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A inovadora solução de motoredutor proporciona um tratamento de águas residuais econômico e mais ecológico

Sistema ProfiNet Bus

O tratamento de água e esgoto é uma tarefa essencial para proteger nossos recursos hídricos e reduzir nosso impacto no meio ambiente. No entanto, os recursos energéticos necessários para realizar esses processos de tratamento também têm impacto no meio ambiente; para não mencionar um impacto na carteira como os preços da energia continuam a subir.

Como resultado, muitas estações de tratamento de águas residuais estão ativamente buscando uma campanha de melhoria da eficiência energética. A Bauer Gear Motor otimizou o uso de energia de uma fábrica em Bayreuth, na Alemanha, reduzindo a carga ambiental e os custos de energia com uma solução inovadora de motoredutor para a planta do futuro.

Embora este exemplo se refira a obras de tratamento de esgotos, os processos e equipamentos envolvidos são muito semelhantes aos utilizados em aplicações comerciais e industriais de tratamento de água. Como tal, os benefícios em eficiência, confiabilidade e custos operacionais também podem ser aplicados aqui.

A estação municipal de tratamento de águas residuais em Bayreuth, na Alemanha, queria otimizar os motores da usina, a fim de melhorar sua eficiência energética e reduzir os custos de consumo de energia.

O sistema original, construído em 1999, era composto por múltiplos motores de indução assíncronos 1.5 kW Direct On Line (DOL), operando a 50 Hz. Os motores foram fornecidos pela Bauer Gear Motor (Tipo BF50-35A / D09LA4-TF-D) e estavam funcionando sem falhas desde sua instalação. No entanto, como a sua eficiência energética não alcançou os níveis da tecnologia mais recente, decidiu-se retirar o sistema existente e especificar uma alternativa de alta tecnologia.

Como fornecedora de equipamento original, a Bauer Gear Motor, parte da Altra Industrial Motion Corporation, foi convidada a sugerir uma solução que continuasse operando com o mesmo nível de confiabilidade, ao mesmo tempo em que oferecia eficiência energética de ponta. As credenciais da Bauer como líder em soluções inovadoras de motores de engrenagens eficientes em energia tornaram-no um parceiro ideal para o projeto.

Harald Bezold, operador-chefe de máquinas na estação municipal de tratamento de águas residuais, comentou:

“Estávamos satisfeitos com as soluções originais da Bauer, desenvolvidas quando a estação de tratamento de águas residuais foi construída pela primeira vez. No entanto, após anos de serviço da 19, sentimos que o investimento inteligente poderia nos ajudar a melhorar nossas operações.

Como parte da renovação, sabíamos que era essencial que considerássemos o impacto ambiental de nossos processos. Nossa meta é fornecer o melhor serviço de gerenciamento de água, com custos mínimos, com impacto mínimo em nosso ambiente ao redor. ”

Markus Kutny, Gerente de Desenvolvimento de Negócios da Bauer, adicionou:

“Realizamos uma revisão de site e auditoria do equipamento existente. Colocamos um inversor em um equipamento existente, para medir o comportamento desta aplicação. Com esses dados, conseguimos fazer um cálculo para o cliente, para mostrar os benefícios da tecnologia de motor síncrono de ímã permanente (PMSM).

Os valores teóricos, economia e comportamento foram simulados e apresentados ao cliente. Além de atingir as metas ambientais e de desempenho, conseguimos criar um sistema que segue os padrões 4.0 mais recentes da indústria. Como tal, adicionamos um nível de controle de motor sem precedentes ao site. ”

A solicitação inicial do cliente era substituir os motores originais por motores de indução IE3 - isso é o que normalmente é visto como a “solução de eficiência energética” padrão na indústria de água. No entanto, como resultado da avaliação das instalações da Bauer, ficou evidente que a estação de tratamento de águas residuais poderia se beneficiar da especificação de PMSMs operando na mesma frequência, 50 Hz.

O benefício com os PMSMs não foi apenas a economia de energia; eles também têm a vantagem de o cliente controlar todos os motorredutores diretamente do escritório através do “sistema ProfiNet Bus”. Outro grande benefício provou ser que, com o sistema inteligente de inversor e de barramento, os técnicos de serviço podem monitorar o desempenho dos motores e ver imediatamente no monitor se algum aplicativo não está funcionando bem.

A tecnologia IE3 PMSM consome menos energia e requer classificações de potência mais baixas para a mesma carga de torque do que os motores de indução IE3 equivalentes. Quando o sistema está funcionando sob carga parcial, o motor assíncrono tem um nível de eficiência drasticamente reduzido em comparação com os PMSMs nas mesmas condições.

Mais precisamente, Bauer mediu a potência necessária para esta aplicação e descobriu que ela era mais baixa do que a potência real do motor em operação e assim eles conseguiram reduzir o tamanho do motor do 1.5 kW inicial para 1.1 kW, mantendo o mesmo desempenho.

Além disso, de acordo com a medição do cliente depois que as aplicações foram instaladas com os novos motores, a substituição de motores de indução por alternativas PMSM operando em 50 Hz poderia economizar mais de 93.000 kW / h por ano. Assumindo um preço de energia de € 0.20 kW / h, uma redução de 93.000 kW / h se traduz em mais de € 18,600 economizados em um único ano.

