INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS
AULA 4
Prof. Juliano de Mello Pedroso
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CONVERSA INICIAL
A indústria é responsável por mais de 40% do consumo de energia elétrica do país, com quase 600 mil unidades consumidoras industriais. Esses números mostram a importância do setor industrial para a energia elétrica do Brasil.
A maior parte do consumo de uma empresa passa pela iluminação e pelos motores elétricos. O engenheiro deve saber as características desses componentes elétricos e o impacto que causam no processo produtivo.
Nesta aula, falaremos sobre os seguintes assuntos: motores CA, cargas estáticas, cargas dinâmicas, iluminação e normas de iluminação. Todos esses componentes fazem parte das instalações elétricas e máquinas automatizadas do processo produtivo de uma empresa com processo fabril.
TEMA 1 – MOTORES CA
Motores que trabalham com a tensão elétrica alternada, em sua grande parte, têm propriedades de funcionamento parecidas com as dos motores de corrente contínua, entretanto, seu funcionamento está sujeito a defeitos numa escala menor. Isso acontece devido aos motores de corrente contínua apresentarem problemas na comutação que engloba as escovas, os porta- escovas etc.
Observe, na figura 1, um motor monofásico de indução alimentado por corrente elétrica alternada, bem como o capacitor em cima da carcaça do motor.
Figura 1 – Motor monofásico CA
Fonte: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAcBQAB/motor-monofasico-funcionamento-
basico>.
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Na figura 2, há um motor trifásico de indução alimentado por corrente elétrica alternada, não tem o capacitor e se tiver o mesmo tamanho mesmo assim terá potência maior que seu correlato em uma fase só.
Figura 2 – Motor trifásico CA
Fonte: <http://sp.olx.com.br/sao-paulo-e-regiao/jardinagem-e-construcao/motor-monofasico-e- trifasico-weg-qualymaquina-250613456>.
Motores que são alimentados através de corrente alternada são chamados comumente de motores CA. São geralmente usados em atividades que operam com velocidades constantes. Os motores de corrente alternada usam como forma de alimentação as fases provenientes das linhas de distribuição usando, portanto, a frequência fornecida pela rede elétrica para ter o efeito girante no motor.
Os motores CA pode ser subdividido em:
síncronos – A velocidade no campo magnético girante é igual a velocidade que está no rotor, em virtude de o campo do rotor não depender do campo do estator.
assíncronos – É um tipo de motor de indução que, quando o estator tem uma alimentação, ele induz uma corrente elétrica no rotor, que tende a se opor ao campo que o gerou. É um tipo de motor muito parecido com o síncrono, porém sua rotação não funciona em sincronismo com a frequência, ocasionando escorregamento, que é o princípio de funcionamento desse tipo de motor.
Na figura 3, temos um esquemático de um motor de indução e um
esquemático de motor síncrono.
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Figura 3 – Motores de corrente alternada
Observe, na figura 4, todas as partes de um motor de indução.
Figura 4 – Vista em corte de um motor de indução trifásico em rotor de gaiola
Fonte: <www.weg.com.br>.
Estator
1. Carcaça
2. Núcleo magnético 8. Enrolamento trifásico
Rotor
7. Eixo
3. Núcleo magnético
12. Barras e anéis de curto-circuito
Outras partes do motor
4. Tampa dianteira 5. Ventilador 6. Tampa defletora 9. Caixa de ligação 10. Terminais de ligação 11. Rolamentos (mancais)
TEMA 2 – CARGAS ESTÁTICAS
No dia a dia da indústria, são ligados diversos tipos de cargas. Quando se fala em carga, podemos generalizar como qualquer componente eletroeletrônico ligado numa fonte de energia que gera trabalho ou uma atividade produtiva. As cargas podem ser classificadas como estáticas e dinâmicas.
As estáticas são cargas que não mudam o comportamento da tensão e
da corrente ao longo do tempo. Podemos considerar uma carga em regime
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permanente, ou seja, já passou por todas as alterações de corrente e tensão e está sem alterações ao longo do processo.
As estáticas costumam ser usadas em ferros de passar, chuveiros e lâmpadas incandescentes. Na figura 5, temos uma carga resistiva em que a tensão elétrica está em fase com a corrente elétrica.
Figura 5 – Carga puramente resistiva
Fonte: <http://eletronicanoel.blogspot.com.br/2012/05/relacao-de-fase-entre-tensao-e- corrente.html>.
