando uma energia consumida maior do que a presumida. O relatório atribui os fatos como segue:
§ Os dados podem incluir motores incorporados em equipamentos vendidos ao exterior.
· Motores utilizados na indústria são maiores que a média do país e têm uso mais intensivo, tanto em carregamento quanto em horas de operação.
· As estimativas de horas de funcionamento foram feitas, em algumas situações, para um diagnóstico preliminar de substituição por motores de alto rendimento, e devem estar superestimadas. Assim, em algumas situações, só foram considerados os motores maiores e de maior chance de substituição.
· Motores pequenos devem ter uma vida útil média menor que 12 anos, por já ser usual, em algumas indústrias, a prática de não se rebobinar unidades pequenas.
· Indústrias que requerem alta confiabilidade costumam usar dois equipamentos, um operando em stand-by, para a mesma função.
· O índice de 32% da eletricidade para motores trifásicos de indução (MME, 2001, p. 23) pode estar subestimado
26. É então, colocado do ponto de vista do usuário a análise da viabilidade do investimento, com enfase na relação custo-benefício. Dada pela equação;
27.
RCB | Relação custo-benefício | [1] |
PrPd | Preço do motor padrão | [R$] |
PrAR | Preço do motor de alto rendimento | [R$] |
Pnom | Potência nominal | [cv] |
g | Carregamento | [1] |
0,736 | Conversão cv – kW | [kW/cv] |
hPd | Rendimento do motor padrão para o carregamento considerado | [1] |
hAR | Rendimento do motor AR para o carregamento considerado | [1] |
h | Horas de funcionamento por ano | [h] |
Cee | Custo da energia elétrica | [R$/MWh] |
td | Taxa de desconto | [%] |
vu | Vida útil | [anos] |
28.
29. São assim, elaborados 4 cenários, como na tabela abaixo
Cenário | 1 | 2 | 3 | 4 |
Consumidor | Industrial | Industrial | Comercial | Residencial |
Capital | Finame | Próprio | Próprio | Próprio |
Taxa de desconto | 17% | 24% | 33% | 46% |
R$/MWh | 126,10 | 126,10 | 229,17 | 321,01 |
30.
31. A simulação dos cenários evidenciou que:
A relação custo benefício é viável quando considera-se carga nominal e funcionamento intenso (8.000/ano de operação), e taxa de juros menores (FINAME), quando é utilizado capital próprio (taxa de desconto maior), diminui a carga e o regime de fincionamento pela metade, a tendência é o acréscimo da relação custo benefício inviabilizando o investimento.
No caso comercial e residencial o maior preço da tarifa de energia atenua o efeito da maior taxa de desconto e a situação fica semelhante. No entanto, a utilização menos intensa tende a acrescer a relação custo-benefício.
O relatório finaliza-se com o ponto de vista do setor elétrico, adotando a mesma taxa de desconto da amp´liação do sistema de geração, o custo da energia economizada cai bastante como segue:
O custo é 45% menor que uma hidrelétrica de médio porte (380 MW) e 46% inferior a uma termelétrica a gás natural (230 MW), mesmo com eficiência de 50% e fator de capacidade 0,9. Não menos relevantes são os impactos ambientais evitados – no caso da termoeletricidade, só a emissão de carbono evitada seria da ordem de 55 mil ton/ano.
Fonte: www.e-science.unicamp.br/.../documento_562_EEMOTOR.doc
