dissertação
Métodos de estimativa da potência ativa em unidades de bombeamento operando com e sem inversor de frequência
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Programa de Pós-Graduação
DEG - Departamento de Engenharia
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Estimativas confiáveis dos acréscimos nos níveis de eficiência energética que podem ser atingidos em uma unidade de bombeamento são mais difíceis de serem obtidas. Estas estimativas dependem tanto do realismo das estimativas de eficiência energética fornecidas pelos modelos matemáticos utilizados, como, também, da representatividade dos dados requeridos por estes modelos, incluindo, entre estes, as características técnicas dos componentes que são fornecidas nos catálogos dos fabricantes. Neste estudo, valores medidos de potência elétrica ativa (kW), determinados com o auxílio de um analisador de qualidade de energia, modelo Fluke 435II, durante a operação, em diversos valores de vazão bombeada de duas diferentes unidades de bombeamento, foram comparados com estimativas teóricas de potência ativa. Estas estimativas teóricas foram calculadas com base em informações de catálogos de fabricantes de bombas e dos motores. Na primeira unidade avaliada (bomba KSB- ETA 80-20 acoplada a um motor de indução trifásico de 4 polos com potência de 5.5 kW), os valores foram determinados sem alterações do valor da frequência nominal (60 Hz) da rede de suprimento de energia. Na segunda unidade avaliada (bomba KSB-ETA 65-20 acoplada a um motor de indução trifásico de 2 polos com potência de 30 kW), os valores foram determinados na rede de alimentação de um inversor de frequência, da marca WEG modelo CFW5, operando com duas frequências de chaveamento distintas (1,8 e 14 kHz). Em cada uma destas frequências de chaveamento do inversor, valores de potência ativa foram determinados com o valor nominal de frequência da rede elétrica (60 Hz) e com valores reduzidos de frequência na rede de alimentação do motor, que foram selecionados de forma a manter, em sucessivos valores decrescentes de vazão bombeada, um valor constante de rotação do eixo da bomba. O valor absoluto do erro médio das estimativas, baseadas em valores de catálogo, de potência ativa das unidades de bombeamento, operando com o valor nominal de frequência da rede (60 Hz), variou entre 23% (para o motor de 7,5 kW) e 12% (para o motor de 30 kW). No caso da operação com valores de frequência da rede de alimentação menores que 60 Hz, as determinações efetuadas indicam que somente as estimativas teóricas que levam em consideração uma redução gradual da eficiência do motor, decorrente da redução do seu índice de carregamento, fornecem valores próximos dos valores medidos de potência elétrica ativa. Os resultados também indicaram, que, em todos os valores de frequência da rede avaliados, a mudança da frequência de chaveamento do inversor, de 1,8 para 14 kHz, não causou alteração na relação vazão bombeada/potência elétrica ativa requerida.
Trustworthy estimates of the increase in energy efficiency levels that might be reached in a pumping unit are more difficult to obtain. These estimates depend on the realism of the energy efficiency estimates provided by the used mathematical models, as well as on the representativeness of the data required by these models, including, among them, the technical characteristics of the components supplied in the manufacturer catalog. In this study, measured values of active electric power (kW), determined with the aid of an energy quality analyzer, model Fluke 435II, during the operation, in several flow values pumped from two different pumping units, were compared with theoretical estimates of active power. These theoretical estimates were calculated based on information from catalogs of pump and motor manufacturers. In the first evaluated unit (pump KSB-ETA 80-20 coupled to a triphasic induction motor with 4 poles with potency of 5.5 kW), the values were determined with no alteration of the nominal frequency value (60 Hz) of the supply chain network. In the second evaluated unit (pump KSB-ETA 65-20 coupled to a triphasic induction motor with 2 poles with potency of 30 kW), the values were determined in the feeding network of a frequency inverter, brand WEG model CFW5, operating with two distinct keying frequencies (1.8 and 14 kHz). In each of these keying frequencies of the inverter, active power values were determined with the nominal value of the electric grid frequency (60 Hz) and the reduced values of the motor feeding grid frequency, which were selected to maintain, in successive decreasing pump flow values, a constant value for the axis rotation of the pump. The mean error absolute value of the estimates, based on values from the catalog, of active potency of the pumping units, operating with a nominal value of grid frequency (60 Hz), ranged from 23% (for a 7.5 kW motor) to 12% (for a 30 kW motor). In the case of the operation with grid feeding frequency values lower than 60 Hz, the determinations promoted indicate that only the theoretical estimates considering a gradual reduction of the motor’s efficiency, derived from the reduction its loading index, provide values near those measured from the active electric potency. The results also indicated that, in all the evaluated grid frequency values, the change in invertor keying frequency, from 1.8 to 14 kW, did not cause alteration on the pumping flow / active electric potency relation required.
Trustworthy estimates of the increase in energy efficiency levels that might be reached in a pumping unit are more difficult to obtain. These estimates depend on the realism of the energy efficiency estimates provided by the used mathematical models, as well as on the representativeness of the data required by these models, including, among them, the technical characteristics of the components supplied in the manufacturer catalog. In this study, measured values of active electric power (kW), determined with the aid of an energy quality analyzer, model Fluke 435II, during the operation, in several flow values pumped from two different pumping units, were compared with theoretical estimates of active power. These theoretical estimates were calculated based on information from catalogs of pump and motor manufacturers. In the first evaluated unit (pump KSB-ETA 80-20 coupled to a triphasic induction motor with 4 poles with potency of 5.5 kW), the values were determined with no alteration of the nominal frequency value (60 Hz) of the supply chain network. In the second evaluated unit (pump KSB-ETA 65-20 coupled to a triphasic induction motor with 2 poles with potency of 30 kW), the values were determined in the feeding network of a frequency inverter, brand WEG model CFW5, operating with two distinct keying frequencies (1.8 and 14 kHz). In each of these keying frequencies of the inverter, active power values were determined with the nominal value of the electric grid frequency (60 Hz) and the reduced values of the motor feeding grid frequency, which were selected to maintain, in successive decreasing pump flow values, a constant value for the axis rotation of the pump. The mean error absolute value of the estimates, based on values from the catalog, of active potency of the pumping units, operating with a nominal value of grid frequency (60 Hz), ranged from 23% (for a 7.5 kW motor) to 12% (for a 30 kW motor). In the case of the operation with grid feeding frequency values lower than 60 Hz, the determinations promoted indicate that only the theoretical estimates considering a gradual reduction of the motor’s efficiency, derived from the reduction its loading index, provide values near those measured from the active electric potency. The results also indicated that, in all the evaluated grid frequency values, the change in invertor keying frequency, from 1.8 to 14 kW, did not cause alteration on the pumping flow / active electric potency relation required.
Abstract
Descrição
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos, área de concentração em Engenharia de Irrigação, para a obtenção do título de Mestre.
Área de concentração
Engenharia de Irrigação
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
AZEVEDO, N. F. de. Métodos de estimativa da potência ativa em unidades de bombeamento operando com e sem inversor de freqüência. 2014. 73 p. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2014.