Motores

(1)

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MOTORES

Conjugado:

O conjugado (também chamado

torque ou momento) e a medida

do esforço necessário para girar

um eixo.

Pela experiência pratica observa-se que para levantar um peso

por um processo semelhante ao usado em poços (figura 1.1)

a forca F que e preciso aplicar a manivela depende do

comprimento E da mesma. Quanto maior for a

manivela, menor será a forca necessária. Se dobrarmos o

tamanho E da manivela, a forca F necessária será diminuída a

metade.

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MOTORES

No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro

do tambor e 0,20 m, a corda transmitira uma forca de 20 N

na superfície do tambor, isto e, a 0,10 m do centro do eixo.

Para contrabalançar esta forca, precisa-se de 10 N na

manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o

dobro, isto e, 0,40 m, a forca F será a metade, ou seja 5 N.

Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o

eixo não basta definir a forca empregada: e preciso também

dizer a que distancia do centro eixo a forca e aplicada.

O “esforço” e medido pelo conjugado, que e o produto da

forca pela distancia, F x E. No exemplo citado, o conjugado

vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0

Mm

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MOTORES

Energia e potencia mecânica:

A potencia mede a “velocidade” com que a energia e

aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem

24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho

(W) realizado para trazer o balde do fundo ate a boca do

poço e sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =

490 Mm

Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Mm, e a

mesma que usamos para o conjugado - trata-se, no entanto,

de grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser

confundidas.

W = F . d (N . m)

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MOTORES

A potencia exprime a rapidez com que esta energia e

aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total

pelo tempo gasto em realiza-lo.

Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde

de agua em 2,0 segundos, a potencia necessária será:

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MOTORES

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de

realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potencia necessária

será:

A unidade usada no Brasil para medida de potencia

mecânica e o c.v. (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW

(unidade de medida utilizada internacionalmente para o

mesmo fim).

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MOTORES

Relação entre unidades de potencia

P (kW) = 0,736 . P (c.v.)

P (c.v.) = 1,359 P (kW)

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MOTORES

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MOTORES

Rendimento

O rendimento define a eficiência com que e feita a conversão

da energia elétrica absorvida da rede pelo motor, em energia

mecânica disponível no eixo. Chamando “Potencia útil” Pus a

potencia mecânica disponível no eixo e “Potencia absorvida”

Pá a potencia elétrica que o motor retira da rede, o

(10)

MOTORES

Relação entre Conjugado e Potencia Quando a energia

mecânica e aplicada sob a forma de movimento rotativo, a

potencia desenvolvida depende do conjugado C e da

velocidade de rotação n. As relações são:

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MOTORES

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MOTORES

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MOTORES

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MOTORES

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MOTORES

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A potência elétrica Pe absorvida da rede para o funcionamento

do motor é maior que a potência mecânica Pm fornecida no eixo

especificado pelo fabricante, pois existe um determinado

rendimento η do motor a ser considerado, isto é:

A potência mecânica no eixo Pu do motor ( em W ) está relacionada

com o momento de torção M ou conjugado ( em N.m ) e com a

(26)

A figura nos mostra as curvas do torque do motor, torque da

carga e da corrente absorvida pelo mesmo em função da

velocidade do rotor.

Torque e Corrente de

um Motor de Indução

Trifásico

(27)

Sem acionar nenhuma carga no eixo, a vazio, o motor

fornece uma pequena potência mecânica somente para

vencer o atrito por ventilação e nos mancais. O torque do

motor neste caso é próximo de zero, a corrente

Io

também

é mínima e a velocidade do rotor é máxima

no, mas

inferior a velocidade síncrona

ns

.

O motor ao acionar uma carga nominal em seu eixo a

corrente aumenta para o valor nominal

In e a velocidade

diminui até o valor nominal

nN

onde temos a igualdade de

torque, isto é, torque do motor é igual ao torque de carga.

(28)

Podemos aumentar a carga no eixo do motor (torque de

carga ) além da carga nominal, procedimento que

compromete a vida útil da máquina, até o ponto onde o

torque do motor é máximo

MM

e, a velocidade do motor irá

diminuir para

nk

e a corrente irá aumentar para

Ik

.

Observe que na partida, velocidade igual a zero, o motor de

indução absorve uma corrente muito elevada,

Ip

, da ordem

de até oito vezes a corrente

In e seu torque de partida é

baixo

Mp

dificultando com isso o acionamento de cargas que

necessitam de um alto torque para partirem, como por

(29)

(30)

(31)

Um motor não consome apenas potencia ativa que e

depois

convertida em trabalho mecanico e calor (perdas), mas

também potencia reativa, necessária para magnetizacao,

mas que não produz trabalho. No diagrama da figura 1.3, o

vetor P representa a potencia ativa e o Q a potencia

reativa,

(32)

Correcao do fator de potencia

O aumento do fator de potencia e realizado com a ligacao de

uma carga capacitiva, em geral, um capacitor ou motor

sincrono super excitado, em paralelo com a carga.

Por exemplo:

Um motor elétrico, trifasico de 100 c.v. (75 kW), IV polos,

operando com 100% da potencia nominal, com fator de

potencia original de 0,87 e rendimento de 93,5%. Deseja-se

calcular a potencia reativa necessária para elevar o fator de

potencia para 0,95.