Quando chamamos um aparelho de resistência, definimos que ele tem por função resistir à passagem de corrente elétrica. Dessa maneira, parte da energia é dissipada como calor. Dois equipamentos que usam essas correntes para gerar calor ou luz são as lâmpadas incandescentes e os aquecedores elétricos.
Lembre-se de que a resistência (R) é medida em ohms.
Uma lâmpada incandescente (seu filamento incandesce para gerar luz) produz luz ao passar uma corrente elétrica através de um filamento no vácuo. A resistência do filamento causa o aquecimento, e a energia elétrica é convertida em luz e um pouco de calor, conforme pode ser visto na figura 6.
Figura 6 – Lâmpada incandescente
Fonte: <http://imirante.com/brasil/noticias/2015/06/30/inmetro-proibe-a-venda-de-lampada- incandescente.shtml>.
Esse tipo de lâmpada, por gerar muito calor, tem baixíssima taxa de
rendimento.
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Aquecedores elétricos funcionam de maneira similar, mas produzem pouca ou nenhuma luz.
Figura 7 – Aquecedor
Fonte: <http://www.magazineluiza.com.br/aquecedores-eletricos-ou-a-oleo/ar-e- ventilacao/s/ar/arel/>.
Na prática, cargas resistivas trabalham assim que, por exemplo, você compra um chuveiro com a potência de 3 000 W, o qual lhe proporcionará água numa determinada temperatura. Se optar por outro chuveiro do mesmo modelo, porém, alterar sua potência, como 5 000 W, com certeza este segundo esquentará mais.
TEMA 3 – CARGAS DINÂMICAS
As cargas dinâmicas influenciam no fator de potência e alteram a dinâmica da instalação elétrica conectada. Os motivos dessa alteração são diversos, entre eles: eletromagnetismo, leis da física, como inércia e frenagem, entre outros.
O fator de potência (FP) desse tipo de circuito é zero. Observe, na figura 8, um exemplo desse aparelho. Na figura 9, temos o comportamento da forma de onda desse tipo de carga.
Figura 8 – Exemplo de carga indutiva em motor elétrico
Fonte: <http://www.portaleletricista.com.br/motor-de-inducao-funcionalidade-significado-dicas-
passo-a-passo/>.
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Figura 9 – Circuito totalmente indutivo
Fonte: <http://baudaeletronica.blogspot.com.br/2012/05/fator-de-potencia.html>.
Existem cargas capacitivas que têm o efeito contrário das cargas indutivas, por isso são usadas em soluções que diminuem ou acabem com o efeito que as cargas indutivas provocam nas instalações elétricas ou máquinas elétricas automatizadas.
Há, ainda, equipamentos que utilizam todos os tipos de cargas (indutivas, capacitivas e resistivas). Na figura 10, há um exemplo dessa carga, que chamamos de mista.
Figura 10 – Tubos de raios catódicos, carga mista
Fonte: <http://principaisfisicos.blogspot.com.br/2010/10/como-funciona-uma-televisao.html>.
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Motores monofásicos usam capacitores para ajudar o motor durante a ignição e o funcionamento. Os capacitores da ignição dão uma fase adicional de voltagem ao motor, já que tiram a corrente e a voltagem de fase uma com a outra.
É muito importante saber a característica da carga, pois, assim, podemos tratar os dispositivos que a comandam de uma forma eficiente, assim como dimensionar todos os dispositivos de proteção.
Vamos a um exemplo prático: Temos de ligar um motor trifásico de 10 cv (1 CV = 735 W), a princípio, podemos utilizar a partida direta, porém o principal problema é quando ligamos esse tipo de motor à inércia e sua construção aumenta várias vezes a corrente de partida, podendo atrapalhar os dispositivos de segurança que atuam, pensando que é um curto-circuito. Então, nesse caso, em vez de uma partida direta, usamos um método de partida chamado estrela triângulo.
Reduzindo a corrente de partida em até um terço, depois do tempo de estabilização, a chave é trocada para triângulo, onde o bobinado recebe maior tensão e, consequentemente, maior torque no motor, mas já vencida a força da inércia. Um exemplo dessa chave está demonstrado na figura 11.
Figura 11 – Chave estrela triângulo manual
Fonte: <http://www.eletrolico.com.br/chaves-comutadoras-trifasicas-lombard-p633>.
