O documento discute aplicações de acionamentos de velocidade variável e seus benefícios, incluindo economia de energia e melhor controle de processos. É apresentado um caso sobre o uso de um acionamento de velocidade variável para controlar a velocidade de um moinho de argila de forma a melhorar a eficiência da moagem e aumentar a produtividade.

1. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 1
APLICAÇÕES

2. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 2
100% 100%
1
½
Controles mecânicos requerem manutenção periódicaControles mecânicos requerem manutenção periódica
Mecanismos de controle de vazão/pressãoMecanismos de controle de vazão/pressão

3. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 3
A4
A3
A2
Curva do sistema
A1
Curva característica da bomba
Potência consumida com
o controle da vazão,
através de válvulas
Potência
(kW)
30
20
10
0
Altura
manométrica(m)
40
160
120
80
40
0
700 900 1200 1300 1500 1700 (m3
/ h)
Q Vazão
nN
Controle de vazão através de válvulasControle de vazão através de válvulas

4. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 4
Economia de potência e
correspondente
economia de energia
em comparação
ao controle por
válvulas
Curva característica da bomba
700 900 1200 1300 1500 1700 (m3
/ h)
Q Vazão
Potência
(kW)
30
20
10
0
Alturamanométrica
(m) 40
160
120
80
40
0
Potência consumida
com o acionamento
de velocidade variável
Curva do sistema
B4
B3
B2
B1
nN
Controle de vazão através deControle de vazão através de
acionamentoacionamento
de velocidade / freqüência variáveisde velocidade / freqüência variáveis

5. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 5
Dados de entrada
custo da energia
potência a plena carga
dias por ano
custo do aparelho
%Fluxo horas
0 0
10 0
20 0
30 1
40 2
50 5
60 6
70 6
80 2
90 1
100 1
Total 24 horas
Custos da energia anual
inversor Siemenssistema mecânicoeconomia
R$ 4.835,00 R$ 13.977,00 R$ 9.142,00
% amortização/ano
período de pay-back
função do custo
função do custo
R$ 0,05/kWh
37 kW
365
a definir
Diagrama de consumo de energia
cálculo de economia de energia programa MASTER SAVE
Master Save -Master Save -
Software para Cálculo de Economia de EnergiaSoftware para Cálculo de Economia de Energia

6. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 6
Vantagens do acionamento de velocidadeVantagens do acionamento de velocidade
variável em cargas centrífugasvariável em cargas centrífugas
• Simplificação da rede de dutos do sistema com eliminação
das válvulas de estrangulamento e “by-pass”
• Alívio da rede de dutos pela eliminação de altos choques de
pressão
• Aumento da vida útil da bomba pela diminuição do desgaste
mecânico devido à eliminação da contra-pressão
• Baixo nível de ruído
•Melhores rendimentos da bomba, ventiladores e
compressores nas faixas de potência abaixo da nominal

7. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 7
•Alívio da rede elétrica pois os acionamentos com velocidades
variáveis partem com corrente e conjugado nominais,enquanto
que os acionamentos com motores CA ligados diretamente à
rede, partem com correntes da ordem de 5 a 6 vezes a
nominal
• Tendo em vista que o fator de potência visto pela rede é
aproximadamente igual a 1 (cos phi = 1), o consumo de
potência reativa da rede é praticamente nulo
• Ótima adaptação da máxima velocidade do motor à bomba,
ao ventilador ou ao compressor, através da liberdade na
escolha da freqüência/velocidade do acionamento
Vantagens do acionamento de velocidadeVantagens do acionamento de velocidade
variável em cargas centrífugasvariável em cargas centrífugas

8. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 8
Operação com regulador PIDOperação com regulador PID
Este sistema garante, independente da necessidade, uma pressão de água de 50 psi (345 KPa)
Transdutor de
Pressão
Válvula
de comando
Motor
1500 l/min
Bomba
MICRO/MIDIMASTER

9. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 9
Operação PIDOperação PID
P
I
D
M
Rampa
-
+
Seleção de
entrada
Setpoint
Scaling
P211,P212
P205 P206
P201
O processador PID permite um controle em malha fechada simples para
variáveis como pressão, temperatura etc., sem componentes externos
de controle
Motor
Processo
SensorP204
P202
P203,7
P208
P002,3
Amostragem Filtro

10. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 10
Exemplos de Operação PIDExemplos de Operação PID
Inversor
Motor AC
Tacogerador
Realimentação
de velocidade
Controle de velocidade (resposta lenta)
Inversor
Realimentação de Pressão
Tubulação
Válvula
Motor e Ventilador
Transdutor
de pressão
P201 Modo 1
P202 Ganho P 20
P203 Ganho I 0.2
P204 Ganho D 0
P205 Intervalo Amostragem 1
P206 Filtro do Sensor 5
P207 Valor Captura Integral 5
P208 Tipo de Sensor 0
P210 Leitura do Sensor 40
P211 Ponto de ajuste 0% 0
P212 Ponto de ajuste 100% 80
P220 Modo freq. mínima 0
P201 Modo 1
P202 Ganho P 0.2
P203 Ganho I 0.05
P204 Ganho D 0
P205 Intervalo Amostragem 1
P206 Filtro do Sensor 0
P207 Valor Captura Integral 100
P208 Tipo de Sensor 0
P210 Leitura do Sensor 20
P211 Ponto de ajuste 0% 20
P212 Ponto de ajuste 100% 100
P220 Modo freq.mínima 0
Controle de pressão

11. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 11
•Controle de uma máquina de fabricação de papelControle de uma máquina de fabricação de papel
⇒Maior produtividade
⇒Menor manutenção
⇒Redução de
perdas
na produção
⇒Economia de
energia elétrica
Inversor substituindo o variador eletromagnéticoInversor substituindo o variador eletromagnético

12. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Página 12
Controle do ciclo de trabalho de um moinho de argila
para a produção de pisos e revestimentos cerâmicos

13. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 13
Descrição do Caso
• A matéria-prima básica utilizada na produção de pisos e revestimentos cerâmicos é
a argila moída. O acionamento descrito neste caso se refere ao moinho que prepara
a argila bruta para a produção.
• A argila em pedaços é depositada no moinho. Em seu interior encontram-se seixos
de dimensões diversas que efetivamente executam a moagem da argila quando o
moinho está rodando, através do choque entre estes e as pedras de argila. Na
aplicação original, o moinho gira em velocidade fixa, acionado por um motor elétrico
ligado em partida direta. Na partida, o torque requerido pela carga é muito alto
solicitando altas capacidades de sobrecarga do motor devido à inércia do sistema e
à deposição do material na parte mais baixa do interior do moinho.
• No sistema convencional com velocidade fixa o moinho precisa girar por
aproximadamente 8 horas para que as pedras de argila sejam totalmente moídas.
Verifica-se que mesmo após estas 8 horas ainda se encontra resíduo de material
não moído, limitando a produtividade da moagem. Verifica-se também que a
eficiência da moagem depende da velocidade do moinho. Em alta rotação as pedras
de argila maiores são melhor moídas; em baixa rotação, a eficiência da moagem é
melhor para a argila em grãos.
• Chega-se à conclusão que se num ciclo de moagem o moinho operasse em
patamares de velocidade variados, obter-se-ia uma maior eficiência e o tempo de
moagem poderia ser reduzido.

14. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 14
A SIEMENS sugere a colocação de um inversor de freqüência para controlar a velocidade do
moinho. Associado ao inversor de freqüência, um CLP se encarregaria de comandar as
mudanças de velocidade do moinho ao longo do ciclo de moagem.
A instalação de um inversor de freqüência Master Drives®
e um CLP Simatic ®
para
programação do ciclo de velocidades de operação traz ao sistema um considerável aumento
de produtividade com um investimento pequeno, comparado ao de um novo moinho.
Inicialmente o moinho opera em alta rotação para quebrar as pedras de argila maiores;
posteriormente a rotação é reduzida, para que a moagem da argila seja de maior rendimento,
reduzindo o resíduo final. Um correto ajuste das velocidades e dos ciclos otimiza a moagem.
As seguintes vantagens foram verificadas:
• Ciclo de moagem com variação de velocidade é em torno de 20% menor do que o
sistema com velocidade fixa: temos aumento de produtividade e economia de energia
( 10 a 20%) elétrica;
• A partida é suave e controlada: temos uma sensível redução da corrente de partida do
motor e eliminam-se os trancos nos acoplamentos mecânicos, reduzindo a manutenção
do moinho;
• Flexibilidade da moagem: dependendo do tipo de argila pode-se criar diversos ciclos de
operação distintos no CLP.
A solução SIEMENS e suas vantagens

15. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 15
Controle de velocidade de uma linha de
esmaltação de pisos e revestimentos cerâmicos

16. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Página 16
• Um dos ramos da indústria cerâmica é responsável pela fabricação de pisos e
revestimentos utilizados na decoração de residências.
• A produção de pisos e revestimentos cerâmicos é dividida em diversas etapas, que
vai desde a moagem da argila, prensagem do pó moído, cozimento, esmaltação,
secagem do esmalte e embalagem do produto pronto. O produto passa por todas
estas etapas conduzido por esteiras transportadoras através da linha de produção.
• Na esmaltação os pisos e revestimentos ganham cor e desenhos, ou seja, são
decorados através da deposição de camadas de esmalte, realizada por pequenas
cabines de aplicação de verniz e tinta.
• Para que a decoração do piso seja de boa qualidade, a velocidade da linha de
esmaltação deve ser a mais uniforme possível, o que quer dizer que uma vez
ajustada a velocidade da esteira transportadora não pode se alterar, pois corre-se o
risco de borrar a decoração e a camada de verniz não ter uma espessura uniforme.
A esmaltação dá o acabamento ao piso e ao revestimento cerâmico
Descrição do Caso

17. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 17
O controle de velocidade das esteiras que transportam os pisos e revestimentos pela
linha de esmaltação é realizado por motores elétricos trifásicos CA acoplados
mecanicamente a dispositivos denominados variadores de velocidade mecânicos. Dois
tipos de variadores mecânicos são mais comumente encontrados:
• Variadores constituídos por conjunto polia e correia;
• Variadores constituídos por discos de fricção.
Os variadores mecânicos são acoplados a redutores de velocidade, correspondendo
assim aos conjuntos que controlam a velocidade das esteiras.
Devido ao uso, os variadores de velocidade mecânicos acabam apresentando
desgaste nas peças que se atritam, alterando a velocidade da esteira transportadora e
perdendo a exatidão dos ajustes. Isto obriga a realização de manutenções periódicas
com conseqüente parada de produção. Em muitos casos verificou-se uma
periodicidade de manutenção corretiva em torno de dois meses. O custo das peças
que se desgastam é relativamente alto, chegando a valores entre US$ 500.00 e
US$ 1,000.00 por manutenção do variador.
Situação encontrada

18. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 18
A SIEMENS sugeriu a retirada do variador de velocidade mecânico do conjunto controlador
de velocidade, mantendo o motor acoplado diretamente ao redutor. Em seguida o motor foi
conectado a um inversor de freqüência da série MICROMASTER fazendo o papel de variador de
velocidade.
Vantagens obtidas com a substituição:
• Fim do desgaste de peças e da manutenção: devido às potências dos motores das linhas de
esmaltação, o valor de um inversor de freqüência para estes motores fica muito próximo ao
custo pago pela manutenção nos componentes mecânicos. Porém, com a colocação do
inversor de freqüência o problema manutenção deixa de existir, o que torna a substituição
altamente interessante. A produtividade é aumentada pois as paradas para manutenção dos
variadores são eliminadas.
• Melhor acabamento dos pisos e revestimentos: sem o desgaste das peças a exatidão da
velocidade nunca é alterada. Com isso, a qualidade da esmaltação é sensivelmente melhorada
trazendo grandes benefícios ao cliente.
• Maior facilidade de ajuste de velocidade: a velocidade da esteira poderá ser ajustada tanto de
forma manual como automaticamente, utilizando um controlador programável para comandar o
inversor de freqüência. Com isso é possível alterar a velocidade de diversas esteiras
conjuntamente e até sincronizá-las.
A solução SIEMENS e suas vantagens

19. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 19
Instalação Típica - Transporte de Cerâmica
Override
Switch
MICROMASTER Vector
1
2
3
4
10
11
5
6
7
8
16
17
9
Dout1 NC
Dout1 NO
Dout1 Com
Dout2 NO
Dout2 com
Aout+
Aout-
RS485P
RS485N
PTC1
PTC2
+10V
0V
Ain 1+
Ain1-
Ain2+
Ain2-
Din1
Din2
Din3
Din4
Din5
Din6
+15V
18
19
20
21
22
12
13
24
25
14
15
SIMATIC S7-212
Light
Barriers
Esteira com Produto
Motor
Machine
Control
Panel
4xDigital Inputs to PLC3xFixed
Frequency
1xEnable
to Drive
1xSeptoint Output
1xFault Output
from Drive
2xSensor Inputs to PLC
1xCurrent Output from Drive
U,V,W Phase Outputs
and earth to Motor
Nome Valor Função
P002 0.1 Rampa de aceleração 0.1s
P003 0.1 Rampa de desaceleração 0.1s
P006 2 Freqüências Fixas
P007 0 Controle do Drive via entradas digitais
P009 3 Permite acesso a todos os parâmetros
P013 75.00 Freqüência Máxima de Saída 75.00Hz
P025 2 Saída Analógica: corrente no motor
P033 1.0 Rampa de Jog Aceleração 1.0s
P034 1.0 Rampa de Jog Desaceleração 1.0s
P041 25.00 Freqüência Fixa 1 = 25.00Hz
P042 35.00 Freqüência Fixa 2 = 35.00Hz
P043 55.00 Freqüência Fixa 3 = 55.00Hz
P044 75.00 Freqüência Fixa 4 = 75.00Hz
P052 16 Din 2 - Seleção de rampas
P053 17 Din 3 - Freqüências Fixas em
Codificação Binária 1 a 4
P054 17 Din 4 - Freqüências Fixas em
Codificação Binária 1 a 4
P356 4 Din 6 - OFF2 (entrada de habilitação)
P062 7 Setpoint do inversor alcançado
P077 3 Controle Vetorial Sensorless

20. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 20
Exemplo típico de uma interconexãoExemplo típico de uma interconexão
lento
rápido
Estação
de
embalagem
estação para
fabricação de
garrafas
transporte
estação de teste
mediante ecografia
protocolo USS
Seleções
MICRO MASTER
SIEMENS
MICRO MASTER
SIEMENS
MICROMASTER
SIEMENS
MICROMASTER
SIEMENS
MICROMASTER
SIEMENS
MICROMASTER
SIEMENS
MICRO MASTER
SPS
comunicação serial
MICRO MASTER na fabricação de garrafas

21. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 21
MICROMASTER -MICROMASTER -
Aplicação em Linha de EngarrafamentoAplicação em Linha de Engarrafamento
• Planta Típica com Linha de Engarrafamento controlada
por um SIMATIC e vários MICROMASTERs
• Muitas aplicações em várias indústrias.

22. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 22
Utilização do PROFIBUS com MICROMASTERsUtilização do PROFIBUS com MICROMASTERs
Na aplicação nesta Cervejaria, os
sistemas de controle muito complexos
exigem altas taxas de transferência de
dados e ajustes de velocidade precisos.
O uso do PROFIBUS com os
MICROMASTERs possibilita exatamente
isso.
Máquinas individuais (envasadoras,
paletisadoras, acumuladoras, etc.) operam
independentemente,mas comunicam-se a
fim de garantir fluxo de produção sem
problemas.

23. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 23
4
5
6 7
8
2
1
3
16-Bit-Bus
um PC fornece a posição desejada ao equipamento de comando
Simatic S5-135U
SIEMENS
MICRO MASTER
SIEMENS
MICRO MASTER
SIEMENS
MICRO MASTER
MICRO
MASTER
1
MICRO
MASTER
7
MICRO
MASTER
8 mesa para radioterapia
sinal
analógico
Regulação da posição de equipamento paraRegulação da posição de equipamento para
radioterapia CDM com Micro Masterradioterapia CDM com Micro Master

24. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 24
MIDIMASTER - Aplicação em BombeamentoMIDIMASTER - Aplicação em Bombeamento
• O Controlador PID embutido
mantém a pressão constante
na tubulação.
• Alta Freqüência de
chaveamento garante baixo
nível de ruído.
• Risco de danos à tubulação
é reduzido graças às rampas
controladas.

25. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 25
Sistema de Extração de FumaçaSistema de Extração de Fumaça
•Um sistema de controle em malha
fechada aciona o sistema de
extração somente quando
necessário, e em velocidades
limitadas.
•Possibilita uma grande economia
de energia e melhor controle do
processo.

26. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 26
Sistema de Ventilação -Sistema de Ventilação -
Exaustor de Extração de 90kW.Exaustor de Extração de 90kW.
Um sistema de
ventilação monitora os
níveis de fumaça em
uma fábrica e controla
a velocidade do
exaustor através do
PID do MIDIMASTER.
Vantagens:
• Excelente sistema de
controle simples.
• Grande potencial de
Economia de energia.

27. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 27
MIDIMASTER -MIDIMASTER -
Aplicação em Central de AquecimentoAplicação em Central de Aquecimento
• Bomba para Sistema de
Aquecimento Central em
Escola Canadense.
• A economia de energia
possibilita um retorno do
investimento em 18 meses.
• Aplicação de 45kW / 575V.

28. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 28
ArAr
CondicionadoCondicionado
• Aplicação comum, com
diversos drives.
• Unidades de ar
condicionado para
Centrais Telefônicas,
como também para
aplicações genéricas.
• Curva de operação do
ventilador com alta
inércia - Tempos de
rampa longos e
Regeneração.

29. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 29
MIDIMASTER- Máquina de Embalar DocesMIDIMASTER- Máquina de Embalar Doces
• Inversor de 5.5kW controla a
Embaladora.
• Máquina fabricada na
Alemanha, instalada no
Sudeste Asiático.
• Com o aumento da
velocidade do motor é
possível aumentar a
produção.

30. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 30
Controle de Porta de ElevadorControle de Porta de Elevador
(protótipo).(protótipo).
• As portas abrem e fecham
com diferentes velocidades e
rampas, definidas por
sensores nas portas.
• As portas são mantidas
fechadas aplicando-se
Torque em velocidade zero -
motor sobredimensionado.
• Se o fechamento das portas
é interrompido, elas devem
reabrir rapidamente.

31. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 31
Esteira de JoggingEsteira de Jogging
• Aplicação difícil devido ao carregamento por choques e
exigências de Torque em baixas velocidades.
• MICROMASTER Vector melhor que o produto concorrente.

32. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
s
Página 32
Máquina de FrisarMáquina de Frisar
A velocidade da
escova é variada a
fim de proporcionar
diferentes padrões e
efeitos.