Motores Elétricos na Moenda: Um, Três ou Quatro?

É natural que os temas escolhidos para estes artigos decorram de situações que vivenciamos no nosso dia a dia profissional. Recentemente soubemos que um fabricante tradicional indicou usar quatro motores na sua moenda, porém com potência maior no eixo de saída, anulando assim uma das vantagens desta alternativa que é a padronização de todos os equipamentos do acionamento da moenda. Surgiu assim um tema para discussão: quantos motores usar na moenda, admitindo que o rolo de pressão tenha sempre o seu motor individual.

Uma moenda é um equipamento que, em regime de operação normal, pode ser considerada como exigindo do acionamento um torque constante. O valor deste torque máximo deve ser fornecido pelo fabricante da moenda, embora os técnicos do setor já conheçam este valor aproximado para cada modelo ou bitola de moenda.

O valor do torque máximo depende principalmente da pressão hidráulica que será aplicada nos pistões do eixo superior. Na verdade, como esta pressão hidráulica define todos os momentos nos eixos e todos os esforços nos mancais, o valor máximo da pressão hidráulica é um dos elementos importantes no dimensionamento mecânico de todo o conjunto da moenda. Portanto, para a correta seleção do acionamento de uma moenda, deve ser exigido do fabricante a informação a respeito do torque máximo que deve ser transmitido ao equipamento.

Já a capacidade de moagem é diretamente proporcional à rotação dos eixos da moenda. E conforme já discutimos neste espaço, embora a prática de se aumentar à rotação da moenda para ganhar capacidade tenha se iniciado no Brasil nos anos 80, quando da implantação do Programa Nacional do Álcool, hoje já há trabalhos acadêmicos, e com resultados experimentais, mostrando que é possível aumentar a rotação sem se perder na extração, desde que sejam tomadas os devidos cuidados operacionais. Desta maneira, já há moendas de grande porte operando no Brasil com 8,5 rpm e com extração acima de 97%.

A potência exigida pela moenda será proporcional ao produto do torque multiplicado pela rotação. Como o torque é constante, mais rotação vai exigir mais potência.

O redutor de velocidade (ou multiplicador de torque) do acionamento será selecionado basicamente pelo torque que deverá entregar para a moenda. O motor elétrico será selecionado basicamente pela potência que deverá entregar para o redutor em cada faixa de rotação.

Os preços praticados pelo mercado têm mostrado que redutores tipo planetário podem entregar torque a menor custo, pois são mais leves do que os redutores de eixos horizontais com divisor de torque. Entretanto, redutores planetários não são adequados para alta rotação na entrada, pois há dificuldades para se obter uma boa lubrificação dos planetas. Portanto, o motor elétrico mais adequado para este acionamento é o de 6 pólos (1.150 rpm), com vantagem de que em baixas rotações um motor de 6 pólos vai entregar mais torque do que um motor de 4 pólos da mesma potência. Pode ser importante em partidas da moenda, principalmente com carga.

Os fabricantes dos conversores de freqüência dos motores de 60 Hz informam que os mesmos podem operar desde 20 Hz até 80 Hz. Por termos uma margem de regulagem, definimos uma faixa de 25 Hz até 75 Hz, ou seja, o motor vai operar desde 480 rpm até 1.450 rpm aproximadamente. Se quisermos operar a moenda na rotação nominal de 8,5 rpm com margem para aumentar cerca de 6,5% (80 Hz / 75 Hz), necessitamos de um redutor planetário com relação de transmissão na faixa de 1:170 (1.450 / 8,5). Com esta configuração podemos operar a moenda com 30% da sua capacidade nominal, condição ideal para plantas novas que terão sua capacidade aumentada progressivamente.

É importante lembrar que a configuração acima pode não ser válida para moendas usadas para secar bagaço de difusor. Como neste caso as rotações normalmente são mais baixas, mudam a potência do motor e a relação de transmissão do redutor.