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Solucao:

Utilizando-se da tabela 1.2, na interseccao da linha 0,87

com a coluna de 0,95, obtem-se o valor de 0,238, que

multiplicado pela potencia absorvida da rede pelo motor

em kW, resulta no valor da potencia reativa necessária

para elevar-se o fator de potencia de 0,87 para 0,95.

(34)

Velocidade Síncrona (ns):

A velocidade síncrona do motor e definida pela

velocidade de rotação do campo girante, a qual depende

do numero de polos (2p) do motor e da frequência (f) da

rede, em Hertz.

Os enrolamentos podem ser construídos com um ou

mais pares de polos, que se distribuem alternadamente

(um “norte” e um “sul”) ao longo da periferia do núcleo

magnético. O campo girante percorre um par de polos (p)

a cada ciclo. Assim, como o enrolamento tem polos ou

“p” pares de polos, a velocidade do campo e:

ns = 60 . f = 120 . f (rpm)

p 2 p

(35)

Exemplos:

a) Qual a rotação síncrona de um motor de VI polos, 50 Hz?

ns = 120 . 50 = 1000 rpm

6 b) Motor de XII polos, 60 Hz?

ns = 120 . 60 = 600 rpm

12 Note que o numero de polos do motor terá que ser sempre

par, para formar os pares de polos. Para as frequências e

“polaridades” usuais, as velocidades síncronas são:

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Medicao nos enrolamentos do estator

A resistência de isolamento deve ser medida com um megôhmetro. A tensao do teste para os enrolamentos dos motores deve ser conforme Tabela 4.1 e conforme a norma IEEE43.

Tensão para teste de resistência de isolamento dos Enrolamentos:

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Antes de fazer a medicao da resistência de isolamento no enrolamento do estator, verifique o seguinte:

• Se as conexoes do secundario dos TC´s (se houver) não estao abertas;

• Se todos os cabos de forca estao desconectados; • Se a carcaca do motor esta aterrada;

• Se a temperatura do enrolamento foi medida;

• Se todos os sensores de temperatura estao aterrados.

Conexão de megôhmetro

A medicao da resistência de isolamento dos enrolamentos do estator tem que ser feita na caixa de ligacao principal.

O medidor (megohmetro) deve ser conectado entre a carcaca do motor e o enrolamento. A carcaca tem que estar aterrada.

Se a medicao total do enrolamento apresentar um valor abaixo do

recomendado, as conexoes do neutro devem ser abertas e a resistência de isolamento de cada fase deve ser medida separadamente.

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Limites orientativos da resistência de isolamento em máquinas elétricas

Resistencia de isolamento mínima:

Se a resistência de isolamento medida for menor do que 100MΩ a 40oC antes de colocar o motor em operacao, os enrolamentos devem ser secados de cordo com o procedimento abaixo:

• Desmontar o motor e remover o rotor e os mancais;

• Aquecer a carcaca com o enrolamento do estator a uma temperatura de

130°C em uma estufa por um periodo minimo 8 horas (para motores acima da carcaca 630 IEC ou 104 serie NEMA, e necessário um periodo minimo de 12 horas). Para utilizar outros metodos, consultar a WEG;

• Verificar se a resistência de isolamento esta de dentro de valores aceitaveis, conforme Tabela.

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Proteções térmicas

Os dispositivos de protecao contra sobre-elevacao de temperatura sao instalados no estator principal, nos mancais e demais componentes que necessitam de

monitoramento da temperatura e protecao térmica.

Estes dispositivos devem ser ligados a um sistema externo de monitoramento de temperatura e protecao.

4.4.1.1 Sensores de temperatura

Termostato (bimetalico) - Sao detectores termicos do tipo bimetalico, com contatos de prata normalmente fechados. Estes se abrem em determinada temperatura.

Os termostatos sao ligados em serie ou independentes conforme esquema de ligacao.

Termistores (tipo PTC ou NTC) - Sao detectores termicos, compostos de semicondutores que variam sua resistência bruscamente ao atingirem uma

determinada temperatura. Os termistores sao ligados em serie ou independentes conforme esquema de ligacao.

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NOTA

Os termostatos e os termistores deverão ser conectados a uma unidade de controle que interrompera a alimentação do motor ou acionara um dispositivo de

sinalização.

Termo resistência (Pt100) - E um elemento de resistência calibrada. Seu

funcionamento baseia-se no principio de que a resistência elétrica de um condutor metálico varia linearmente com a temperatura. Os terminais do detector devem ser ligados a um painel de controle, que inclui um medidor de temperatura.

NOTA

As termo resistências tipo RTD permitem o monitoramento através da temperatura absoluta informada pelo seu valor de resistência instantânea. Com esta informação, o rele poderá efetuar a leitura da temperatura, como também a parametrização

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Limites de temperatura para os enrolamentos:

A temperatura do ponto mais quente do enrolamento deve ser mantida abaixo do limite da classe térmica do isolamento. A temperatura total e composta pela

soma da

temperatura ambiente com a elevação de temperatura (T), mais a diferença que existe entre a temperatura media do enrolamento e a ponto mais quente do

enrolamento.

A temperatura ambiente por norma e de, no máximo, 40°C. Acima desse valor, as condições de trabalho são consideradas especiais.

A Tabela 4.4. mostra os valores numéricos e a composição da temperatura admissível do ponto mais quente do enrolamento.

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