Outra proposta era usar um motor com inversor para reduzir a frequência da linha sem influenciar o comportamento da mistura. O resultado foi que, para iniciar o processo de mistura, era necessária a frequência de 50-60 Hz. Depois que o esgoto estava em movimento e o lodo estava suspenso na água, a velocidade poderia ser reduzida para 34 Hz.

Esta redução de velocidade com o mesmo resultado de mistura e a mesma qualidade de tratamento, ofereceu uma economia potencial de mais de 260.000 kW / h em consumo de energia e € 52,000 em custos anuais de energia.

O consumo reduzido de energia dos PMSMs em comparação com os motores de indução padrão é uma conseqüência intrínseca de seu projeto. Enquanto os motores de indução exigem uma corrente elétrica no rotor para criar a indução que gira o rotor e produz torque, os PMSMs dependem de um imã permanente para fazer o rotor girar.

Estação de Tratamento de Bayreuth

A introdução de motores de engrenagens magnéticas permanentes em toda a estação de tratamento reduziu os custos de energia e a carga ambiental.

Quando comparada a motores de indução com classificação similar, a tecnologia PMSM demonstrou oferecer melhorias de desempenho de até 40% em algumas aplicações de tratamento de água. Como tal, muitos PMSMs pagarão por si mesmos em questão de meses.

Como parte do processo de projeto, os engenheiros da Bauer precisavam garantir que os novos motores se encaixassem na área de atuação dos motores existentes. Isso garantiria que as montagens originais e as caixas de engrenagens não precisariam ser substituídas - ajudando a minimizar os custos do projeto.

Além disso, como eles deveriam estar localizados ao ar livre, era essencial que os novos motores estivessem equipados para sobreviver às intempéries, bem como os riscos gerais enfrentados em tal ambiente. Portanto, a Bauer optou por motores que aderem às classificações IP65 e o inversor associado no IP66, que garantem proteção contra a entrada de poeira e de jatos de água de alta pressão de qualquer direção.

Para tornar efetiva a combinação do motor e do acionador de frequência variável, preferiu-se conectar inversores simples montados diretamente nos motores (EtaK2.0 motoredutores) para conectar todos os inversores em série. Dessa forma, se uma unidade falhasse, ela não afetaria os outros motoredutores, o que continuaria a funcionar, minimizando o tempo parado e os custos de manutenção.

Além disso, a nova solução fornecida pela Bauer simplificou o sistema e reduziu o equipamento necessário. Os inversores embutidos no EtaK2.0 eliminaram a necessidade de cabos blindados na usina e acionaram os motores de forma descentralizada, de modo que os inversores nos gabinetes de controle não seriam necessários. Desta forma, as atividades de manutenção foram reduzidas, o que resultou em redução de custos adicionais.

O EtaK2.0 também fornece recursos adicionais de comunicação e controle. Mais precisamente, os inversores embutidos enviam um fluxo constante de dados para o controlador lógico programável (PLC) através da conexão padrão Ethernet industrial PROFINET amplamente utilizada. Isso permitiu que a condição de cada unidade fosse monitorada remotamente, sem a necessidade de inspeção física.

Estação de tratamento de águas residuais de Bayreuth

Os operadores da fábrica podem controlar e monitorar todos os motores de engrenagem diretamente do escritório através do sistema ProfiNet Bus.

Desta forma, a estação de tratamento de águas residuais poderia se beneficiar de uma rede automatizada e estar pronta para a Indústria 4.0 e a Internet das Coisas Industrial (IIoT). Além disso, ao permitir recursos de controle mais altos, os sinais de falha podem ser detectados de maneira mais fácil e rápida, minimizando as atividades e custos de manutenção.

Harald Bezold continua:

“Quando nos aproximamos dos engenheiros da Bauer, dissemos a eles que queríamos preparar o local para o futuro, garantindo que a solução operasse com a mais nova tecnologia como padrão. Com a criação de uma rede automatizada, podemos agora monitorar com precisão os dados de desempenho dos motores para garantir que eles estejam operando com eficiência em todos os momentos. ”

Ao trabalhar de perto com os engenheiros no canteiro de obras da estação municipal de tratamento de águas residuais de Bayreuth, a Bauer foi capaz de entender as demandas do aplicativo e usar sua especialização no setor para fornecer uma solução na vanguarda da engenharia ambiental e das comunicações industriais.

A tecnologia não apenas forneceu melhorias mensuráveis ​​em eficiência e produtividade de energia, mas também foi gerenciada de tal forma que nenhuma reengenharia foi necessária e a interrupção foi mantida ao mínimo.

Com este projeto, Bauer provou que as melhorias na eficiência energética podem não apenas reduzir os custos de geração, transmissão e distribuição de energia das usinas até a instalação final, mas também reduzir substancialmente os custos de operação e manutenção.

Para mais informações, favor contatar:

Philip Crowe
Bauer Gear Motor GmbH
Tel: + 49 711 3518276 Fax: + 49 711 3518456
Rede: www.bauergears.com
E-mail: [Email protegido]

Informador de Indústria de Processos

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