Quando a moenda é acionada por apenas um motor e um redutor planetário, a vantagem que salta à vista é a menor quantidade de equipamentos, resultando em menor custo de implantação, mas em maior custo de sobressalentes se quisermos ter um motor e um redutor de reserva. As maiores desvantagens desta solução são a impossibilidade de se obter variação individual da rotação dos eixos e a necessidade de continuar com os custos de manutenção do acoplamento redutor / moenda e dos rodetes.

Quando a moenda é acionada por três motores, um em cada eixo, as desvantagens acima desaparecem. Porém, temos mais equipamentos e mais potência instalada, pois como não podemos garantir que o torque fornecido à moenda vai sempre se dividir igualmente entre os eixos inferiores, adotamos uma folga de 20% no torque a ser transmitido (30% em vez de 25%). Podemos ter assim de 5% a 10% mais potência instalada nesta configuração (não quer dizer que seja mais potência consumida!). Esta solução tem a característica de permitir a montagem dos redutores planetários com maior facilidade, pois o motor maior fica do lado oposto ao dos motores menores, evitando interferências que sempre ocorrem entre os redutores e os motores. Entretanto, para que todos os eixos da moenda permaneçam intercambiáveis, o projetista do conjunto deve estar atento para que os anéis de contração de redutores com capacidades diferentes possam ser montados em qualquer eixo da moenda. A desvantagem mais gritante desta solução é que os acionamentos não são todos 100% padronizados. Para um conjunto de seis ternos, teremos seis acionamentos iguais para eixos superiores e doze acionamentos iguais para eixos inferiores.

Quando a moenda é acionada por quatro motores, a vantagem que salta à vista é a padronização dos acionamentos. Nesta configuração dois acionamentos são montados no eixo superior. As desvantagens são as maiores quantidades de equipamentos instalados e as dificuldades de instalação dos redutores planetários, no mesmo lado da moenda, no eixo superior e em um eixo inferior. Esta dificuldade normalmente implica na necessidade de se aumentar o comprimento dos eixos da moenda, para se evitar a interferência.

Há cerca de quatro anos atrás fizemos um estudo detalhado para comparar os custos de implantação de diversas alternativas de acionamento para moendas, incluindo turbinas a vapor e motores elétricos. Procuramos considerar todas as variáveis como, por exemplo, as diferenças em obras civis, estruturas metálicas, prédios para alojar os equipamentos, tubulações de vapor, transformadores, painéis e interligações elétricas, custo adicional do gerador para fornecer a potência elétrica necessária, etc. Foram estudadas detalhadamente seis alternativas, indicadas abaixo em ordem crescente de custo de implantação:

• Turbina a vapor com redutor de eixos horizontais com divisor de torque: 100,0%;
• Turbina a vapor com redutor planetário: 103,8%;
• Um motor elétrico com redutor planetário: 106,1%;
• Um motor elétrico com redutor de eixos horizontais com divisor de torque: 112,4%;
• Três motores elétricos com redutores planetários: 120,3%;
• Quatro motores elétricos com redutores planetários: 130,4%.

A escolha do cliente neste caso foi pela utilização de três motores, já que a diferença no investimento pagava com folga o preço de sobressalentes adicionais decorrentes da não padronização total dos acionamentos.

A menos do caso pouco provável de não haver nenhuma possibilidade de se exportar energia, consideramos a solução com três motores a mais indicada. O arranjo físico dos acionamentos fica muito mais simples e a desvantagem da padronização parcial no mundo real praticamente não existe.

Curiosamente, na instalação exemplificada, houve uma falha no motor de um eixo de entrada. O motor do eixo de saída foi instalado no seu lugar e a moenda pode continuar operando sem motor no eixo de saída.

Quem está há mais tempo no setor deve se lembrar de que durante o último Congresso da ISSCT ocorrido na Índia, havia um técnico indiano que advogava que seria perfeitamente possível operar sem rodetes no eixo de saída. E não é que ele tinha razão!