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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 vários motores de indução assíncrona 1.5 kW Direct On Line (DOL), funcionando a 50 Hz. Os motores eram fornecidos pela Bauer Gear Motor (Tipo BF50-35A / D09LA4-TF-D) e estavam funcionando sem falhas desde a instalação. No entanto, como sua eficiência energética não alcançava os níveis da mais recente tecnologia, foi decidido desativar o sistema existente e especificar uma alternativa de alta tecnologia.

Como fornecedor de equipamento original, a Bauer Gear Motor, parte da Altra Industrial Motion Corporation, foi convidada a sugerir uma solução que continuaria operando com o mesmo nível de confiabilidade, ao mesmo tempo em que proporcionava eficiência energética de ponta. As credenciais da Bauer como líder em soluções inovadoras para motores de engrenagens com eficiência energética tornaram o parceiro ideal para o projeto.

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

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

Como parte da reforma, sabíamos que era essencial considerar o impacto ambiental de nossos processos. Nosso objetivo é fornecer o melhor serviço de gerenciamento de água, a custos mínimos, com impacto mínimo no ambiente ao redor. ”

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

“Realizamos uma análise e auditoria do local dos equipamentos existentes. Colocamos um inversor em uma peça de equipamento existente, para medir o comportamento desta aplicação. Com esses dados, pudemos fazer um cálculo para o cliente, mostrando os benefícios da tecnologia do 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, fomos capazes de criar um sistema que segue os mais recentes padrões do setor 4.0. Como tal, adicionamos um nível sem precedentes de controle motor ao local. ”

A solicitação inicial do cliente foi substituir os motores originais pelos motores de indução IE3 - é o que normalmente é visto como a 'solução eficiente em termos de energia' padrão no setor de água. No entanto, como resultado da avaliação das instalações por Bauer, tornou-se evidente que a estação de tratamento de águas residuais poderia se beneficiar ainda mais 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 moto-redutores diretamente do escritório através do "sistema ProfiNet Bus". Outro grande benefício provou ser que, com o sistema inteligente de barramento e serviço do inversor, os técnicos de serviço podem monitorar o desempenho dos motores e ver imediatamente no monitor se alguma aplicação 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 após a aplicação das aplicações com os novos motores, a substituição de motores de indução por alternativas de PMSM operando a 50 Hz poderia economizar mais de 93.000 kW / h por ano. Supondo 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.

Essa 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 no 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 foram obrigados a garantir que os novos motores se encaixassem na área de cobertura dos motores existentes. Isso garantiria que as montagens e caixas de engrenagens originais não precisassem 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, os inversores únicos montados diretamente nos motores (motores de engrenagem EtaK2.0) foram preferidos à conexão de todos os inversores em série. Dessa forma, se uma unidade falhar, isso não afetará os outros motores de engrenagens, que continuarão funcionando, minimizando o tempo de inatividade da planta 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 procuramos os engenheiros da Bauer, dissemos que queríamos proteger o local no futuro, garantindo que a solução operasse com a mais nova tecnologia como padrão. Ao criar uma rede automatizada, agora podemos monitorar com precisão os dados de desempenho dos motores para garantir que eles estejam operando com eficiência o tempo todo. ”

Ao trabalhar em estreita colaboração com os engenheiros no local da estação de tratamento de águas residuais de Bayreuth, a Bauer conseguiu entender as demandas da aplicação e usar sua experiência no setor para fornecer uma solução que está 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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