BANCADA PROTÓTIPO PARA ENSAIO DE ROTOR BLOQUEADO

Um dos objetivos deste trabalho é a avaliação do ERB como um ensaio complementário aos realizados pelos painéis de testes elétricos para estatores de MIM nas linhas de produção de compressores herméticos, visando evitar que peças defeituosas cheguem aos clientes. Para tanto, foi necessário projetar, desenvolver e testar uma bancada de ensaios; aplicável a MIM com fase auxiliar de partida, de 220 V CA e 60 Hz, identificados pela empresa parceira como sendo de modelo EM. 4.3.1 Caracterização da amostra padrão

Além de ser um modelo representativo da linha de produção do fabricante, o estator objeto do estudo foi eleito devido a outros fatores, dentre eles: disponibilidade; potência; torque; tensão de alimentação; tamanho.

As caraterísticas da amostra padrão, assim denominada por reunir 20 estatores considerados bons pelo fabricante, estão indicadas nas especificações do MIM da tabela 9. Cada uma das peças foi identificada e catalogada pelo número de série e marcada aleatoriamente de EM101 até EM120. Na figura 55 se apresentam duas peças dessa amostra padrão empregada para obter os sinais de referência do ERB, visando a avaliação de estatores de mesmo modelo.

Para avaliar a uniformidade da amostra, considerou-se apropriado fazer a medição da resistência ôhmica a quatro fios, como também, a de indutância, de forma individual para os enrolamentos principais e auxiliares das vinte peças.

Tabela 9 – Especificações do MIM associado a compressor hermético indicando caraterísticas do estator da amostra.

Fonte: Adaptado de [147] e [148].

Figura 55 – Dois estatores da amostra para o ERB.

Fonte: Autor.

Na figura 56 estão representados, por meio de diagramas de caixa (boxplot), os resultados de medição das variáveis resistência (R) e indutância (L) dos enrolamentos, principal (BP) e auxiliar (BA), dos estatores da amostra. Os valores foram obtidos por meio de um analisador de impedância LCR Agilent 4294A [149], considerando frequência de 60 Hz, com incertezas associadas nessa frequência de 1,00% para indutância e 0,08% para resistência, dos valores lidos.

EMYe 70HEP (220-240) V / (50-60) Hz

Tensão de alimentação 220 V monofásico, corrente alternada

Frequência 60 Hz

Potência nominal 140 W aproximadamente 1/5 de HP

Corrente de rotor bloqueado

LRA – Locked Rotor Amperes 7,3 A

valor nominal de pico da corrente para o enrolamento principal

Número de pares de polos 1 no enrolamento principal

Tipo de partida RSIR (ISR) Resisitive Start – Inductive Run

Classificação do isolamento H (180 °C)

Temperatura de bobina 130 °C máx. valor máximo

Enrolamento principal BP 13,32 Ω ± 5% bitola condutor 0,60 mm em cobre

Enrolamento auxiliar BA 19,93 Ω ± 5% bitola condutor 0,38 mm em cobre

Aplicações do motor LST – Low

Starting Torque

aplicações LBP (Low Back Pressure) como congeladores e refrigeradores

Equipamento de partida Relé PTC PTC – Possitive Temperature _{Coefficient, comuta o BA}

Capacidade frigorífica do compressor associado

173 W (685 Btu/h)

temp. de evaporação = -23,3 °C compressor com R134a

Número de ranhuras 24 no estator

Rotor EM (28 barras) 21332.2014 (usado como rotor de

A maior variação nas leituras tomadas se apresenta para a indutância do enrolamento auxiliar, a qual ainda com dois outliers como valores atípicos da amostra (EM106 e EM115). O desvio destes outliers é inferior a 2% e julgou-se apenas como efeito da variabilidade do processo. A variação observada pode ser decorrente da susceptibilidade dos fios condutores empregados (0,38 mm) aos esforços mecânicos de bobinagem, alterando a geometria do enrolamento. Tal efeito é mais pronunciado nos enrolamentos auxiliares que são constituídos de condutores mais finos que os do enrolamento principal. Além disso, infelizmente, as variações ambientais na sala de medição não foram controladas possibilitando algum grau de influência nas leituras dos parâmetros medidos. Entretanto, com base nos resultados obtidos, considerou-se que a amostra é homogênea e apropriada para a caracterização do padrão de comparação.

Figura 56 – Resultado da medição de resistência e indutância dos enrolamentos da amostra.

4.3.2 Instrumentação do sistema de medição da bancada protótipo para ensaio de rotor bloqueado (BPERB) Os primeiros testes de RB foram realizados empregando bancada inicial com configuração representada no diagrama de blocos da figura 57, onde se destacam: estrutura mecânica e monitoramento do conjugado; condicionamento, aquisição e tratamento de sinais; acionamento elétrico e monitoramento de corrente. Os sinais dos transdutores de conjugado e corrente têm que ser amplificados e condicionados para sua conversão digital no sistema de aquisição de dados, para depois serem processados em um programa desenvolvido especificamente para a bancada, por meio do software de projeto gráfico de sistemas LabVIEW, da National Instruments [150].

Figura 57 – Diagrama de blocos do sistema inicial de medição da bancada.

Fonte: Autor.

4.3.2.1 Projeto mecânico e medição de conjugado

O tipo de ensaio e as caraterísticas de conjugado máximo de rotor bloqueado (RB), desenvolvido a partir da alimentação do estator em estudo em condições nominais, demandaram a aplicação de transdutor de torque capaz de operar na faixa de medição de 0 a 0,7 N m, observadas as características de erro e operação adequadas (tabela 10).

De acordo com o formato mecânico da bancada inicial e a disponibilidade de sensores no mercado, optou-se pelo transdutor de conjugado de reação QWFK-8M TD, do fabricante Honeywell. Tal dispositivo, com especificações indicadas na tabela 10, consiste basicamente de uma ponte completa de extensômetros (strain gages), montados em um eixo de torção, que fornece sinal de tensão

+ 15 V transdutor de torque estator acoplamento mecânico condicionador de sinais DAQ 2 entradas 1 saída

analógicas: corrente, torque digital: ativa teste (contator) rotor - 15 V usb + 12 V CA 220 V NI USB 9215 NI USB 6501 DAQ usb transdutor de corrente relé contator

proporcional ao conjugado, determinado pela deformação do material quando submetido a tensão mecânica, e características e disposição dos extensômetros. Em relação às técnicas de medição de conjugado focado em motores elétricos, o trabalho de Souza [151] apresenta um desenvolvimento conciso dos princípios físicos aplicados comumente.

Tabela 10 – Especificações do transdutor de torque.