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TEMA 4 – ILUMINAÇÃO
Quando se deseja iluminar uma área, para se obter um resultado eficiente, alguns aspectos, como o conforto visual e a uniformidade, devem ser levados em consideração. Isso é necessário porque um ambiente iluminado e agradável melhora o desempenho das pessoas que nele trabalham. Por isso, a iluminação merece um estudo especial, uma vez que um ambiente, dependendo de suas dimensões e das atividades nele exercidas, precisa ter um mínimo de iluminação exigido pelas normas da ABNT.
A iluminação eficiente de um ambiente deve ser baseada, entre outros requisitos, no desempenho visual requerido para a realização de uma determinada tarefa. Esse desempenho pode aumentar de acordo com a iluminância (nível de iluminação) e a luminância (luz refletida pelo objeto observado e seu entorno, na direção dos olhos do observador).
Atualmente, muito se vê a grande preocupação com o “gato de energia elétrica”. A busca por alternativas energéticas é constante. Na área de iluminação, isso não é diferente. A qualidade de energia é um ponto vital na escolha da tecnologia e o modo como será implantado o sistema de iluminação.
Conhecer a luz e as alternativas disponíveis, sabendo controlar a quantidade e a qualidade, são princípios valiosos para ser bem-sucedido em qualquer instalação luminotécnica.
Quando queremos representar a potência luminosa emitida por dispositivo que gera luz, representamos como fluxo magnético e usamos uma unidade chamada lúmen (lm). Já a iluminância é o fluxo luminoso que incide numa superfície por unidade de área (m
2). E usamos a unidade Lux (Lx).
Há dois tipos de iluminação: a natural e a artificial. A utilização de um sistema de iluminação natural é a base do sucesso para se obter um sistema de iluminação artificial de boa qualidade.
Na Figura 12, temos um sistema de iluminação natural trabalhando em
conjunto com um artificial.
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Figura 12 – Sistema de iluminação natural
Fonte: <http://www.leonardi.com.br/sistema-de-iluminacao-natural/>.
A eficácia de um sistema de iluminação artificial, além de estar associada com o sistema de iluminação natural, necessita de vários outros fatores, os quais, em conjunto, têm características técnicas e são compostos destes elementos: lâmpadas, luminárias, reatores, circuitos de distribuição e controle, cores das superfícies internas, mobiliário.
Lâmpadas: Existem vários tipos de lâmpadas com diferentes tecnologias de iluminação, como led, incandescentes, fluorescentes, entre outras.
Escolha a tecnologia que, com a menor potência possível, ofereça a você um nível de luminância entre os limites aceitáveis pela norma brasileira.
Figura 13 – Tipos de lâmpadas
Fonte: <http://www.g20brasil.com.br/os-diferentes-tipos-de-lampadas/>.
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Luminárias: escolha a luminária que mais reflete a luz emitida pela lâmpada.
Reatores: existem tipos de lâmpadas que necessitam de reatores. Se for o caso, escolha reatores homologados pelo Inmetro.
Cores das superfícies internas: Na figura 14, temos um ambiente com cores escuras na parede e no mobiliário, note que a iluminação fica muito prejudicada, agora leve isso para o ambiente de trabalho, notará que pode atrapalhar o serviço.
Figura 14 – Ambiente com cores escuras
Fonte: <http://imoveis.culturamix.com/decoracao/decoracao-em-tons-escuros>.
TEMA 5 – NORMAS DE ILUMINAÇÃO
A norma NBR 5413 (1992, p. 1) estabelece “os valores de iluminâncias médias mínimas em serviço para iluminação artificial em interiores, onde se realizem atividades de comércio, indústria, ensino, esporte e outras”.
A seguir, veremos algumas recomendações descritas nessa norma para consultas futuras e adequação dos termos em um projeto.
4 Condições gerais
4.1 A iluminância deve ser medida no campo de trabalho. Quando este não for definido, entende-se como tal o nível referente a um plano horizontal a 0,75 m do piso.
4.2 No caso de ser necessário elevar a iluminância em limitado campo de trabalho, pode-se usar iluminação suplementar.
4.3 A iluminância no restante do ambiente não deve ser inferior a 1/10 da adotada para o campo de trabalho, mesmo que haja recomendação para valor menor.
4.4 Recomenda-se que a iluminância em qualquer ponto do campo de
trabalho não seja inferior a 70% da iluminância média determinada
segundo a NBR 5382. (NBR 5413, 1992, p. 1).
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Na sequência, a NBR 5413 (1992, p. 2) esclarece a iluminância para cada tipo de atividade.
Tabela 1 – Iluminâncias por classe de tarefas visuais
Classe Iluminância
Tipo de atividade (lux)
Tipo de atividade
